Introduction
Tous les deux à trois ans, on constate une avancée graphique majeure lorsque Microsoft implémente une nouvelle version de DirectX ou bien lorsqu’ AMD/NVIDIA annoncent une nouvelle fonctionnalité dans leurs puces graphiques (pourvu qu’elle stimule les développeurs). On peut alors s’attendre à l’arrivée de nouveaux effets permettant de gagner en réalisme.
Des titres de référence comme Morrowind, Doom 3 et Far Cry se sont respectivement fait connaître grâce aux réflexions sur l’eau, à la gestion extrêmement stressante des éclairages et ombres et à un environnement insulaire extrêmement réaliste. La principale évolution tenait alors à la maturation du pixel shader qui permet désormais une animation naturelle de l’eau, la réflexion d’éclairages sur les surfaces ainsi que des effets spéciaux cinématographiques comme le motion blur. A ce jour, les effets les plus poussés sont rendus possibles par DirectX 10.1 et le Shader Model 4.1 ; DirectX 11 ainsi que le Shader Model 5 ont déjà été annoncés et ouvriront la voie vers un réalisme encore plus poussé.
Le High Dynamic Range Rendering (HDR) est à l’origine des effets de lumière éclatante, des sources artificielles d’éclairage créant des réflexions réalistes sur les surfaces et de la désorientation lorsque l’on regarde directement le soleil. Tous ceux qui possèdent une carte graphique Shader Model 3 ont ainsi pu être émerveillés par les épées étincelantes et les temples elfiques dont les pierres blanches sont baignées de lumière dans Oblivion. Aujourd’hui, le HDR associé à DirectX10 permet de générer de longs rayons lumineux traversant branches et feuillages, ce qui donne un jeu d’ombrages saisissant comme dans Crysis ou Stalker : Clear Sky.
Hollywood utilise ces possibilités depuis bien plus longtemps, en utilisant souvent des caméras spécifiques à même de mieux saisir l’intensité lumineuse pour se rapprocher de la perception humaine. Les pages qui suivent seront l’occasion de faire des comparatifs visuels entre plusieurs rendus 3D et les effets de la nature, lesquels nous aideront à situer le chemin parcouru ainsi que le niveau actuel des jeux PC.
Cet article se divise en deux parties : nous abordons ici l’évolution des jeux et personnages avant un aperçu des effets d’éclairage actuels ainsi que l’effet de relief sur les surfaces. La deuxième partie fera la part belle aux éléments que sont le feu et l’eau et nous amènera à faire des comparaisons avec les monstres d’Hollywood et leurs effets spéciaux, avec une pointe de gestion physique et quelques images annonçant la couleur pour l’avenir.
L’évolution des jeux
Les jeux de stratégie en temps réel ont connu une évolution fascinante : si l’avancée majeure se situe au niveau des graphismes, les interfaces progressent sans cesse bien que les options et idées globales ont quelque peu stagné au cours des dernières années, donnant ainsi l’impression à de nombreux joueurs que tout était mieux avant sur ce point.
Warcraft a débarqué en force en 1994. Doté de graphismes simples, le jeu était en vue fixe de côté, agrémenté d’ombres dessinées sur les contours des personnages pour simuler un relief. Sa suite sortit en 1995 avec des graphismes légèrement améliorés et surtout une résolution supérieure qui eut pour effet d’affiner les pixels. Ce changement était nécessaire, en particulier pour les zones de texte. L’heure n’était pas au rendu 3D, puisqu’il aura fallu pour cela attendre 2002 et le troisième volet de la série, dont les personnages aussi bien que les environnements donnaient l’impression d’être passés par un atelier de peinture : tout était très coloré, vivant, et chaque effet se devait d’apporter une démonstration visuelle. Les magies et capacités spéciales éclairaient le jeu, qui étincelait de toutes parts.
Par la suite, les couleurs vives ont été un peu atténuées, le détail des unités a été revu à la hausse et l’ensemble est devenu un peu plus naturel. L’identification des personnages est devenue possible à la simple vue de leur équipement, les jeux se sont dotés d’un zoom et le nombre d’unités à l’écran a considérablement augmenté. Notons qu’ici, le CPU a joué un rôle majeur : la localisation des hordes, l’intelligence artificielle ainsi que la gestion d’un nombre d’unités croissant a nécessité une puissance de calcul non négligeable. D’autre part, les cartes graphiques récentes doivent être suffisamment puissantes pour calculer rapidement les shaders : les jeux actuels comme World in Conflict mettent encore plus l’accent sur les effets d’éclairage, explosions massives, fumée réaliste, rayons solaires ainsi que de grandes surfaces d’eau.
