Blender 2.6 : 3D pour l architecture. Conception, rendu et animation de décors et scènes architecturales. Matthieu Dupont de Dinechin

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1 Matthieu Dupont de Dinechin Blender 2.6 : 3D pour l architecture Conception, rendu et animation de décors et scènes architecturales Préface d Abel Groenewolt, ISBN :

2 chapitre3 Governor Island Temporary Pavillion Proposal, Clara Klein,

3 Conception : créer des volumes avec les courbes SOMMAIRE Les courbes sont un autre type d objets, qui permet de modéliser de manière intuitive et rapide des formes très complexes, mais avec des limitations dans le type de formes que l on peut obtenir. B Les courbes B Extruder des courbes B Formes complexes avec les courbes MOTS-CLÉS B Courbes de Bézier B Courbes extrudées B Chanfrein B Souplesse

4 Blender 2.6 : 3D pour l architecture EN PRATIQUE Bézier et Nurbs Il existe deux types de courbes dans Blender : les courbes de Bézier et les Nurbs (Non-Uniform Rational Basis Splines). Nous n aborderons pas les Nurbs ici car elles sont peu développées dans Blender et sont moins souples d utilisation que les courbes de Bézier. Les courbes sont des formes géométriques définies par des formules mathématiques. Leur tracé est déterminé par quelques points de contrôle, Blender se chargeant de tracer la courbe entre eux. Les courbes offrent une grande souplesse d utilisation avec des paramètres modifiables de manière réversible qui permettent de jouer de manière interactive avec les formes. LE SAVIEZ-VOUS? Pierre Bézier Pierre Bézier était un ingénieur en mécanique et en électricité travaillant dans l automobile. Il a inventé ces courbes, qui ont gardé son nom, pour le dessin à l ordinateur de pièces d automobiles. Courbes simples Commençons par supprimer le cube de la scène par défaut avec la touche [Suppr]. Ensuite, pour ajouter un objet nous avons deux possibilités : le menu Add dans la barre des menus ou le raccourci [Maj]+[A]. Nous choisirons ici Add>Curve>Bezier Circle. La courbe nouvellement créée est centrée sur le curseur 3D et dans le plan horizontal (plan XY). Figure 3 1 Notre première courbe de Bézier, avec le menu Add et les différents choix de courbes ASTUCE Contraindre dans un plan Les raccourcis [Maj]+[X], [Maj]+[Y] et [Maj]+[Z] permettent de contraindre les transformations dans le plan normal à l axe choisi. Par exemple, [Maj]+[X] autorisera des transformations en Y et Z mais pas en X. EN PRATIQUE Les widgets et les raccourcis Nous avons déjà vu les widgets, ces poignées qui permettent de faire les mêmes modifications que [G], [R] et [S] de manière assez intuitive. Nous privilégierons cependant les raccourcis clavier dans ce livre, car ils sont à l usage plus rapides et plus efficaces. Comme tous les objets, nous pouvons la déplacer en utilisant la touche [G], l agrandir avec la touche [S] ou la tourner avec la touche [R]. Chacune de ces opérations peut être contrainte suivant un axe en saisissant la touche de cet axe ([X], [Y] ou [Z]) ou avec le bouton du milieu de la souris, une fois la direction donnée approximativement. Édition des courbes Pour modifier la forme de la courbe, il faut entrer en mode édition (Edit Mode) avec la touche [Tab]. La courbe est composée de quatre poignées, chaque poignée étant un groupe de trois points reliés par des lignes (un point central et deux points d extrémité). Ce sont ces poignées qui vont nous permettre de guider la forme de la courbe. La 72

