La création numérique et la modélisation 3D

La création numérique est l'ensemble des activités qui utilisent des outils numériques (ordinateurs, tablettes, logiciels) pour produire des contenus. Ces contenus peuvent être très variés.

• Images : Photos retouchées, dessins vectoriels, infographies.
• Sons : Musiques, podcasts, effets sonores.
• Vidéos : Films, animations, montages.
• Textes : Livres numériques, articles de blog.
• Objets 3D : Modèles pour jeux vidéo, pièces imprimées en 3D.

Le numérique a transformé nos vies. Il est partout !

• Impact sur la vie courante : Communication (réseaux sociaux, e-mails), divertissement (films, jeux), éducation (cours en ligne), achats (e-commerce).
• Métiers du numérique : Développeur web, graphiste, monteur vidéo, architecte 3D, game designer, etc. Ce secteur crée de nombreux emplois.
• Avantages :
  • Facilite la communication et le partage d'informations.
  • Permet de créer des choses complexes plus rapidement.
  • Ouvre de nouvelles possibilités artistiques et techniques.
• Inconvénients :
  • Dépendance aux écrans.
  • Problèmes de cybersécurité et de protection des données.
  • Fracture numérique (accès inégal aux outils).

La création numérique se divise en plusieurs domaines :

• Création graphique : Dessin, retouche photo, création de logos, illustration. Logiciels : Photoshop, GIMP, Illustrator.
• Création sonore : Composition musicale, montage audio, production de podcasts. Logiciels : Audacity, GarageBand, FL Studio.
• Création vidéo : Montage de films, réalisation d'animations, effets spéciaux. Logiciels : DaVinci Resolve, Kdenlive, Adobe Premiere.
• Création 3D : Conception d'objets ou de scènes dans un espace en trois dimensions. C'est ce que nous allons explorer en détail !

La 3D signifie "trois dimensions". Un objet en 3D possède :

• une longueur (axe X)
• une largeur (axe Y)
• une profondeur (axe Z)

C'est la façon dont nous percevons le monde réel. La représentation spatiale permet de donner du volume aux objets.

Différence 2D / 3D :

La modélisation 3D consiste à créer un objet virtuel dans un espace tridimensionnel à l'aide d'un logiciel de modélisation.

Comment est construit un objet 3D ? Un modèle 3D est composé de :

• Points (ou sommets) : Ce sont les éléments de base, des coordonnées dans l'espace $(x, y, z)$.
• Arêtes : Ce sont des lignes qui relient deux points.
• Faces (ou polygones) : Ce sont des surfaces planes formées par au moins trois arêtes. Plus il y a de faces, plus l'objet est détaillé et lisse.

Ces éléments forment une sorte de "squelette" ou "maillage" de l'objet.

La modélisation 3D est utilisée dans de très nombreux domaines :

• Jeux vidéo : Création des personnages, des décors, des objets.
• Cinéma d'animation : Films comme Toy Story, Shrek, où tout est modélisé en 3D.
• Architecture : Conception de bâtiments, visites virtuelles avant la construction.
• Design produit : Conception de meubles, de voitures, d'objets du quotidien.
• Médecine : Modélisation d'organes pour la chirurgie ou l'enseignement.
• Ingénierie : Conception de pièces mécaniques, de prototypes.
• Impression 3D : Création d'objets physiques à partir de modèles numériques.

Il existe de nombreux logiciels pour la modélisation 3D, adaptés à différents niveaux et usages.

• Logiciels gratuits (souvent pour débutants ou usages simples) :
  • Tinkercad : Très simple d'utilisation, basé sur des formes primitives, idéal pour l'éducation et l'impression 3D. Fonctionne dans le navigateur web.
  • SketchUp Free : Permet de modéliser rapidement des bâtiments et des objets. Version gratuite en ligne.
  • Blender : Un logiciel très puissant et professionnel, mais plus complexe à prendre en main. Entièrement gratuit et open-source.
• Logiciels professionnels (souvent payants et plus complexes) :
  • SolidWorks : Utilisé en ingénierie pour la conception mécanique.
  • AutoCAD : Pour le dessin technique et l'architecture.
  • ZBrush : Pour la sculpture numérique très détaillée (personnages, créatures).

L'interface utilisateur de ces logiciels comprend généralement une zone de travail 3D, des menus d'outils, et des panneaux de propriétés.

Même si les logiciels sont différents, ils partagent des fonctions de base essentielles :

• Création de formes primitives : Sphère, cube, cylindre, cône, tore (un anneau). Ce sont les briques de base pour construire des objets plus complexes.
• Déplacement, rotation, mise à l'échelle :
  • Déplacer : Bouger l'objet dans l'espace (translation).
  • Rotation : Faire pivoter l'objet autour d'un axe.
  • Mise à l'échelle : Agrandir ou réduire la taille de l'objet.
• Opérations booléennes : Ces opérations permettent de combiner des formes de manière sophistiquée :
  • Union : Fusionne plusieurs objets en un seul.
  • Soustraction : Retire un objet d'un autre (par exemple, percer un trou).
  • Intersection : Garde uniquement la partie où les objets se chevauchent.