Les jeux doivent évoluer plus rapidement et s’inspirer plus fidèlement de la nature. Les graphismes font des progrès rapides grâce aux nouveaux shaders : l’eau a un rendu très professionnel, les effets météorologiques et solaires sont bien plus naturels qu’auparavant. Le filtre cinéma de Mass Effect est quelque peu controversé – le grain propre aux films crée un effet de flou qui détourne en partie l’attention des contours et couleurs. L’environnement et les personnages en sortent très réalistes, mais cet effet de flou n’est pas du goût de tous.
Effets d’éclairage et éblouissement
En termes d’éclairage de l’environnement, le rendu HDR a été l’avancée majeure ; sans brillance, les reflets sur l’argent et l’or sont pratiquement impossibles. Le HDR floute les surfaces d’éclairage et fortes sources de lumière, permettant ainsi au soleil de briller et aux métaux de réfléchir la lumière. Hollywood utilise également ces effets dans des situations précises, comme lorsque la caméra se focalise sur une source lumineuse, pour les couchers de soleil ou encore dans le cadre d’effets spéciaux crées par images de synthèse. Ce potentiel a été reconnu et ainsi, les nouvelles caméras saisissent le HDR naturel bien mieux qu’avant.
L’effet d’éblouissement peut varier radicalement d’un jeu à l’autre : Oblivion est particulièrement impressionnant avec l’or et l’argent. Rainbow Six las Vegas utilise quant à lui le moteur UT3 avec DirectX10, ce qui n’empêche pas les sources lumineuses et néons de désorienter le joueur de façon désagréable avec des environnements qui paraissent laiteux et surexposés. Blacksite Area 51 (UT3) abuse lui aussi du HDR, bien que le fait de traverser de grands environnements désertiques excuse presque les effets d’éclairage excessifs. Mass Effect est le seul à donner l’impression de maîtriser le moteur UT3 à ce niveau, contenant l’éblouissement à un niveau agréable. Assassins Creed (DirectX 10) est lui aussi très convaincant : le soleil et les bougies émettent un halo doré et les graphismes sont presque photoréalistes.
L’apparition de cercles lumineux (lens flare) dans le champ de vision est un inconvénient mineur de la lumière directe du soleil. Dans les anciens jeux, le soleil et la luminosité intense étaient simulés à l’arrière plan, tandis que les jeux récents se caractérisent par ces cercles lumineux qui font partie intégrante du champ de vision, même lorsque la source lumineuse est progressivement masquée.
La lumière 2.0
Les rayons de lumière qui s’infiltrent dans un environnement sombre sont aussi une marque de fabrique du rendu HDR. Dans le contexte Hollywoodien, ce sont les fameux impacts de balle au travers des murs en contreplaqué et toitures percées qui laissent passer ces rayons. Les jeux nouvelle génération en DirectX 10 utilisent ces effets pour renforcer les couchers de soleil : si le globe solaire est masqué par des arbres ou bien le cadre des fenêtres, la lumière se diffuse en fins rayons.
La particularité de Crysis et Stalker : Clear Sky réside dans les cycles jour/nuit, ce qui induit un changement des éclairages suivant les positions du soleil et du joueur. Si les PC ne sont pas au niveau de la photographie ou du cinéma à ce jour, les prochaines générations de puces graphiques ne pourront bien évidemment qu’apporter leur lot d’améliorations.
Les ombres
Qui dit lumière dit ombres : dans un souci de réalisme, les ombres sont nécessaires dans un environnement éclairé et doivent évoluer en cohérence avec la source lumineuse. L’activation des ombres a presque systématiquement un impact significatif sur les performances et en toute logique, plus la carte graphique est performante, plus ces effets peuvent être complexes sans pour autant faire chuter les performances. Dans Oblivion, il était par exemple possible d’allouer jusqu’à 30 % des ressources graphiques sur les seules ombres des feuilles, herbes et visages.