5 courbe est en effet tangente aux lignes des poignées, et plus cette ligne est longue, plus la courbe suit cette direction. RAPPEL Object Mode et Edit Mode En mode objet, vous pouvez modifier les coordonnées globales de l objet, à savoir le déplacer, le tourner et le déformer dans son ensemble. En mode édition, vous pouvez modifier les points qui le composent. Un menu de la fenêtre 3D permet de passer de l un à l autre, mais c est une opération tellement fréquente que le raccourci [Tab] deviendra vite un réflexe. Figure 3 2 La courbe en mode édition avec ses poignées 3 Conception : créer des volumes avec les courbes RAPPEL Sélections multiples Les poignées peuvent être manipulées par leur centre ou par chacune de leurs extrémités, en utilisant les fonctions de déplacement, rotation et mise à l échelle (raccourcis [G], [R] et [S]). Si vous sélectionnez un point central, vous pouvez le déplacer [G], tourner ses deux poignées [R] ou les mettre à l échelle [S]. Vous pouvez aussi modifier une sélection de plusieurs poignées. Vous pouvez aussi déplacer, tourner ou mettre à l échelle un des points d extrémité de poignée, ce qui aura un effet différent suivant le type de poignée. Les différents types de poignées Poignées alignées (Align) : dessinées en rose, ces poignées ont toujours leurs trois points alignés, la courbe a donc toujours un arrondi à leur niveau. La touche [H] permet de passer des poignées alignées aux poignées libres. On sélectionne un point avec le bouton droit. On peut ajouter des points à la sélection avec [Maj]+bouton droit ou sélectionner plusieurs points en même temps avec la boîte de sélection [B] ou le cercle de sélection [C]. RAPPEL Le point de pivot Le point de pivot est le centre des opérations de rotation et de mise à l échelle. Son menu dans l en-tête de la vue 3D permet de choisir si ces opérations s effectuent autour de l élément actif, du point médian, des centres individuels, du curseur 3D ou du centre de la Bounding Box. Figure 3 3 Le menu du point de pivot dans l en-tête de la vue 3D Figure 3 4 Toutes les poignées de cette courbe sont de type Align et celle du bas est sélectionnée. 73

6 Blender 2.6 : 3D pour l architecture Poignées libres (Free) : dessinées en rouge, ces poignées peuvent avoir leurs deux segments non alignés, mais la courbe est alignée à chaque segment de la poignée. Cela permet par exemple d obtenir des angles marqués dans une courbe. La touche [H] permet de passer des poignées alignées aux poignées libres. Poignées automatiques (Auto) : dessinées en orange, ces poignées sont déterminées automatiquement pour donner une courbe assez régulière entre les différentes poignées. L orientation et la longueur des segments des poignées sont calculées par le logiciel quand vous déplacez le point central de la poignée (si vous déplacez un des points d extrémité, la poignée se change alors en poignée alignée). Le raccourci [Maj]+[H] passe une poignée en poignée automatique. Figure 3 5 Toutes les poignées de cette courbe sont de type Free. Figure 3 6 Toutes les poignées sont ici des poignées Auto et celle de droite est sélectionnée. ASTUCE Dessiner rapidement un carré de Bézier Pour dessiner une courbe en forme de carré, il suffit d ajouter un cercle de Bézier, de changer toutes ses poignées en poignées de type Vector et de tourner tous les points de 45. Ce carré servira de base à toutes les formes géométriques ayant des angles vifs. Poignées vectorielles (Vector) : dessinées en vert, ces poignées ont leurs segments déterminés aussi de manière automatique, chaque point d extrémité d une poignée pointant vers la poignée suivante. Si vous déplacez son point central, les deux points d extrémité restent alignés avec les poignées suivantes. La courbe entre deux poignées Vector est une ligne droite, ce qui permet de dessiner des formes polygonales composées de points et de droites. Si vous déplacez un des points d extrémité, la poignée se transforme en poignée libre. Le raccourci [V] change une poignée en poignée vectorielle. 74

