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Apprentissages - module 1

Les aspects traités dans la phase d'apprentissage de ce module sont les suivants.

1. De la 2D à la modélisation 3D


Site: Campus RÉCIT
Course: Modélisation et impression 3D
Book: Apprentissages - module 1
Printed by: Guest user
Date: Tuesday, 23 April 2019, 6:11 AM

L’histoire de l’art est riche et nous permet de mieux saisir l’évolution de la 2D à la 3D en modélisation 3D. La venue du numérique a créé une véritable révolution à ce sujet.

1.1.1. De la 2D à la 3D dans l’art

Toute image bidimensionnelle (2D) est conçue sur un plan. Un plan est une surface plane, comme un écran, une vitre, un tableau, qui s'étend sur deux dimensions : la hauteur et la largeur. Dans un plan, l’image 2D se repère  à deux coordonnées (X et Y) (OQLF, 2011). Géométriquement, on peut la comparer à une figure plane.


L’image tridimensionnelle (3D), quant à elle, se différencie de la 2D par l’ajout d’une troisième dimension puisque celle-ci se repère à trois coordonnées (X, Y et Z). Les deux premières coordonnées sont celles du plan : la largeur (X) et la hauteur (Y). La troisième (Z) correspond à la profondeur, laquelle permet alors de représenter à l'écran les images en trois dimensions (OQFL, 2014). Géométriquement, on peut la comparer à un solide.


Alors qu’un objet réel possède trois dimensions, un dessin n’en a que deux. La découverte de la possibilité de donner une illusion de tridimensionnalité dans une image 2D est relativement récente. Avant le XVe siècle, peu d’essais ont été faits afin de représenter le monde en 3D à l’aide du dessin (Op-Art.co.uk, 2018). Giotto (1267 – 1337) et Duccio (c. 1255-1260 – c. 1318-1319), des peintres italiens, ont commencé à explorer l’idée de profondeur et de volume dans leur art et sont reconnus pour avoir introduit le principe de perspective : une représentation en deux dimensions d'un objet en trois dimensions avec l'utilisation d'un point de fuite, soit l'endroit où convergent les lignes qui sont parallèles en réalité (Alloprof, 2018). Au fil des siècles, nos connaissances quant à l’utilisation de la perspective ont énormément évolué comme on peut le constater en comparant une peinture de Giotto (à gauche) à une oeuvre de Joe and Max (à droite), un artiste qui maîtrise l’art de la perspective pour créer des surfaces qui, lorsqu’on les regarde d’un certain point de vue, donnent une illusion de tridimensionnalité.  


           Giotto. Annonciation à Sainte-Anne (1304-06)      (Joe and Max, 2018)


Références

Alloprof. (2018). Mathématiques. Les projections et les perspectives. Repéré à http://www.alloprof.qc.ca/BV/pages/m1274.aspx

Office québécois de la langue française [OQLF]. (2011). Bidimensionnel. Repéré à http://www.granddictionnaire.com/ficheOqlf.aspx?Id_Fiche=26502748

Office québécois de la langue française [OQLF]. (2014).Tridimensionnel. Repéré à http://www.granddictionnaire.com/ficheOqlf.aspx?Id_Fiche=2075005

Op-Art.co.uk. (2018). Op Art History Part I: A History of Perspective in Art. Repéré à http://www.op-art.co.uk/history/perspective/


Images : 

Joe and Max. (2018). Game of thrones for HBO - London, UK  [Image]. Repéré à http://3djoeandmax.com/gallery/game-of-thrones-for-hbo-london-uk/

Rivage de Bohème [Giotto]. (2018). Giotto. Annonciation à Sainte-Anne (1304-06) [Image]. Repéré à https://www.rivagedeboheme.fr/pages/arts/peinture-jusqu-au-14e-siecle/giotto.html



1.1.2. La venue du numérique

Le développement de l’ordinateur a favorisé la simulation de la tridimensionnalité par la création de nouveaux outils. C’est en 1963 que Ivan Sutherland a créé Sketchpad : la première interface graphique considérée comme précurseure aux logiciels de conception assistée par ordinateur. “Avec ce programme, Sutherland a été un des pionniers de la modélisation 3D, de la simulation visuelle et de l'interface graphique” (“Sketchpad”, 2018). Permettant notamment à l’utilisateur de contrôler aisément les propriétés géométriques d’un dessin, la venue de ce logiciel a ouvert de nouvelles possibilités  non seulement en art, mais aussi dans d’autres domaines : médecine, aéronautique, architecture, etc. Quant aux développements des technologies, notamment les ordinateurs et logiciels, ceux-ci augmentent le contrôle et les options disponibles. Si l’on compare les technologies actuelles à celle créée par Sutherland, on remarque plusieurs différences.

