Nous pouvons définir le photoréalisme comme la capacité de créer des images ou des modèles de manière si réels qu’on pourrait facilement les confondre avec des photographies. Que ce soit dans les jeux vidéo, le cinéma ou encore la 3D, les limites entre l’art numérique et la réalité sont continuellement repoussées. Mais concrètement, qu’est-ce qui rend une image photoréaliste ? Et comment atteindre ce niveau de détail et de précision ? C’est ce que nous allons découvrir dans cet article.

Comprendre ce qu’est le photoréalisme

Le photoréalisme ne se résume pas à simple rendu réaliste et l’atteindre ne se fait pas aussi facilement.
En effet, pour obtenir un parfait photoréalisme, de nombreuses étapes et de simulations sont nécessaires. Il faudra passer par des simulations de lumière, de textures, d’ombres, de transparence, de translucence, de diffusion et bien d’autres. Ces simulations parfois complexes permettent de recréer fidèlement les subtilités du monde réel. Ce sont toutes ces étapes qui rendent le photoréalisme difficile à atteindre certes, mais pas impossible !

Vous l’aurez compris, pour le photoréalisme, tout est dans les détails. Ce concept a d’ailleurs émergé dans les années 60-70 en tant que courant artistique dans un premier temps, en particulier chez les peintres, puis il s’est rapidement imposé dans les productions numériques, devenant une référence pour les créateurs d’images 3D.

Comment atteindre le photoréalisme: les ingrédients d’une image photoréaliste

Pour atteindre le Saint Graal de la 3D, c’est-à-dire, le photoréalisme, il faut maîtriser plusieurs éléments essentiels :

1. La lumière et les ombres, les fondamentaux

Tout commence par une bonne gestion de la lumière. Pour cela, il faut observer et se demander :

• Quelle est ma source de lumière ? Est-elle primaire (ex : lampe), secondaire (ex : renvoi de la lumière projeté par un spot), étendue (ex : la lumière du ciel), local (ex : un point lumineux), etc. ?
• Comment se comportent les ombres ? Sont-elles nettes, floues, contrastées, légères… ?
• Comment cette lumière se comporte sur les matériaux ? Est-ce qu’elle rebondi ? Passe-t-elle au travers ?

Vous l’aurez compris, le calcul de la simulation de la lumière est fondamental pour obtenir un résultat photoréaliste. Aujourd’hui, la manière la plus performante de calculer la lumière est le RayTracing. Il permet de simuler le comportement naturel de la lumière dans un environnement 3D de manière ultra-réaliste sur des matériaux.

Toujours basés sur du ray-tracing, nous utilisons des techniques de Global Illumination (GI) pour simuler la manière dont la lumière rebondit sur les surfaces pour produire un éclairage plus naturel. Se poser les bonnes questions et utiliser les bonnes techniques permet d’obtenir un résultat plus réaliste et naturel sur les objets, en plus du travail des matériaux.

Et justement, parlons des matériaux. Car oui, la lumière nous permet de les voir, mais ce sont eux qui changent et s’adaptent la manière dont la lumière interagit avec les objets !

2. Aspect de surface (matériaux, texture, PBR, SSS)

Avant toute chose, il faut définir ce qu’est un matériau en 3D. Un matériau représente la nature physique d’un objet ou d’élément. Cela peut être du bois, de la peau, le sol d’une forêt, du tissu, etc., tout élément existant pouvant être reproduit. Mais pour qu’un matériau prenne pleinement vie, il a besoin d’une ou plusieurs textures. Les textures jouent un rôle clé pour donner vie à une image en “habillant” le matériau, en définissant sa couleur, sa brillance, sa rugosité, ses reliefs, etc. L’un des paramètre important d’une texture est sa résolution, c’est-à-dire, plus elle est haute plus on aura du détaille et de la subtilité, même en gros plan. On peut également utiliser des techniques comme les normal maps ou les displacement maps, qui ajoutent des irrégularités réalistes : les grains d’un bois vieilli, les microfissures d’un mur en béton, etc. sans pour autant alourdir la scène.

Ce savant mélange de textures créant les matériaux permet à un objet 3D d’avoir du caractère et de la crédibilité. Mais pas seulement.