7 Figure 3 7 Seule la poignée de droite n est pas de type Vector et la poignée de gauche est sélectionnée. ASTUCE Utiliser la caisse à outils (Toolshelf) Dans une vue 3D, la touche [T] permet d afficher/ masquer la caisse à outils. Celle-ci contient les outils de transformation communs à tous les types d objets, mais aussi des outils spécifiques. Dans le cas des courbes, le type de poignées se trouve, entre autres, dans la section Handle. Figure 3 8 Ces boutons du Toolshelf permettent de changer le type de poignées. 3 Conception : créer des volumes avec les courbes Les courbes polygonales Dans le Toolshelf, le bouton Set Spline Type permet de changer la courbe en courbe polygonale ou Nurbs. Les courbes polygonales n ont pas de poignées mais juste des points reliés par des lignes droites, ce qui est tout indiqué pour des formes géométriques. EN PRATIQUE Courbes de type Poly ou poignées vectorielles On peut obtenir les mêmes formes polygonales avec des courbes de type Poly ou des courbes de type Bézier avec poignées vectorielles. L intérêt des courbes Poly par rapport aux courbes Bézier avec poignées vectorielles est que l on ne risque pas de déplacer une extrémité de poignée par erreur et ainsi de changer la poignée en Free. L inconvénient est que l on ne peut mélanger dans la même courbe des formes arrondies et des formes polygonales. Figure 3 9 Un cercle de Bézier à gauche et le même à droite, une fois le type de courbe changé en Poly : on voit que les poignées ne sont composées que d un point. Ouvrir et fermer des courbes Si une portion de courbe de Bézier est ouverte et qu un de ses points au moins est sélectionné, il est possible de la fermer avec le raccourci [Alt]+[C] en Edit Mode. Vous pouvez ouvrir une courbe fermée avec la même touche [Alt]+[C]. Dans le Toolshelf, le bouton Toggle Cyclic a le même effet. Pour ouvrir une courbe, soit vous utilisez de nouveau Toggle Cyclic qui rouvrira la courbe là où elle avait été fermée, soit vous sélectionnez deux poignées adjacentes et supprimez le segment qu elles forment avec [Suppr] ou [X], en choisissant Segment dans le menu proposé. EN PRATIQUE L intérêt des courbes simples Les courbes simples ne sont pas vraiment utilisées telles quelles, car elles n apparaissent pas au rendu. Elles servent de base aux surfaces ou aux courbes extrudées. Elles permettent aussi de définir des chemins pour le déplacement d objets lors d animations. 75

8 Blender 2.6 : 3D pour l architecture Figure 3 10 Le même cercle de Bézier, ouvert à gauche et fermé à droite Ajouter des poignées à une courbe Si au moins deux poignées sont sélectionnées, il est possible d ajouter des points entre celles-ci en utilisant la commande Subdivide du Toolshelf ou dans le menu ouvert par la touche [W]. Ces points seront ajoutés en changeant le moins possible la forme de la courbe. Le nombre de subdivisions est accessible en bas du Toolshelf qui est ouvert avec la touche [T]. RAPPEL Options interactives des outils De nombreux outils présentent des options (comme ici le nombre de subdivisions) qui sont modifiables de manière interactive tant que vous n avez pas utilisé d autres outils. Ces options sont accessibles en bas du Toolshelf, mais aussi avec le raccourci [F6] dans la fenêtre 3D. Figure 3 11 La courbe de droite est obtenue après subdivision des trois poignées de droite. On voit le menu Specials appelé par la touche [W], ainsi que le bouton Subdivide du Toolshelf à gauche et le choix du nombre de subdivisions Number of cuts en bas à gauche. Figure 3 12 Cette courbe est composée de plusieurs cercles de Bézier ajoutés en Edit Mode et modifiés. 76 Pour rallonger une courbe ouverte, vous avez deux possibilités, après avoir sélectionné une des extrémités : extruder avec la touche [E] ou Extrude dans le Toolshelf ; [Ctrl]+clic gauche dans une vue 3D, qui ajoutera un point là où vous cliquez. Il est possible d utiliser le menu Add ou [Maj]+[A] en Edit Mode pour ajouter des courbes à une courbe. Les différentes courbes forment alors