Pour bien travailler, il faut savoir se déplacer dans l'espace 3D :

• Vues :
  • Perspective : Représente les objets comme l'œil humain les voit, avec les éléments éloignés qui semblent plus petits.
  • Orthographique : Les objets ont la même taille quelle que soit leur distance, utile pour les mesures précises (vue de face, de dessus, de côté).
• Navigation :
  • Zoom : Se rapprocher ou s'éloigner de l'objet.
  • Panoramique (ou "pan") : Déplacer la vue latéralement ou verticalement sans changer l'orientation.
  • Orbite : Tourner autour de l'objet pour le voir sous tous les angles.
• Grille de travail : Un plan quadrillé qui aide à positionner les objets et à respecter les dimensions.

Avant de se lancer sur l'ordinateur, il est crucial de bien préparer son projet.

1. Idéation et croquis : Dessinez votre idée sur papier. C'est une étape essentielle pour visualiser et planifier.
2. Définition des dimensions : Estimez la taille de votre objet. Un cube de 20x20x20 mm ? Une pièce de 5 cm de long ?
3. Choix des formes de base : Décomposez votre objet en formes géométriques simples (cubes, cylindres, sphères). Par exemple, une table peut être un plateau (cube plat) et quatre pieds (cylindres).

Prenons l'exemple d'un support de téléphone simple :

1. Ajout de formes : Commencez par un cube ou un parallélépipède pour la base.
2. Modification des propriétés : Changez ses dimensions pour qu'il ait la taille souhaitée (par exemple, 100 x 50 x 10 mm).
3. Création d'un "trou" pour le téléphone :
   • Ajoutez un autre parallélépipède, plus petit.
   • Positionnez-le de manière à ce qu'il traverse la base là où vous voulez l'encoche.
   • Utilisez l'opération soustraction (booléenne) pour retirer le petit parallélépipède de la base.
4. Alignement et groupement : Si vous avez plusieurs pièces, utilisez les outils d'alignement pour les positionner correctement. Une fois satisfait, vous pouvez les grouper pour qu'elles forment un seul objet.

Une fois votre modèle terminé, vous voudrez peut-être le partager ou le fabriquer.

• Formats de fichiers 3D :
  • .STL (STereoLithography) : Le format le plus courant pour l'impression 3D. Il décrit la géométrie de l'objet sous forme de triangles.
  • .OBJ (Object) : Un autre format populaire qui peut stocker plus d'informations comme les couleurs ou les textures.
  • .3MF : Un format plus moderne qui peut inclure des informations sur les matériaux et les structures internes.
• Visualisation en ligne : Beaucoup de plateformes (comme Tinkercad, ou Sketchfab) permettent de visualiser et de partager vos modèles 3D directement dans un navigateur web.
• Préparation pour l'impression 3D : L'exportation en .STL est la première étape pour préparer votre modèle à être imprimé.

L'impression 3D est un procédé de fabrication additive qui crée un objet physique, couche par couche, à partir d'un fichier numérique 3D.

• Principe de l'impression 3D : Au lieu de retirer de la matière (comme une sculpture), l'imprimante ajoute de la matière pour construire l'objet.
• Types d'imprimantes (la plus courante en milieu scolaire) :
  • FDM (Fused Deposition Modeling) : C'est la technologie la plus répandue. Un filament de plastique est chauffé et déposé couche par couche par une buse mobile.
• Matériaux :
  • PLA (Acide Polylactique) : Le filament le plus utilisé. Il est biodégradable et facile à imprimer.

Avant d'imprimer, le fichier 3D doit être préparé :

1. Logiciel de tranchage (slicer) : C'est un logiciel qui "découpe" votre modèle 3D en fines couches et génère le chemin que l'imprimante doit suivre. Il crée un fichier G-code.
   • Exemples : Cura, PrusaSlicer.
2. Paramètres d'impression : Ces réglages sont cruciaux pour la qualité de l'impression.
   • Hauteur de couche : L'épaisseur de chaque couche (plus c'est fin, plus l'objet est lisse, mais plus c'est long).
   • Remplissage (infill) : Le pourcentage de matière à l'intérieur de l'objet (plus il y en a, plus l'objet est solide).
   • Température : Celle de la buse et du plateau.
   • Vitesse d'impression.
3. Support d'impression : Pour les pièces avec des parties en porte-à-faux (qui "pendent dans le vide"), le slicer peut ajouter des structures temporaires, les supports, qui seront retirées après l'impression. Sans supports, ces parties s'effondreraient.

Une fois le G-code généré :

1. Lancement de l'impression : Le fichier G-code est transféré à l'imprimante (carte SD, USB, réseau).
2. Surveillance : Il est important de surveiller les premières couches pour s'assurer que l'impression adhère bien au plateau.
3. Post-traitement : Une fois l'impression terminée, il faut :
   • Retirer l'objet du plateau.
   • Retirer les supports et les bavures éventuelles.
   • Poncer ou peindre l'objet si désiré.

L'impression 3D n'est pas la seule technique pour transformer un fichier numérique en objet physique :

• Découpe laser : Un laser découpe ou grave des matériaux plats (bois, plastique, carton, tissu) selon un tracé 2D vectoriel. Idéal pour des pièces plates précises.
• Fraiseuse numérique (CNC - Computer Numerical Control) : Une machine-outil qui enlève de la matière d'un bloc solide (bois, métal, plastique) à l'aide d'une fraise rotative. Permet de créer des objets 3D par soustraction.
• Comparaison des techniques :