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A propos d'Obligement
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David Brunet
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En pratique : Real 3D - Robotique
(Article écrit par Philippe Viot et extrait d'Ami-GrafX - février 1995)
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Avec cette série sur Real 3D, mon objectif est simple, mais oh combien ambitieux : j'espère vous
apporter un grand nombre d'astuces pour vous faire progresser rapidement. Cet apprentissage sera
fait à partir d'exemples, vous utiliserez ainsi votre logiciel et vous pourrez constater immédiatement
le fruit de votre travail.
Robot
J'ai choisi de vous présenter pour ce premier article la création et l'animation d'un robot de
manipulation pour vous montrer les possibilités des fonctions de Real 3D. Un robot est
composé de plusieurs solides reliés entre eux par des liaisons pivots : pour les non-initiés,
les solides sont en rotation les uns par rapport aux autres, rotations qui sont définies par rapport
à des axes. Il est donc naturel pour animer notre robot d'utiliser la fonction "Rotation"
du menu "Animation" du logiciel. Vous pourrez créer un atelier de manutention tel que l'on peut
le trouver dans l'industrie.
Les deux robots ci-dessus vont rechercher des pièces arrivant sur des tapis roulants pour les
positionner sur un chariot filoguidé. Ce chariot permet de transporter les pièces vers un
autre atelier. Les tâches effectuées sont répétitives, l'animation est donc cyclique ce qui
permet pour quelques mégaoctets de fichier d'obtenir une animation de plusieurs secondes en
24 bits.
La voie hiérarchique
Toute réalisation d'une image commence par la modélisation du sujet. La création du robot
est faite à partir d'éléments simples, nous allons utiliser principalement les outils tube,
rectangulaire et tour. Pour réaliser l'animation facilement, il est nécessaire de reproduire
la structure physique du robot. Cette structure comprend bien sûr la géométrie (définie par
les outils) mais aussi la hiérarchie ou agencement des différents composants du robot :
elle permet, lorsque l'on va déplacer le bras du robot, d'effectuer un mouvement simultané
du système préhenseur (la main). Je vous propose la hiérarchie décrite sur la figure 1.
Figure 1
Le robot se compose de plusieurs éléments :
- Le support en rotation verticale par rapport au sol.
- Le bras en rotation par rapport au support.
Pour construire cette structure, il suffit d'utiliser la fonction "Objet". Le but de cette phase
n'est pas de se lancer dans la modélisation directement mais de préparer le terrain. Vous définissez
de la même façon les objets "bras" et "avant-bras" qui appartiennent au niveau "bras" (vous pouvez
appeler par le même nom deux objets différents s'ils ne se situent pas dans le même niveau).
Les autres objets peuvent être construits de la même façon mais il sera plus simple de les obtenir
directement en utilisant les outils et en renommant immédiatement l'objet réalise.
La modélisation
Je vais décrire dans ce qui suit la modélisation du bras de niveau 2 (figure 2), la création du
reste du robot peut se faire de la même façon.
Figure 2
Je suppose que vous avez un bon niveau de connaissance sur Real 3D ; mon rédacteur en chef m'a spécifié que
vous étiez des surdoués en imagerie, je ne m'appesantirais donc pas sur l'utilisation des outils de base.
Le bras est composé de deux pattes qui forment une sorte de "U". La base de ce U permet de poser le
bras sur le support et les côtés permettent de fixer l'avant-bras et les éléments de puissance. Ces
éléments sont simplement un moteur et un ensemble réducteur pour transmettre la puissance à l'articulation
de l'avant-bras.
L'outil "Tube Rectangulaire" est utilisé pour créer une des pattes. L'appel de cette fonction peut se
faire par le raccourci clavier "A+C". En dessinant un rectangle, vous paramétrez la section rectangulaire
du tube et la création d'une ligne brisée permet de décrire la ligne moyenne du tube. En fait, pour la
patte, vous ne créez qu'un segment, le résultat est donc un parallélépipède muni à ses extrémités de
deux cylindres de même diamètre. Le cylindre supérieur est censé récupérer le montage de l'articulation
avec l'avant-bras et transmettre la puissance (figure 3).
Figure 3
Sa dimension doit être plus grande que le cylindre inférieur, il est donc judicieux d'utiliser la fonction
"size" (redimensionner) en prenant la précaution de se centrer sur le cylindre supérieur. Si vous
faites l'opération dans la foulée de la création du tube, vous serez automatiquement centré sur le
cylindre. Le redimensionnement peut être contrôlé par le facteur de redimensionnement en utilisant la
touche ";". Cette touche vous permet de rentrer une valeur exacte, par exemple "1,2".
Si vous désirez que l'épaisseur de ce cylindre soit identique à celle du reste du tube, vous pouvez utiliser
la fonction "Extension" avec le rapport inverse "1/1,2" entré au clavier.
