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Infographie 3D
Simulation de diaphragme

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Le Diaphragme

"Le diaphragme permet de faire passer plus ou moins de lumière vers la péllicule, l'ouverture du diaphragme s'exprime en diamètre par rapport à la focale."

"Un objectif de 50mm ouvert à f/2 à un diamètre d'ouveture de 25mm. La quantité de lumière dépendant de la surface (le carré du rayon), pour faire passer deux fois moins de lumière, on divise le diamètre par 1,4 (racine de 2). On obtient ainsi la série d'ouvertures standard : 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11 16 22 32 45 64."

La profondeur de champ

"La zone de netteté dans une scène vue avec un objectif est comprise entre deux plans. La profondeur de champ est la distance entre ces deux plans."

Profondeur de champ et diaphragme

"Plus l'ouverture est fermée, plus les rayons lumineux forment un angle aigu, et plus le cercle formé sur la péllicule est petit, donc net."

L'hyperfocale

"L'hyperfocale est la distance de mise au point minimale telle qu'un objet à l'infini soit net. En mettant au point à l'hyperfocale, on est net depuis la moitié de l'hyperfocale jusqu'à l'infini."

Calcul de la profondeur de champ

Voici une formule (donnée par Dolphin), permettant de calculer la profondeur de champ, cette formule n'est valable que si la distance de mise au point est de plusieurs fois supérieure à la focale utilisée.

H = f ² / k * n

Avec:

  • H = Hyperfocale.
  • f = focale en mm.
  • k = 0.033 ( constante pour du 24 * 36 mm).
  • n = Diaphragme.

La profondeur de champ et donnée par les relations suivantes:

D1 = ( H * D ) / ( H - D)

D2 = ( H * D ) / ( H + D)

PC = D1 - D2

Avec:

  • H = Hyperfocale.
  • D = Distance de mise au point en mm.

Si la profondeur de champ (PC) est négative, l'image sera net de D2 à l'infini, sinon tous les objects ce trouvant entre D2 et D1 seront net. Avant D2 et après D1 les objets seront par contre flous.

Application pratique à Imagine

Nous allons donc essayer de simuler avec Imagine les tailles usuels de diaphragme. Vous devez téléchargez les différents objets que comporte la scène de test.

Lancez Imagine, allez dans le stage editor, et chargez les 2 objects de la scène.

Placez la caméra comme suis :

  • Position (0,-350,160)
  • Size (36,50,24)
    Ces valeurs de taille pour la caméra simule une focale de 50 mm. Faites [CTRL K] (Caméra Retrack) et choissisez "SUJET" comme point de visée, la caméra pointe maintenant sur la seule sphère verte du groupe. Faites [S] ( scale ) et amener le plan de projection de la caméra au niveau de la sphère verte (voir figure ci dessous).

Vue de coté

Le fait de redimensionner la caméra sur tous les axes en même temps ne change pas la focale de celle-ci, nous avons donc toujours une focale de 50 mm.

Allez dans l'Action Editor, ajoutez une caméra de l'image 1 à l'image 1 comme sur la figure ci-contre. Copiez-coller maintenant cette caméra sur les 10 premières images.

Les options Aperture Size Is et Aperture Size (DOF) permettent de définir l'ouverture de la caméra (en fait de son objectif), laissez Aperture Size Is sur Actual Size ( qui en fait lie la taille en X de la caméra avec l'ouverture) et Aperture Size (DOF) à 0 pour l'image 1.

Appliquons maintenant les formules citées plus haut sur ce cas précis, notre caméra à une focale de 50 mm, prenons comme echelle de représentation 1 unité dans Imagine équivaut 10 mm, les sphères font donc 10 cm de diamètre.

Détaillons le calcul de la profondeur de champ pour un diaphragme de 5.6 par exemple.

H = f ² / k * n

H = 50 ² / 0.033 * 5.6

H = 13528.1385

Nous en déduisons donc D1 et D2, avec D égal à la taille en Y de la caméra mais attention la taille en mm et pas en unité Imagine (c'est pour cela qu'il est important de faire correspondre le plan de projection avec l'endroit visée par la caméra). Avec D=3835.7034 ( Taille en Y = 383.57034 ), ce qui devrait à peu près correspondre à votre valeur en Y de la caméra, nous avons :

D1 = ( H * D ) / ( H - D)

D1 = 5353.6522 mm

D2 = ( H * D ) / ( H + D)

D2 = 2988.3897 mm

La profondeur de champ pour un diaphragme de 5.6 est donc de :

PC = D1 - D2

PC = 2365.2625 mm

Voici donc toutes les profondeurs de champs suivants le diaphragme utilisé.

Diaphragme Profondeur de champ (mètres) Commentaires
10.39 mJe ne sais pas si un objectif peut être ouvert complétement
1.40.55 mNet de 3.58 m à 4.13 m
20.78 mNet de 3.48 m à 4.27 m
2.81.11 mNet de 3.36 m à 4.47 m
41.62 mNet de 3.19 m à 4.81 m
5.62.37 mNet de 2.99 m à 5.35 m
83.72 mNet de 2.73 m à 6.45 m
116.19 mNet de 2.46 m à 8.66 m
1618.08 mNet de 2.12 m à 20.20 m
22n/aNet de 1.81 m à l'infini
32n/aNet de 1.46 m à l'infini
45n/aNet de 1.17 m à l'infini
64n/aNet de 0.90 m à l'infini

Nous avons paramètré précedement la caméra d'Imagine pour que l'axe de X soit lie a la profondeur de champ ( bouton d'option Actual Size).

Le rapport Taille de la caméra en X / Profondeur de champ nous donne la valeur à entrer en paramètre pour Aperture size (DOF), la taille en X et la profondeur de champ doivent être exprimer en unité réelle (mètres ou mm).

Nous déduisons donc les valeurs posibles pour Aperture Size (DOF) :

Diaphragme Profondeur de champ (mètres) Aperture Size (DOF)
10.39 m 7.092000
1.40.55 m 5.053216
20.78 m 3.518659
2.81.11 m 2.488330
41.62 m 1.704647
5.62.37 m 1.167610
83.72 m 0.742960
116.19 m 0.445884
1618.08 m 0.152753
22n/a 0.1
32n/a 0.07
45n/a 0.03
64n/a 0.01

Les valeurs en rouges ne sont pas des valeurs calculées, car il n'y a pas de profondeur de champ pour ces ouvertures, entrez les quand même dans Imagine, pour voir si en simulant une ouverture ne générant pas de profondeur de champ, Imagine ne le génère pas !.

Voici le résultat des différents rendus :

Diaph Rendu
Rien
1
1.4
2
2.8
4
5.6
8
11
16

Les ouvertures 11 et 16 sont identiques à mes yeux à la prise de vue sans profondeur de champ, et les valeurs d'ouverture au dessus de 16 ne donne aucun flou.

Voici un autre exemple (sans les calculs) utilisant le même principe.