Les jeux anciens se contentaient de suggérer l’ombrage avec un simple cercle noir ; les personnages évoluaient alors au dessus de ce dernier, dont la forme restait constante quel que soit l’éclairage (ex : Deus Ex). A la génération suivante, les ombres étaient matérialisées au sol en prenant les personnages comme patron, tout en les simplifiant. Morrowind est un bon exemple : seule la structure du corps est utilisée, les vêtements ne sont tout simplement pas pris en compte.
Doom 3 a constitué ce qu’on pourrait appeler une révolution mineure : pour la première fois, il y avait plusieurs sources de lumière comme les plafonniers et spots projetant simultanément des ombres aux murs, plafonds et sols. Suivant les mouvements du joueur et des monstres, ces ombres évoluaient au-delà des sources lumineuses fixes et s’étiraient ou se tassaient. Histoire de jouer encore plus sur les nerfs, le jeu comptait aussi les lampes suspendues qui marchaient par à-coups ou bien se balançaient tout en projetant des ombres dansantes par intermittence.
A contrario, les jeux actuels ont des ombres adoucies (soft shadows) qui prennent en compte les éléments avec un souci considérable des détails : suivant la position du soleil, les ombres du personnage et de l’environnement se tassent ou s’agrandissent. On peut même voir l’ombre des branches et feuilles au sol dans Stalker et Crysis. Même si cela peut paraître anecdotique, c’est en fait important dans une optique de perception en temps réel, puisque l’on distingue alors les mouvements plus rapidement.
Evolution des personnages
Les images qui suivent montrent l’évolution des personnages qui ont accompagné notre vie numérique. Commençons par un retour en 1997 : Diablo tient entre autres son statut de référence du fait qu’à cette époque, le personnage changeait d’apparence en fonction de l’armure et des armes équipées. Au niveau des graphismes en 3D, Morrowind a constitué lui aussi un grand pas en avant. Si la base du personnage était simpliste, le niveau de détails changeait radicalement dès qu’il ou elle revêtait un équipement complexe en plusieurs éléments : chaussures, pantalon, chemise, tunique, manteau, protège-bras, jambières, plastron, épaulières, casque, arme et bouclier.
Le niveau de détail des RTS ou encore des jeux d’action-aventure n’était pas pour autant complètement à la traine. En 2004, Half Life 2 fixait de nouveaux standards en termes d’animations faciales, de même que l’animation des personnages. A cette époque, la campagne de promotion menée par NVIDIA pour le Shader commença à prendre pied avec des couleurs de peau réalistes et des caractéristiques faciales différenciables. En 2006, les jeux de stratégie et d’action-rpg étaient devenus si détaillés qu’on ne pouvait plus faire la nuance entre leurs personnages et ceux des jeux en 3D temps réel, même en gros plan.
Des jeux plus récents comme Hellgate London ont profité de ce souci du détail compte tenu de la dimension en ligne qui nécessite une différenciation entre les personnages : la taille, les cheveux, la couleur de la peau ainsi que les composantes de l’équipement ont servi à démarquer les personnages de la masse. Si l’on regarde la situation actuelle en comparant l’évolution d’Oblivion à Drakensang, on constate en revanche un certain statut-quo : les effets d’environnement s’améliorent, mais les détails des personnages restent très semblables.
Les images qui suivent illustrent d’autres personnages et les différences induites en fonction de l’éclairage utilisé. Doom 3 fait un travail considérable entre ombres et lumières pour rendre les graphismes plus détaillés. Gothic 3 et Oblivion sont tous deux sortis en 2006 : si le premier s’appuyait encore sur d’anciens effets de brillance en bloom, Oblivion utilisait le nouveau rendu HDR qui éclaire les surfaces brillantes ou claires de façon plus douce et plus vivante. Assassins Creed et Mass Effect représentent bien le passage à DirectX 10 avec un rendu HDR amélioré (shader 4) qui rend les graphismes plus réalistes.
Profondeur de champ et bump mapping
Les premiers jeux devaient donc faire avec une source d’éclairage global avec des ombres et structures dessinées.
Le calcul des sources lumineuses en temps réel (pixel lightning) ouvre des possibilités pour simuler un relief sur une surface, ce qui permet ainsi de donner un mouvement de vague au sable ou encore de créer des aspérités sur un mur. Au sein d’une texture, les données relatives à la hauteur sont enregistrées en échelles de gris pour être transférées à la surface sous forme d’ombres.
La forme la plus simple de cette opération est plus connue sous le nom de bump mapping, technique qui se contente de simuler le relief : la surface reste lisse et les contours de l’objet ne sont pas réellement modifiés.
