Dossier Les effets speciaux en 3D : Fabriquer des poils n'est pas si simple

Fourrure et cheveux


Une des grandes nouveautés techniques de ces dernières années dans les long-métrages 3D a été la présence massive de créatures habillées de fourrure.

Les monstres de Monsters, Inc de Pixar/Disney, les animaux du récent "Ice Age" fabriqué par Blue Sky, ou les personnages humains de "Final Fantasy", et en particulier son héroïne, Aki Ross, dont les cheveux longs flottent au vent tout au long du film, ont consacré l'avénement du poil 3D. La simulation 3D de fourrures et de cheveux est donc devenue accessible mais n'est pourtant pas encore si facile à réaliser. Pour être un tant soit peu crédible, il faut en effet beaucoup de poils. Sulli, le héros bleu et violet de Monsters, Inc possède une fourrure constituée de plus de trois millions de poils et c'est le même ordre de grandeur pour celle du  mammouth fabriqué chez Framestore pour le documentaire "Walking with beasts". Et juste pour orner la tête de Aki Ross, 60 000 cheveux ont été animés individuellement.

Il n'est donc pas étonnant que l'implantation de poils modélisés un par un en polygones ne soit pas la solution. Les caractéristiques locales de la fourrure – couleur, longueur, densité, ombrage ou spéculaire – sont déterminées par plusieurs maps de densité appliquées sur le corps et qui peuvent être peintes directement par des palettes 3D. Les poils sont alors générés automatiquement avec des variations stochastiques, à partir de ces paramètres de base.

Côté rendering, il existe deux techniques, la première consiste à implanter des maps de poils sur toute la surface du corps, la deuxième consiste à faire du rendu volumique. Sur "Ice Age", la fourrure des animaux a été faite avec la première technique. Diego, le tigre-sabre, a une fourrure qui comporte 20000 maps. En revanche la chevelure des humains du même film, plus compacte, a été traitée en volume rendering. Le principe des maps est technologiquement moins lourde mais nécessite une astuce particulière. Comme les maps de poils peuvent être vues de profil et laisser voir la géométrie du corps au travers, l'équipe de développement de Blue Sky a mis au point un outil spécifique, NURBS March, qui permet de reprojeter sur l'ensemble du corps une map de poils cohérente avec les poils générés.

Des animations hiérarchisées

L'animation des poils est elle aussi une partie de plaisir. Les poils doivent dans leurs mouvements non seulement suivre les mouvements et déformations du corps mais aussi, s'ils sont longs, comporter leurs propres mouvements additionnels. Ces animations sont, suivant les besoins, réalisées automatiquement par un moteur dynamique ou préparées manuellement. Les moteurs de dynamique utilisés sont souvent les mêmes que ceux pour animer les vêtements. Ainsi, le simulateur dynamique utilisé dans Monsters, Inc pour animer les cheveux avait été développé à l'origine pour animer les vêtements du court-métrage " Geri's Game" de Pixar. Deux de ses développeurs, Witkin and Baraff, ont d'ailleurs développé en parallèle Maya Cloth pour Alias|Wavefront.

Evidemment, tous les poils ne sont pas animés dans une passe unique de calculs avec toutes leurs dynamiques et leurs pénétrations. Dans un premier temps, seul un nombre plus réduit de poils clefs ou maîtres sont animés. Le système interpole ensuite l'animation aux autres poils. Dans le cas de Sully, les mouvements de ses 3,2 millions de poils sont déduits des mouvements calculés dynamiquement de 28000 poils principaux. De même, dans Final Fantasy, lorsqu'un animateur doit faire que Aki, avec sa main, ramène une mèche de cheveux derrière son oreille, l'outil lui permet d'animer les cheveux par groupe d'une cinquantaine à la fois. Enfin, dernier problème, le calcul des ombres et de l'auto-ombrage induit par une telle quantité de données nécessite souvent des astuces et l'utilisation de surfaces simplifiées et intermédiaires.

L'arrivée de nouveaux produits

Un certain nombre de solutions commerciales permettent de créer de la fourrure et des cheveux réalistes, mais ils ne sont pas tous aptes à traiter les cas compliqués. Maya inclut en standard un module nommé Fur qui est limité à la fourrure et qui ne marche pas très bien pour les cheveux longs. Lightwave de son côté propose une version simplifiée de Sasquatch depuis la version 7. Dans l'environnement Softimage, Phoenix Tools est parti de son expérience avec RealFur (shader de Mental Ray) pour créer un produit généraliste, Figaro (290 Euros), destiné à la création de fourrures et de chevelures. Chaque poil et chaque cheveu est traité individuellement. Figaro qui fonctionne en plugin, permet le calcul final dans le moteur de rendering de XSI, soit en importation de Softimage|3D, soit de Maya Fur. La compatibilité avec Maya Fur est assez complète puisqu'elle concerne non seulement la géométrie mais aussi les shaders de Maya. L'intérêt de Figaro est de permettre de tirer parti de la puissance de Mental Ray, en calculant en toute sérénité en volume des géométries qui peuvent être mises au point dans Maya Fur, et comporter plus d'un million de cheveux.

Pour 3DS Max, le plugin très connu de Digimation, Shag:Fur, a été intégré dans un produit plus généraliste, Shag:Hair qui coûte environ 500 Euros. Son intérêt est de ne pas construire individuellement chaque cheveu mais de s'appuyer sur des splines construites dans 3DS Max pour définir la forme globale de la chevelure et le style de la coiffure. Ces splines peuvent ensuite bénéficiées de tous les modes d'animation disponibles dans 3DS Max, animations manuelles ou par le moteur de dynamique interne à Shag:Hair. Les cheveux peuvent aussi être animés par des moteurs de dynamique externes comme Sim Cloth de Chaos Group.

Shave and a Haircut

Il existe aussi un très intéressant plugin, développé par Joe Alter, qui se nomme "Shave and a Haircut" et qui est commercialisé en plugin de Cinema4D et de Maya pour 800$. Au Siggraph cet été, il a été annoncé que ce produit était en cours d'intégration dans le moteur de rendering Brazil de SplutterFish. Sa sortie est prévue en fin d'année. Enfin, son produit est le coeur du nouveau module de création de cheveux qui a été intégré dans la version 3 de XSI de Softimage et qui est présenté dans ce dossier. Très facile à maîtriser, "Shave and a Haircut" est un module complet qui permet de modéliser, tailler et peigner les poils et les cheveux, puis de les animer dynamiquement et enfin les calculer de manière réaliste. Son moteur de croissance permet de manière tout aussi simple et rapide de créer un grand nombre de formes organiques comme des feuilles ou des herbes.

Si les grands studios ont développées leurs propres solutions pour résoudre le problème de la fourrure ou des cheveux, l'arrivée de ces nouvelles solutions commerciales montre qu'il devient enfin possible de s'appuyer sur des outils du commerce pour résoudre ses problèmes de poils, tout au moins virtuels. Les fourrures des animaux de "Walking with beasts" ainsi que celles des taupes du premier long-métrage en 3D européen "El Bosque Animado" de la société espagnole Dygra Films, ont d'ailleurs toutes été faites avec le module Fur de Maya.

Pour en savoir plus :

Joe Alter (Shave and a Haircut)
www.joealter.com
Worley (Sasquatch)
www.worley.com
Digimation (Shag:Hair)
www.digimation.com
Phoenix Tools (Figaro, RealFur)
www.phoenixtools.com

© novembre 2002 François Ploye et Pixel SA