                    

Ivan Sutherlan utilisant Sketchpad en 1963     Artiste utilisant une tablette graphique au XXIe siècle

Références
Sketchpad. (24 octobre 2017). Dans Wikipédia. Repéré le 16 juillet 2018 à https://fr.wikipedia.org/wiki/Sketchpad

Images : 

Artiste utilisant une tablette graphique au XXI e siècle [Image]. (2018). Repéré à https://www.digitalartsonline.co.uk/reviews/creative-hardware/microsoft-surface-studio-artists-hands-on-review/

Ivan Sutherlan utilisant Sketchpad en 1963 [Image]. (2018). Repéré à http://history-computer.com/ModernComputer/Software/Sketchpad.html



1.1.3. Du dessin 3D à la modélisation 3D

Alors qu’un dessin peut donner une illusion de tridimensionnalité, la modélisation en 3D se rapproche du travail de construction de la pièce physique. En effet, “dans l'environnement 2D, le dessin capture les informations physiques nécessaires à la création de la pièce. L'approche de modélisation de solide, en revanche, considère le dessin comme l'un des divers modes d'utilisation du modèle créé” (Autodesk, 2014).


“Les logiciels de modélisation 3D se basent essentiellement sur la manipulation de formes de base. Ces formes de base utilisées peuvent être des cubes, des sphères ou des cônes, mais aussi des courbes de Bézier ou des NURBS, on parle alors de modeleur surfacique, à l'inverse des modeleurs polygonaux. L'utilisateur peut en ajouter ou en enlever à volonté.


              

     Formation d’un courbe de Bézier                   Surface obtenue à partir de courbes de NURBS

Le logiciel propose généralement un ensemble d'outils qui permettent de modeler les formes de base afin d'obtenir des formes plus complexes, comme une voiture ou un personnage. Ces outils de modélisation peuvent être de simples transformations géométriques, et de la géométrie de construction de solides ou peuvent réaliser des transformations plus complexes, permettant de modifier des morceaux de la forme, de les découper ou de les tordre dans tous les sens. Les logiciels de modélisation 3D peuvent intervenir sur d'autres attributs comme la texture de l'objet, sa couleur, la manière dont il interagit avec la lumière, etc.” (“Logiciel de modélisation tridimensionnelle”, 2018).


Références
Autodesk. (2014). Différences entre la technique de dessin et de modélisation. Repéré à https://knowledge.autodesk.com/fr/support/inventor-products/learn-explore/caas/CloudHelp/cloudhelp/2015/FRA/Inventor-Fundamentals/files/GUID-7907901F-DD7A-4E47-9DF3-87EC67A3682F-htm.html

Logiciel de modélisation tridimensionnelle (11 juin 2018). Dans Wikipédia. Repéré le 16 juillet 2018 à https://fr.wikipedia.org/wiki/Logiciel_de_mod%C3%A9lisation_tridimensionnelle


Images : 

Le terrier de lapineige. (2012). bezier-forth-anim [GIF]. Repéré à http://img.over-blog-kiwi.com/0/72/42/51/20141004/ob_2d5197_bezier-forth-anim.gif

NURBS. (8 février 2018). Dans Wikipédia. NURBS 3-D surface [GIF]. Repéré le 26 juillet à https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ea/NURBS_3-D_surface.gif 







1.2. Repères culturels

La modélisation 3D est utilisée dans de nombreux secteurs d’activité : divertissement, santé, mécanique, construction, alimentation, aérospatiale, etc. Cette diversité en fait un moyen de favoriser une approche orientante, laquelle valorise “l’intégration, par le personnel enseignant, d’éléments d’information et d’orientation dans les programmes disciplinaires, à l’aide de mises en situation ou de références tirées du monde du travail, ou encore d’approches pédagogiques favorisant le développement de l’identité (par projets, coopération, etc.)” (MELS, 2002, p. 22). Il est en effet possible d’intégrer aux activités pédagogiques des repères culturels susceptibles d'intéresser l’élève à la modélisation 3D et à l’impression 3D. Pour l’élève, un tel ajout peut favoriser la construction de sens envers les apprentissages ainsi réalisés.

