L'utilisation de la 3D pour expliquer le coronavirus Des illustrateurs médicaux expliquent comment ils allient l'art et la science pour visualiser une menace mondiale sans précédent.

Les illustrateurs médicaux passent leurs journées à transformer les derniers travaux de recherches en visuels destinés aussi bien à un public profane qu'aux enseignants, professionnels de la santé, fabricants de produits pharmaceutiques et scientifiques. Les images qu'ils créent rendent plus tangibles des processus biologiques difficiles à comprendre. Dans le cas du coronavirus (SARS-CoV-2), qui est environ 1 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain, des illustrateurs médicaux du monde entier ont relevé le défi de montrer à quoi ce virus ressemble et comment il affecte le corps humain.

Si leur travail exige de passer régulièrement en revue des documents de recherche et d'analyser des données, les illustrateurs médicaux s'appuient également sur certaines compétences artistiques pour mettre en images les choses les plus complexes. Nicholas Woolridge, professeur associé à l'université de Toronto à Mississauga, a récemment utilisé Cinema 4D pour créer des animations en 3D et des images du virus SARS-CoV-2, qui est à l'origine de la COVID-19. Elles sont libres de droits avec une licence Creative Commons Attribution 4.0 International.

Nicholas Woolridge, longtemps directeur du programme de Master of Science in Biomedical Communications à l'Institut des sciences médicales de l'Université de Toronto, étudie le développement des médias visuels pour la recherche biomédicale, l'enseignement et l'assistance aux patients. L'université de Toronto à Mississauga accueille le seul programme d'illustration médicale au Canada et, à l'automne, proposera des cours de premier cycle en modélisation organique et en design cinématographique.

Actuellement en congé de recherche, il s'est lancé dans des projets de visualisation en 3D et s'est montré à la fois très inquiet et curieux vis-à-vis du virus. « J'étais heureux de voir qu'un mois après que le virus devienne connu de tous, les scientifiques avaient découvert certaines des principales molécules qui composent sa structure », se souvient-il. Désireux de montrer plus de complexité, il a utilisé les données structurelles des protéines réelles du SARS-CoV et du SARS-CoV-2 pour réaliser des visualisations à la fois intéressantes et attrayantes.

« La disposition générale des protéines était basée sur des écrits, mais les détails de l'enveloppe intérieure du virus sont encore flous, si bien que j'ai fait les meilleures suppositions possibles sur la base de ce que l'on sait », explique-t-il. Comme d'autres illustrateurs médicaux qui utilisent C4D, Maya et d'autres logiciels de 3D, Nicholas Woolridge a utilisé le plugin ePMV pour importer des ressources de la banque de données sur les protéines du RCSB directement dans Cinema 4D. « Il s'agit d'un virus encapsulé dans une membrane ; c'est pourquoi j'ai isolé les lipides d'une double couche lipidique et je les ai introduits dans Cinema 4D sous la forme de petits éléments individuels. J'ai ensuite utilisé les outils MoGraph pour en reproduire des dizaines de milliers afin de créer le modèle de la membrane », poursuit-il.

Nicholas Woolridge aurait pu considérer son travail comme un simple projet personnel, mais il voulait vraiment rendre ses animations et illustrations publiques et libres d'utilisation pour tous. Il a donc discuté avec d'autres professeurs et découvert que de nombreux élèves et anciens élèves du programme voulaient également créer des travaux autour du virus. Aujourd'hui, l’ensemble de leurs ressources visuelles destinées aux professionnels de la science et de la santé est disponible sur la page multimédia du programme de la Biomedical Communications (BMC).

« C'est à la fois très intéressant et encourageant de voir la communauté des illustrateurs s'investir dans ce moment sans précédent, souligne-t-il. Notre rôle reste de traduire ce qui serait très difficile à comprendre autrement, même pour des scientifiques qui utilisent des illustrations médicales au quotidien. Il y a tellement de choses que nous ne savons pas ! Si les visualisations peuvent aider les gens à se poser des questions ou à changer leur comportement, c'est que nous sommes utiles. »

Award-winning medical animation studio MadMicrobe primarily works with health care marketing agencies and pharmaceutical companies on animations showing how diseases progress or how particular drugs work within the body. But when the coronavirus presented a unique opportunity to visualize an unusual and infectious disease, they dove into the task of thinking about how to do that artfully. “The same visuals were being shown on the TV and online over and over, so we wanted to push things into a more cinematic realm, like we try to do with all of our work,” says Joel Dubin, MadMicrobe’s co-founder and creative director.

