Bateau sur l’océan

septembre 2005

Les plans avec la mer en gros plan ont cons­ti­tué le plus gros tra­vail dans ce projet d’ani­ma­tions médié­va­les.

L’atmo­sphère du ciel a néces­sité des nuages volu­mé­tri­ques animés et l’océan agité beau­coup de confi­gu­ra­tion et para­mé­tra­ges. Nous expo­sons ici les prin­ci­pes qui per­met­tent de faire l’océan de l’ania­tion et les inte­rac­tions avec le bateau.

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Sur le pre­mier plan de la vidéo (plus haut), c’est le pre­mier bateau de la flotte qui appro­che des côtes où est perché le châ­teau. Il glisse élégamment sur les vagues, comme évitant des obs­ta­cles de cette tem­pête. L’angle de vue sug­gère que le châ­teau est impre­na­ble, niché en haut de la falaise bordé de murs de for­ti­fi­ca­tion. C’est la for­te­resse d’où sont tirées les nuées de flè­ches. Dans cette ani­ma­tion, le bateau sym­bo­lise l’arri­vée de la flotte qui vient faire le blocus ou le siège du châ­teau.

L’ocean agité est repré­senté par une sur­face en mou­ve­ment. Chaque point monte et des­cend alter­na­ti­ve­ment, de manière cycli­que. Il y a un déca­lage entre dif­fé­rents trains de vagues et des bords de vagues.

Le logi­ciel Maya pos­sède un module pour simu­ler l’océan pas dans la ver­sion de base). Ce module permet de cour­ber une sur­face (dis­pla­ce­ment) et de faire cor­res­pon­dre une tex­ture avec des cou­leurs d’écume et des reflets de vagues sup­plé­men­tai­res.

Ce module permet également de faire des inte­rac­tions avec un bateau, mais on peut créer un modèle d’océan à partir de par­ti­cu­les ou du sys­tème de soft-bodies, cela peut ainsi être fait avec la plu­part des ver­sions de Maya et d’obte­nir plus de flexi­bi­lité.

Pour ce faire, créons une plan­che sur laquelle sont dis­po­sées des par­ti­cu­les, aux arrê­tes de la géo­mé­trie par exem­ple, pour que leur répar­ti­tion soit régu­lière sur la sur­face. On peut dont appli­quer un champs de tur­bu­lence à ces par­ti­cu­les. Son inten­sité doit varier de manière cycli­que (comme en uti­li­sant une sinu­soïde, ou plu­sieurs imbri­quées pour créer des vagues de dif­fé­rent niveau). Avec un script et une for­mule mathé­ma­ti­que pllus com­plexe, il est pos­si­ble d’appl­li­quer des défor­ma­tions aux varia­tions loca­li­sées et créer des creux, des vagues crê­tées. En gérant par le script les hauts des vagues, on peut détec­ter les dépla­ce­ments et les col­li­sions entre vagues ou même avec d’autres objets, comme une falaise ou un rivage.

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La plan­che est défor­mée en fonc­tion de la posi­tion de chaque par­ti­cule. Un script doit par­cou­rir la sur­face de la plan­che et détec­ter les crêtes les plus poin­tues. C’est pour pou­voir ajou­ter des émetteurs d’écume (des sys­tè­mes de par­ti­cu­les), comme illus­tré sur l’image pré­cé­dente.

Ces par­ti­cu­les d’écume peu­vent glis­ser sur la sur­face de l’océan (la plan­che) ou être éjectées dans les airs, selon l’angle des vagues ou la direc­tion de la vague (on pouurra simu­ler le vent). La plan­che peut être consi­dé­rée comme un objet de col­li­sion pour ces par­ti­cu­les d’écume. Le plus inté­res­sant est de créer dif­fé­rents types de par­ti­cu­les qui ont des com­por­te­ments spé­ci­fi­ques et des aspects visuels variés. Le nombre de par­ti­cu­les éjectées des som­mets des vagues ou des col­li­sions peut être pro­por­tion­nel à la force cal­cu­lée des vagues.