De concert avec l’élève, l’enseignant peut choisir le repère culturel qui lui semble le mieux approprié à la tâche demandée. Par exemple, la modélisation d’un personnage en 3D peut être intégrée à une exploration de l’univers des jeux vidéo pour ainsi en apprendre au sujet du métier de producteurs de jeux vidéo, producteurs cinématographiques, maisons de publicité et de marketing, artistes numériques.


Références :
Ministère de l’éducation du loisir et du sport [MELS]. (2002). À chacun son rêve. Pour favoriser la réussite : l'approche orientante. Repéré à http://www.education.gouv.qc.ca/fileadmin/site_web/documents/dpse/adaptation_serv_compl/SEC_AppOrientante_19-7030_.pdf

1.3. Potentiel pédagogique de la modélisation 3D

La modélisation 3D, lorsque intégrée à une situation complexe, peut permettre à l’enseignant d’inférer des compétences disciplinaires et transversales, en plus de favoriser l’acquisition de connaissances et d’encourager la créativité.




1.3.1. Le développement des compétences

Relativement au développement des compétences, l’élève appelé à faire de la modélisation 3D à l’aide d’un ordinateur doit démontrer, par exemple, qu’il est capable d’interagir dans un environnement informatique, de produire des documents informatisés et d’adopter des comportements éthiques, critiques et sécuritaires. Également, les logiciels de modélisation étant pour la plupart intuitif, les compétences en informatique ne sont pas suscitées et développées au détriment d’autres telles que celles du domaine des mathématiques (Fortin, 2017). Par exemple, l’élève peut être appelé à développer la capacité à créer en respectant des contraintes, à résoudre un problème significatif ou à appliquer plusieurs notions mathématiques dans un contexte nouveau (Romero et Vallerand, 2016).


Références

Fortin, A. (2017). Développer ses compétences et sa créativité avec le 3D. Repéré à https://www.ticfga11.ca/developper-ses-competences-et-sa-creativite-avec-le-3d/

Romero, M., Vallerand, M. (2016). Guide d’activités technocréatives pour les enfants du 21e siècle. Repéré à https://drive.google.com/file/d/0B4bacfIEaahjSDlUV0FfUHYtTFE/view?pref=2&pli=1 .

1.3.2. L’acquisition de connaissances

Les savoirs associés, quant à eux, sont nombreux et sont traités en profondeur dans les autoformations du RÉCIT portant sur les logiciels de modélisation. En voici toutefois une liste non exhaustive : la représentation spatiale sur un système de coordonnées à trois axes, les modes d’affichage (filaire, solide, texturé) et de travail (vues orthographiques et en perspective), le mappage de textures, etc.




1.3.3. L’apport à la créativité

Quant à la créativité, l’élève engagé dans cette démarche“est amené à mettre en œuvre sa pensée créatrice. Lorsqu'il modélise des objets tridimensionnels ou qu'il prépare une scène, il crée un monde virtuel qui reflète sa propre vision d'un monde réel ou imaginaire” (MEES, 2017, p. 159).

Tous et toutes doivent être appelés à contribuer à stimuler la créativité et à rendre les élèves actifs dans leurs apprentissages. Concevoir la créativité comme état d’esprit est incontournable parce que cela nous invite à ne pas nous limiter aux outils qui peuvent, on le sait bien, devenir désuets à un certain moment (Lacasse, 2018).

Références

Lacasse, M. (2018). Apprendre par l’action et la créativité. Repéré à https://www.ticfga11.ca/apprendre-par-laction-et-la-creativite-2/

Ministère de l’éducation et de l’enseignement supérieur [MEES] (2017). Programme de la formation de base diversifiée, Informatique. INF-5076-2. Initiation à la modélisation 3D. Repéré à https://drive.google.com/file/d/0B4RA8RrE_c4YZnNNaVFwMEx3ODg/view