En consultation avec la directrice scientifique du studio, Veronica Falconieri Hays, qui est également illustratrice médicale certifiée, Joel Dubin et Andy Lefton, responsable de la création 3D chez MadMicrobe, ont utilisé Cinema 4D pour créer deux visualisations différentes du coronavirus. Joel Dubin a choisi de se concentrer sur des représentations précises des protéines qui composent le virus et sur sa structure interne à ARN, en utilisant les données de la banque de données sur les protéines de la RCSB, ainsi que les ressources publiées sur un document Google constamment mis à jour, à l'intention des illustrateurs médicaux travaillant sur les projets liés au SARS-CoV-2. « Même en utilisant toutes ces données, il y a toujours un certain niveau de stylisation parce qu'en tant qu'artistes, nous cherchons le juste milieu entre la précision et l'interprétation artistique des informations avec lesquelles nous travaillons », explique Joel Dubin.

C'est Veronica Falconieri Hays qui lui a présenté, ainsi qu'à Andy Lefton, des images microscopiques du virus, montrant qu'il n'est pas vraiment rond ni lisse, contrairement à ce que l'on voit souvent dans les médias. « La forme du virus est très organique et irrégulière. C'est ce que j'ai essayé de reproduire assez précisément, tout comme la taille des protéines en forme de pointe, qui ne sont pas non plus réparties uniformément », explique J. Dubin. En partant d'une sphère dans C4D, il a importé les protéines en pointe depuis la base de données sur les protéines à l'aide d'ePMV puis les a clonées sur la surface du virus avec des effecteurs aléatoires. « Pour obtenir l'aspect souhaité sur la surface, j'ai utilisé une fonctionnalité intéressante dans Arnold, qui m'a permis, à l’aide d’un objet matrice MoGraph, de placer un sommet sur chaque polygone du modèle et de générer ensuite des phospholipides sphériques au moment du rendu. Les sphères avaient une échelle, une position et une coloration variées pour accentuer l'irrégularité. »

Andy Lefton a adopté une approche plus stylisée pour son illustration du coronavirus, en partant d'une sphère dans Cinema 4D puis en utilisant les trails X-Particle et un mailleur de spline pour les réunir. « Une grande partie des détails provient de la matière Cheveux de Redshift, que j'ai utilisée pour briser la surface et lui donner l'aspect d'une membrane », explique-t-il. Andy Lefton décrit sa visualisation, rendue dans Redshift et colorisée dans After Effects et Photoshop, comme un « ouvrage d'amour » et une interprétation différente du virus.

« D'un point de vue stylistique, le virus est chaotique et je voulais que cela se voie », précise-t-il, ajoutant qu'il a volontairement accentué le côté inquiétant et menaçant du virus, tout en conservant un aspect cinématographique. « La collaboration avec Veronica m'a vraiment aidé à comprendre la science du virus ainsi que le rôle et les proportions de chaque élément impliqué », poursuit-il.

Outre son activité de consultante scientifique pour d'autres illustrateurs médicaux, V. Falconieri Hays est directrice de Falconieri Visuals, un studio d'illustration et d'animation scientifique et médicale du Maryland. Elle utilise Cinema 4D pour réaliser des histoires à l'échelle microscopique et nanométrique pour ses clients dans le domaine pharmaceutique, de la recherche et des biotechnologies. Ses compétences sont uniques car, après son diplôme en illustration médicale, elle a travaillé dans un laboratoire de recherche qui étudiait les formes des molécules en 3D. « J'y ai approfondi mes connaissances scientifiques, ce qui m'aide énormément pour visualiser les choses, que ce soit pour mon propre travail ou pour aider les autres », explique-t-elle.

Elle a récemment travaillé avec des collègues de l'Association des illustrateurs médicaux pour explorer et visualiser certains aspects du coronavirus (SARS-CoV-2) pour les professionnels de la santé et le grand public. En mars dernier, elle a terminé son propre travail d'illustration des protéines en forme de pointe situées à l'extérieur du virus afin de montrer clairement comment le virus s'attache et contamine. Ces pics, explique-t-elle, ne sont pas les mêmes que sur d'autres virus liés au SRAS, ce qui pourrait expliquer sa propagation.

Après avoir partagé son illustration sur Twitter, elle a reçu de nombreux retours positifs de la part de collègues et de scientifiques, y compris quelques messages personnels. « Certains scientifiques m'ont même écrit pour me dire que c'était utile. C'est très gratifiant », se félicite-t-elle.