La patte est pratiquement terminée, il reste encore à augmenter la longueur du cylindre inférieur pour
réaliser l'articulation avec le bloc support. Nous réaliserons cette opération plus tard, tout simplement
parce que la patte est utilisée pour réaliser le réducteur. Le réducteur est l'ensemble qui permet de
transmettre la puissance du moteur (non réalisé pour l'instant) à l'articulation de l'avant-bras par le
biais de poulies et de courroie. Cet ensemble est recouvert de protection qui reprend les formes de la
patte. Pour réaliser le capot, il suffit donc de faire une copie (touche "c") de la patte et de la renommer
(touche "n") en "Réducteur". Le réducteur est ensuite redimensionné et positionné pour obtenir la forme voulue.
Le réducteur est dans le même niveau hiérarchique que la patte.
La création du moteur est simple : vous utilisez l'outil "Tour" pour réaliser un cylindre chanfreiné.
Le chanfrein est particulièrement intéressant pour améliorer la qualité de l'image finale, il permet en
effet de rajouter quelques reflets et de marquer clairement la frontière entre la surface plane et les
génératrices du cylindre. Par expérience, ça marche !
Le bras est quasiment terminé, vous pouvez maintenant sélectionner le cylindre inférieur de la patte pour
augmenter sa longueur. Cette longueur correspond à la demi-largeur du bras. La deuxième patte du bras
est obtenue en copiant la patte déjà réalisée et en utilisant la fonction "Miroir". On utilisera
l'extrémité du cylindre inférieur comme axe de symétrie. Le reste du robot se fait à partir des mêmes
techniques et je vous laisse le loisir de créer sa géométrie en suivant le fil de votre inspiration.
Pensez simplement à réaliser une bonne adéquation entre les formes conçues et les capacités de votre
machine. Rien ne sert de saturer l'espace mémoire lors de la modélisation si l'on s'aperçoit par la
suite que l'animation ne peut être réalisée.
Matière à réflexion
Vous venez enfin de terminer la modélisation de votre robot, il reste à l'égayer de couleur
et lui donner quelques effets de matière (figure 4).
Figure 4
En effet, les ateliers ne sont plus tels que les décrivait Zola. Je ne rentrerai pas dans les détails
mais donnerai seulement quelques indications. Le corps principal du robot est orange, la matière
associée est le plastique (matériau livré avec le logiciel). Certaines pièces telles que les moteurs
sont bleues en "miroir". L'indice de brillance est volontairement modifié à 30/100 pour limiter
les effets de réflexion. Le sol de l'atelier est un simple rectangle. Il est infini : cet attribut
est modifié en utilisant la fonction "Info" (touche "i"). Le matériau associé au sol est décrit sur
la figure 4. L'indice de brillance est faible (33/100) mais il permet de voir lors de l'animation
les réflexions des robots sur le sol (le temps de calcul est bien entendu largement augmenté).
La texture employée en mode parallèle est un carrelage bleu. La taille de cette image est la plus
petite possible (taille mémoire) : 40x40 pixels sont suffisants pour représenter un carrelage correct.
Pour améliorer la qualité, vous pouvez sélectionner l'option "Dégradé".
Un peu de mise en scène
Pensez à rajouter des éléments simples tels que le tapis roulant et les barrières de sécurité :
vous améliorez la qualité visuelle de votre animation sans pour cela augmenter considérablement
la taille de l'animation. Le tapis roulant amène à proximité la pièce que doit prendre le robot.
Il est composé d'éléments simples (rectangle cylindres), son châssis est réalisé avec l'outil "Tube
Rectangulaire" (figure 5).
Figure 5
Le chariot filoguidé est l'élément qui permet de récupérer la pièce prise par le robot, il est muni
dans la plupart des cas d'un gyrophare pour signaler sa présence. Ce gyrophare est un cône tronqué
puis coupé par un cube avec l'opération "Division" pour obtenir deux demi-cônes : l'un restera opaque
avec le matériau plastique, l'autre sera translucide orangé. Vous pouvez éventuellement placer une lampe à
l'intérieur de ce volume pour affiner l'effet.
Tout est prêt, l'atelier est enfin matérialisé, je vous laisse faire les derniers réglages pour obtenir
un rendu le plus sympathique possible. Soignez-le dès à présent, il vous sera difficile de modifier les
paramètres des objets lorsque vous aurez réellement déterminé l'animation (figure 6).
Figure 6
L'attribut d'un objet en mouvement est associé à chaque image. Si vous changez la couleur de cet
objet dans une image, vous ne modifiez pas nécessairement sa couleur dans la suivante. Il est
donc préférable de paramétrer correctement l'image avant de se lancer dans l'animation. J'ai utilisé
quatre lampes disposées uniformément au-dessus de la scène pour atténuer les zones d'ombres
trop prononcées dans le mode de calcul "Photo". Les réglages ci-contre donnent un éclairage
satisfaisant ; ils donnent de l'espace à l'atelier et, par illusion d'optique, augmentent ces dimensions.