9 un seul objet. Pour sélectionner facilement tous les points d une courbe, si le même objet en possède plusieurs, vous pouvez placer le curseur près de la courbe et utiliser la touche [L] (linked) qui sélectionnera tous les points liés. Vous pouvez aussi dupliquer des poignées de courbes sélectionnées avec le raccourci [Maj]+[D]. La touche [Suppr] permet de supprimer une poignée ou une sélection de poignées. Dans une courbe fermée, supprimer des points n ouvre pas la courbe. EN PRATIQUE Dessiner des courbes Pour dessiner une courbe à main levée, pensez à mettre le point d extrémité sélectionné en poignée automatique Auto, sinon tous les points que vous ajouterez auront leur poignée parallèle à celle sélectionnée. Pensez aussi à vous placer en vue orthographique [5] pour que le point soit créé bien à l endroit du clic. Cependant, si vous maîtrisez un logiciel de dessin vectoriel comme Inkscape, il sera plus facile de dessiner des courbes complexes avec ce logiciel et de les importer dans Blender. Figure 3 13 Après avoir changé une des extrémités de la courbe par défaut en poignée Auto et plusieurs [Ctrl]+clic gauche, on obtient cette courbe facilement. 3 Conception : créer des volumes avec les courbes Joindre et séparer des courbes Pour séparer une courbe d une autre, si les deux font partie du même objet, il faut en Edit Mode utiliser la touche [P] avec au moins un point de cette courbe sélectionné. Vous aurez alors deux objets de type courbe différents. A contrario, pour rassembler deux objets de type courbe en un seul, il faut les sélectionner en Object Mode et utiliser [Ctrl]+[J] ou l outil Join du Toolshelf. Aligner des poignées Les courbes de Blender ne permettent pas encore d utiliser les options d accrochage (snap) que nous verrons pour les maillages. Pour aligner suivant un axe des poignées qui ne le sont pas, vous pouvez utiliser une astuce un peu fastidieuse mais finalement assez rapide avec les raccourcis clavier. Figure 3 14 De gauche à droite, le menu de Snap [Maj]+[S], une courbe de type Poly, puis la même courbe une fois les trois points de droite alignés au curseur sur l axe X 77

10 Blender 2.6 : 3D pour l architecture ASTUCE Ajouter des points alignés dans une courbe ouverte Pour ajouter des points à une courbe ouverte, il est plus facile d utiliser la touche [E] ou Extrude suivie de [X], [Y] ou [Z] pour contraindre le déplacement suivant l'un des axes. Vous garderez ainsi des points alignés. 1 Sélectionnez la poignée (il faut que les trois points de la poignée soient sélectionnés) sur laquelle aligner la ou les autres poignées. 2 Centrez le curseur 3D sur ce point avec [Maj]+[S]>Cursor to Selected. 3 Vérifiez que le point de pivot est bien le curseur 3D (dans l en-tête de la vue 3D). 4 Sélectionnez les points à aligner. 5 Effectuez une mise à l échelle (Scale ou [S]) suivie de l axe dans lequel vous voulez aligner ([X], [Y] ou [Z]) et enfin de la touche [0] (zéro) et validez avec la touche [Entrée]. Propriétés fondamentales des courbes Le panneau Object Data de la fenêtre de propriétés Properties permet de modifier les propriétés des courbes. Figure 3 15 Le panneau de propriétés des courbes de Bézier EN PRATIQUE Optimiser la résolution Au moment du rendu, plus la scène contient de points, plus son calcul est long. Il faut donc choisir une résolution qui permet d avoir l illusion d une courbe lisse, mais sans points superflus. Dans le cas de scènes très complexes ou d une carte graphique peu puissante, on peut choisir une valeur de Render U plus élevée que celle de Preview U. On obtiendra ainsi un ralentissement plus faible à l affichage pendant que l on travaille sur la scène, mais un rendu de courbe bien lisse. RAPPEL Données et objets On retrouve, de gauche à droite, en haut de ce panneau Object Data, les noms de l objet sélectionné (à côté du dessin de cube) et le nom des données associées (à côté du dessin de courbe), ainsi que les boutons permettant de choisir parmi les différentes données existantes et de changer le nom des données. Dans l onglet Shape, on trouve les propriétés suivantes : 2D/3D : en 2D, tous les points de la courbe sont dans le même plan, alors qu en 3D, les points peuvent se situer dans tout l espace ; Resolution : on règle ici le nombre de points entre chaque poignée. Preview U permet de régler la résolution dans la vue 3D. Render U définit la résolution au rendu, une valeur 0 indiquant que l on aura au rendu la même résolution que celle choisie dans Preview U. Figure 3 16 La même courbe de Bézier, avec une résolution de 2 à gauche et de 12 à droite 78