Reproduire un matériau, en plus de le rendre “joli”, c’est aussi et surtout comprendre sa réaction à la lumière. Un matériau peut parfois, réagir de manière complexe face à la lumière, ce qui induira sa transparence, ou encore son pouvoir de diffusion interne comme le subsurface scattering pour la peau humaine, par exemple.

Aujourd’hui, la norme dites PBR (Physically Based Rendering), garantie a un matériaux de posséder les informations de base pour qu’il paraisse réaliste. Ils prennent notamment en compte ces paramètres/aspects :

• La diffuse (couleur),
• Roughness (la rugosité),
• Emissive (l’émissivité, la capacité d’un matériau à émettre sa propre lumière),
• Métalisation,
• Relief,
• Et tout autre aspect juger utile pour le matériaux en questions.

3 . Les technologies/techniques pour atteindre le photoréalisme

Comme nous l’avons vue, pour faire du photoréalisme, il faut prendre un compte de multiples effets physiques. Cependant, pour y parvenir, il faut que votre moteur de rendu puisse les prendre en compte. Le moteur de rendu est l’algorithme qui va pouvoir synthétiser l’image en simulant les rayons de lumière. Plus le moteur de rendu est en capacité de simuler des effets physique, plus le rendu se rapprochera du photoréalisme. Voici une liste d’effet qu’un moteur de rendu doit rependre en compte :

• Ombrage (objet éclairé ou non)
• Ombre portée (source ponctuelle ou étendue)
• Réflexion (Ray tracing)
• Réfraction (+ version glossiness)
• Relief (bump map ou normal map)
• SSS (Sub Surface Scattering)
• Metalness (métallisé ou non)
• GI : Rebond des rayons lumineux sur les surfaces
• Caustics (convergence ou divergence des rayons de lumière)
• Motion Blur (flou de mouvement)
• Profondeur de champ (flou d’optique)
• Volumétrique : fumée, feu, volumes…
• Etc.

4. Une composition soignée et les retouches finales

La disposition des objets, la perspective, le choix des angles, ect., tout cela contribue à l’immersion et à la crédibilité d’une scène. Comme au cinéma ou en photographie, un bon cadrage peut transformer une simple scène en image unique et impactant.

Et même les meilleurs rendus gagnent à passer par une phase de post-production ! Cette phase permet de réaliser :

• Un ajustement des couleurs,
• Un ajout d’un grain subtil,
• Des effets de lentille
• De légères aberrations chromatiques.
• Etc.

Tous ces petits détails permettent de simuler les effets naturelles d’une vraie caméra, rendant ainsi les images beaucoup plus crédibles aux yeux des spectateurs.

Au-delà des retouches techniques, ce qui rend une image vraiment réelle, ce sont les petits défauts ajouté.

Maintenant que vous avez atteint votre but, à savoir avoir une parfaite, les effets sont correctement simulé, et pourtant… Elle paraît pas crédible ! La faute au manque d’imperfections, voyons ça tout de suite.

5. La perfection des imperfections

Un rendu trop parfait peut parfois sembler artificiel, en effet, Notre monde est remplis de détails, de petits défauts et d’imperfections. Tout le contraire d’un monde virtuel, mathématique, strict, et ordonné. Pour améliorer l’illusion du réel, il est crucial d’intégrer des imperfections, en voici une liste non exhaustives :

• Micro-rayures et usure sur les surfaces.
• Légers flous ou aberrations chromatiques sur l’image finale.
• Désalignement subtil dans les objets pour casser la symétrie parfaite.
• Grain de l’image pour simuler les capteurs réels d’appareil photo.

Vous l’aurez compris, ce sont ces petites irrégularités qui rendent une image plus crédible en imitant les imperfections du monde réel. L’ajout de tous ces détails peut parfois sembler être des contraintes, mais des contraintes nécessaires pour arriver au but final, le photoréalisme !

Le photoréalisme est un savant mélange entre un sens artistique poussé et une vraie rigueur technique. C’est une quête constante pour capturer l’essence du réel et la retranscrire avec des pixels. Si cela demande du temps, de l’expertise et des outils adaptés, soyez certain que le résultat en vaut toujours la peine.

Alors, prêts à flouter les frontières entre virtuel et réalité ?