Ça bouge
Vous pouvez enfin vous lancer dans l'animation. L'objectif du mouvement est le suivant :
le préhenseur du robot se déplace pour saisir une pièce sur le tapis roulant. Pendant
ce temps, le chariot filoguidé se met en place. Le préhenseur muni de la pièce parcourt le
chemin inverse et vient la déposer sur le chariot. Lors de cette opération, le tapis roulant
amène simultanément une nouvelle pièce en bonne position. Pour réaliser cette animation, il
est donc nécessaire de manipuler trois éléments : le tapis roulant, le chariot filoguidé et
bien entendu le robot. Nous supposerons pour cette animation que votre machine permette de
créer soixante images. Cela permet de réaliser un cycle de quatre secondes pour une animation
défilant à 15 images par secondes en 24 bits.
Commençons par le robot et positionnons-le dans sa position initiale (voir figure 7).
Figure 7
Nous avons la possibilité de jouer sur les trois paramètres angulaires a, b et g. Ces trois angles
vont nous permettre de modifier la position du préhenseur pour l'amener au niveau du tapis roulant.
Vous devez cependant connaître la limite de ces angles. La rotation suivant l'angle a est de 90°.
Pour déterminer les deux autres valeurs, vous pouvez par tâtonnement utiliser la fonction "Rotation"
du bras et de l'avant-bras pour que le préhenseur vienne en contact avec la pièce. Vous déterminez
ainsi les valeurs numériques des deux autres angles. Ces valeurs dépendent des positions entre les
différents éléments, je ne peux donc pas vous donner de valeurs.
Figure 8
Vous connaissez maintenant les positions extrêmes des éléments du robot, il reste le problème de la
prise de la pièce par le préhenseur. Nous allons contourner ce problème en copiant par deux fois
la pièce à saisir. Une copie sera placée dans le préhenseur (géométriquement et hiérarchiquement)
et sera invisible lorsque la pièce ne sera pas encore prise. Lorsque le préhenseur doit saisir la
pièce, Celle placée sur le tapis roulant devient invisible et celle incluse dans le préhenseur
devient visible. Toutes ces opérations sont réalisées en jouant sur les attributs dans la fonction
"Info". Lorsque vous rendrez une pièce invisible, vous cliquez sur le bouton "Scène" et "Sans Reflets"
de la fonction "Info". Il serait en effet ennuyeux de visualiser les reflets d'une pièce qui n'existe
pas. Pour déposer la pièce sur le chariot, vous pourrez procéder de la même façon. Ce type de méthode
peut être utilisé puisque la pièce est de géométrie simple ; sa copie n'entraîne donc pas une augmentation
sensible de la taille de l'animation.
Pour le robot l'animation sur les 60 images se décompose de la façon suivante : sur les 26 premières
images, le robot se positionne pour atteindre le tapis roulant, il utilise quatre images
pour saisir la pièce (manipulation du préhenseur, rotation lente), il parcourt ensuite le chemin
inverse en 26 images et dépose délicatement la pièce durant les quatre dernières images.
Le mouvement de chaque pièce est obtenue par rotation en utilisant la fonction "Rotation"
du menu "Animation". Vous pouvez augmenter l'amplitude de certains angles, g en particulier pour dégager
l'avant-bras et éviter que le préhenseur ne rentre en collision avec le tapis roulant ou le chariot.
L'animation des pièces sur le tapis roulant est réalisée à partir de la fonction "Orbite". En fait, nous
allons simplement déplacer les pièces qui sont posées dessus et donner ainsi l'illusion que le tapis
roulant est en marche. Après avoir sélectionné l'ensemble des pièces, vous appelez la fonction
"Orbite" et dessinez une courbe reliant deux pièces comme proposé sur la figure 9.
Le mouvement peut être lancé à partir de l'image 31 puisque la pièce est prise par le robot.
Figure 9
L'animation du chariot filoguidé est réalisée de la même façon que celle des pièces du tapis roulant.
Vous créez une courbe et l'utilisez à partir de la fonction "Orbite" pour décrire le chemin du chariot.
Vous utilisez ensuite la fonction "Direction" pour que le chariot soit toujours tangent au chemin choisi.
Le travail est terminé. Vous pouvez maintenant cliquer sur le menu "Rendu". En désactivant le bouton
"Une Seule", le logiciel calculera à la suite les 60 images. Vous pouvez choisir pour gagner un peu
de temps de calcul le mode "Sans Ombre" plutôt que le mode "Photo". De toute façon, je vous conseille
de lancer le calcul avant d'aller vous coucher. Bon courage !
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