11 Surfaces de Bézier Une courbe 2D fermée est remplie en vue Solid ou Textured (raccourci [Z] dans la vue 3D). En effet, Blender traite ces courbes comme des surfaces de Bézier. Elles se manipulent exactement de la même manière que les courbes. Par exemple, si vous insérez un Bezier Circle et que vous le passez en 2D dans le panneau Object Data, vous aurez directement une surface de Bézier. Si vous insérez des surfaces de Bézier (donc des courbes closes) dans une autre surface, cela crée des trous. Et deux surfaces se recouvrant partiellement formeront un trou seulement là où elles se recouvrent. Vous pouvez ainsi facilement créer des formes complexes. Un objet courbe peut mélanger différent types de courbes (Poly et Bézier), par exemple une forme rectangulaire avec un trou rond. EN PRATIQUE Limiter les croisements de surfaces Quand de nombreuses surfaces se chevauchent, ou qu une même surface se croise elle-même de nombreuses fois, il y a un risque de voir apparaître des erreurs d interprétation et donc des remplissages incorrects. 3 Conception : créer des volumes avec les courbes Figure 3 17 Cette surface de Bézier est composée d un rectangle de 4 poignées Vector auquel ont été ajoutés 3 cercles de Bézier ainsi qu un rectangle de type Poly. Courbes extrudées Nous allons ici nous intéresser à l onglet Geometry du panneau Object Data des courbes. C est en effet en manipulant ces différentes options que les courbes deviennent vraiment intéressantes. Extrude : ce champ numérique permet de définir l épaisseur d extrusion de la courbe (figure 3-18). Pour une surface, nous obtiendrons donc une plaque dont l épaisseur est la valeur définie dans ce champ. Pour une courbe en 3D, nous créerons un ruban dont la largeur est cette même valeur. 79

12 Blender 2.6 : 3D pour l architecture Figure 3 18 La même surface de Bézier avec une valeur Extrude de 0,15 Offset : définit le décalage entre la courbe extrudée et le tracé original de la courbe. Figure 3 19 On voit que le tube (un cercle de Bézier avec Extrude) est décalé par rapport au cercle visible en mode édition. Bevel Depth : une valeur différente de 0 dans ce champ définit l épaisseur du chanfrein créé aux deux extrémités de l extrusion. Figure 3 20 La même surface avec en plus un chanfrein (Bevel) d épaisseur (Depth) 0,1 Bevel Resolution : cette valeur détermine la résolution du congé (un chanfrein arrondi est en fait un congé). Plus la valeur est élevée, plus le congé est arrondi (figure 3-21). 80

13 Figure 3 21 Enfin, une résolution de 6 permet d avoir un congé bien arrondi. 3 Conception : créer des volumes avec les courbes Fill: ce réglage, qui se trouve dans l onglet Shape du même panneau Object Data, permet, pour une courbe extrudée, de définir via un menu si chacune de ses extrémités est fermée ou non. Both signifie que les deux extrémités sont fermées, None aucune, tandis que Front et Back permettent de choisir quelle extrémité est fermée. EN PRATIQUE Courbes 3D extrudées Nous ne verrons pas l utilisation de courbes 3D extrudées. Elles n ont en effet aucune épaisseur, ce qui limite leur intérêt. Nous utiliserons plutôt des courbes extrudées le long de courbes, éventuellement 3D, ce qui permet une plus grande richesse de formes (voir section suivante). ASTUCE Un chanfrein sans modifier la taille de la courbe Figure 3 22 Si Fill est réglé sur None, la courbe extrudée n aura pas de chapeau à ses extrémités. On voit sur la courbe du haut que le Bevel s applique quand même. Exemples d application des courbes extrudées Les courbes extrudées permettent donc des formes très libres dans un plan, combinant courbes et droites, mais sont d épaisseur constante. Ce type de formes à simple courbure est très courant dans le domaine de la construction, notamment dans ce que l on appelle les profilés métalliques (poutres en I, cornières, tubes), mais aussi pour des formes plus complexes comme les exemples suivants. Blender crée le chanfrein à l extérieur de la courbe, comme si l on ajoutait de la matière, alors que l on a souvent besoin d un chanfrein correspondant à un retrait de matière (comme lorsque l on ponce les arêtes d un plateau). Le champ Width permet de décaler la courbe vers l intérieur ou l extérieur. De plus, comme tous les champs numériques, il accepte les opérations, vous n aurez donc pas à effectuer des calculs mentaux. Il suffit, pour la valeur de Offset, de saisir 1- (valeur de Bevel- Depth) pour obtenir l effet désiré : par exemple, pour un chanfrein de 0,1, on indiquera [1-0,1], qui donnera bien 0,9. 81