On n’a pas détaillé les for­mu­les mathé­ma­ti­ques ni les valeurs des para­mè­tres car le niveau de pré­ci­sion "phy­si­que" et l’uti­li­sa­tion peut varier. Le plus impor­tant est d’affi­ner les valeurs des para­mè­tres par rap­port à une cohé­rence d’échelle, pour que l’effet obtenu soit visuel­le­ment convain­cant. Ces valeurs sont très dif­fé­ren­tes selon que l’agi­ta­tion des vagues de l’océan.

Ensuite, il faut tra­vailler sur les inn­te­rac­tions entre le bateau et les vagues, pour qu’il puisse glis­ser dessus.

Pour les col­li­sions avec l’océan, on peut uti­li­ser une ver­sion basse-défi­ni­tion (une géo­mé­trie très simple) de la coque du bateau comme le montre la vidéo sui­vante :

Pour l’orien­ta­tion du bateau en fonc­tion de la cour­bure de la sur­face de l’océan, la donnée à pren­dre en compte est le "vec­teur normal" à la sur­face. Pour chaque poly­gone de la sur­face de l’océan, ce vec­teur repré­sente la per­pen­di­cu­laire à ce poly­gone. Sur lal vidéo pré­cé­dente, le bateau avance par "à-coups" car le scrit change l’orien­ta­tion du bateau à chaque poly­gon sur lequel il avance. Pour obte­nir un mou­ve­ment plus fluide, il est néces­saire de cal­cu­ler une moyenne en fonc­tion du temps, dans le script.

Ainsi, le bateau évolue sui­vant "l’alti­tude" et l’orien­ta­tion des vagues de l’océan.

Notons également que ce vec­teur normal à la sur­face est aussi uti­lisé pour cal­cu­ler la valeur du creux des vagues, pour l’émission des par­ti­cule d’écume.

Pour que le bateau créée des remous danns l’eau et de peti­tes vagues dans son sillage, on uti­li­sera un prin­cipe légè­re­ment com­pli­qué, mais qui peut être très inté­res­sant pour ajou­ter du détail à l’océan. On crée une nou­velle sur­face hori­zon­tale en soft-bodies ou défor­mée par des par­ti­cu­les, comme la pre­mière. L’idée est de "dépo­ser cette nou­velle sur­face ou struc­ture de par­ti­cu­les au dessus de la pre­mière plan­che défor­mée. Ainsi, elle épousera les vagues de l’océan. On peut lui ajou­ter des champs de tur­bu­len­ces pluus fai­bles pour lui ajou­ter des vagues secondai­res. Mais sur­tout, cette nou­velle sur­face entrera en col­li­sion avec la coque du bateau, qui elle, peut également être une source de tur­bu­len­ces (loca­les). Ainsi, on aura recréé les inte­rac­tions entre le bateau et la mer sans tou­cher aux vagues de la pre­mière sur­face.

Pour le rendu de cet océan, on n’affi­chera que la seconde sur­face. De toute façon, il sera pra­ti­que de cal­cu­ler les dif­fé­rents éléments de la mer (sur­face, par­ti­cu­les d’écume, réflexions...) sur dif­fé­rents cal­ques semi-trans­pa­rents qui seront assem­blés au com­po­si­ting.

Le bateau qui sera rendu sépa­ré­ment pourra aussi être adjoin de nom­breux détails, comme la voile (en cloth-simu­la­tion comme pour le projet de char à glace), des cor­da­ges, des marins animés... comme sur l’image ci-des­sous.

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Evidemment, selon le prin­cipe de hyé­rar­chie, tous les objets du bateau sont soli­dai­res de la coque du bateau, qui subit le tan­guage et les roulis e l’océan. Seuls les cor­da­ges et la voile sont sim­ple­ment fixés aux extré­mi­tés et réa­gis­sent de manière dyna­mi­que (en fonc­tion du vent et des contrain­tes d’élasticité défi­nies).

Finalement, on cal­cule toutes les ani­ma­tions semi-trans­pa­rents comme illus­trées pluus bas, et il est pos­si­ble d’ajus­ter leurs pro­prié­tés dans le logi­ciel de com­po­si­ting.

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On obtient une image comme pluus bas, avec le châ­teau en arrière-plan, le ciel, les dif­fé­ren­tes passes d’océan mixées avec les par­ti­cu­les et des effets ajou­tés en com­po­si­ting, le bateau en haute défi­ni­tion et des nappes de brume animée.

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