14 Blender 2.6 : 3D pour l architecture Planchers d étages Les dalles de planchers d étages sont composées le plus souvent de formes rectangulaires ou, du moins, dont les bords sont composés en grande partie de lignes droites. L utilisation des courbes permet de modifier à tout moment l épaisseur (valeur de Extrude), la forme de la dalle ou d ajouter des trémies pour les cages d escalier. Figure 3 23 Les dalles et les poutres sont des surfaces de Bézier extrudées. Figure 3 24 Une des dalles en Edit Mode avec ses réglages Poutres lamellé-collé Ce type de poutres offre une grande liberté de formes aux concepteurs. Elle sont en général d épaisseur constante et ont des arêtes arrondies. Une courbe extrudée avec un chanfrein convient parfaitement pour modéliser ce type de structure et permet de modifier, de manière simple et à tout moment, à la fois le dessin, l épaisseur et l arrondi des arêtes. 82

15 3 Conception : créer des volumes avec les courbes Figure 3 25 Structure de hangar composée de poutres lamellé-collé complexes Dans l exemple ci-dessus, nous sommes partis d un cercle de Bézier dont toutes les poignées ont été changées en poignées libres (Free), sauf une poignée alignée (Align) et trois poignées vectorielles (Vector). Une fois la forme extérieure définie, elle a été dupliquée ([Maj]+[D]) et réduite ([S]) pour créer le trou. Vous pouvez voir sur la capture d écran ses principaux réglages, à savoir : la résolution de la courbe (Resolution Preview) est réglée à 12 ; son épaisseur (Extrude) est réglée à 0,09 ; son congé (Bevel) a une profondeur de 0,01 et une Resolution de 3. Figure 3 26 Une des poutres en Edit Mode avec ses réglages 83

16 Blender 2.6 : 3D pour l architecture EN PRATIQUE Importer des courbes d un logiciel de dessin Les possibilités de Blender en matière de dessin de courbes restent moins complètes que celles de logiciels de dessin vectoriel (comme Inkscape ou Illustrator). Pour des formes très complexes, ou si vous avez déjà vos habitudes de dessin, l import de tracés (en.svg ou.ai) se réalise très facilement dans le menu File>Import. Ils sont automatiquement convertis en courbes. Panneaux découpés Avec les machines à commande numérique, il est possible de découper les formes les plus variées dans toutes sortes de panneaux, comme du contreplaqué ou du médium. Ces panneaux peuvent servir de parois, cloisons, claustras, ou d éléments d ameublement. Nous pouvons modéliser ces formes dans Blender avec des courbes extrudées. Même si un chanfrein peut ajouter au réalisme, il sera rarement nécessaire. Figure 3 27 Les parois de cette image sont des courbes extrudées. Elles ont été dessinées dans Inkscape, puis importées dans Blender. L image finale est rendue avec LuxRender. Courbe extrudée le long d une courbe ASTUCE Renommer facilement des objets Dans le panneau de données numériques qui s ouvre avec [N], il y a un onglet Item dans lequel, à côté de l icône en forme de cube, vous pouvez changer le nom de l objet sélectionné. Même si les champs de sélection permettent de retrouver facilement le nom des objets, il est conseillé de nommer tous les objets d une scène de manière claire. Principes de l extrusion le long d une courbe Il est possible d extruder une courbe le long d une autre courbe. Vous allez pour cela ajouter un cercle de Bézier que vous appellerez coupe, et une courbe de Bézier que vous appellerez chemin. Pour mieux voir le résultat, agrandissez tous les points de la courbe chemin en mode édition d un facteur 4 environ, avec le raccourci [S]. Il suffit ensuite, dans le panneau Object Data de la courbe chemin sélectionnée, de choisir le nom de la courbe coupe dans le champ Bevel Object de l onglet Object Data. La courbe devient alors un tube. 84