Parallax et Displacement Mapping
Avec l’arrivée de DirectX 9, les techniques de relief ont encore été améliorées : le parallax mapping modifie les coordonnées des textures pour simuler des irrégularités, même si les objets ainsi que les surfaces demeurent lisses et inchangés.
On voit encore mieux l’impact du Parallax mapping dans les jeux actuels. Si l’on regarde la surface, le relief est bien là. L’éclairage et le positionnement sont alors déterminants : plus l’angle de vue est fermé, moins le relief est visible.
Le Steep Parallax mapping rend le relief encore plus saisissant que le simple parallax mapping. Stalker : Clear Sky atteste de cette évolution même s’il faut là encore souligner le fait que ce relief n’est que simulé, ce que l’on voit bien en regardant les textures de près.
Véritable nouveauté, le displacement mapping permet de créer un vrai relief en surface tout en étant capable de générer des ombres puisque la forme de l’objet est variable. Ainsi, peut importe l’angle de vue, le relief est toujours bien présent.
Plantes, arbres et forêts
Jusque là gérés par le processeur, les éclairages et transformations sont devenus le lot des cartes graphiques avec l’arrivée de la GeForce 256. On attendait bien entendu des modèles plus puissants un nombre d’objets 3D et détails revus à la hausse.
S’il faut bien sûr plus d’un arbre couvert de feuilles pour un jeu, même les titres les plus récents utilisent encore des astuces : afin de limiter la puissance de calcul nécessaire, seules les structures de base comme les troncs d’arbres, grosses branches ou encore le cœur des buissons sont crées en tant qu’objets réels. L’herbe, les roseaux, feuilles et fines branches sont de simples textures peintes qui simulent une végétation bien fournie. On peut donc ainsi concevoir une forêt dense, mais ni les feuilles et petites branches ne réagiront au contact – le joueur les traverse sans être ralenti. Si le jeu est moins abouti, ces feuilles et fourrages ne permettront même pas au jouer de se cacher derrière eux à l’abri des ennemis, quand bien même il est impossible de voir au travers.
Dans les anciens jeux, Les forêts étaient constituées de quelques arbres. Il aura fallu attendre Far Cry puis Crysis pour avoir l’impression d’être en face d’une flore aussi impénétrable que luxuriante, composée de structures variées. Le Qarls Texture Pack permet de donner une seconde jeunesse à Oblivion en remplaçant les environnements extérieurs originaux devenus relativement pauvres par des éléments plus épais et plus riches. Pour autant, les jeux ne sont pas en mesure d’atteindre le réalisme naturel ; même les films hollywoodiens ont de meilleures techniques : on voit bien les couleurs plus claires et plus riches de la forêt en image de synthèse sur l’illustration en bas à gauche.
A quelles évolutions peut-on s’attendre ?
Les captures d’écrans de Crysis et Far Cry 2 qui suivent apportent des éléments de réponse. L’image en haut à gauche ci-dessous est tirée de Crysis sous Xp tandis qu’en version DirectX 10, la luminosité est un peu éblouissante et les couleurs moins prononcées. En haut à droite, la capture a été faite avec le Natural Mod : couleurs et éclairage sont revus et renforcés. L’image en bas à droite vient de l’éditeur et quand bien même le motion blur aurait été de mise, on ne retrouve pas dans le jeu la même intensité de couleurs ou encore la transparence de la feuille de palmier éclairée, que ce soit avec une HD 4870 ou une GTX 280.
Rappelons que Far Cry 2 est lui un jeu multiplateforme. La plus grande image est tirée de la version Xbox 360 et semble plausible. La petite illustration en haut vient du jeu PC : la mise au point n’est pas tout à fait nette et les effets d’éclairage créent un léger voile de brume. L’image de droite est aussi un écran venant de l’éditeur : les rayons lumineux sont intenses, les éléments au sol sont plus riches, la structure des rochers est plus réaliste et le niveau de détail des arbres et buissons est tout simplement impressionnant.
Du côté des bâtiments
On enfoncerait une porte ouverte en s’arrêtant au simple constat de la nette augmentation du niveau de détails des bâtiments grâce à l’évolution des cartes graphiques et textures. Revenons en arrière : dans les premiers jeux 3D, maisons, murs de pierres et tunnels semblaient plats, les irrégularités étaient simplement dessinées. Au fur et à mesure de l’évolution technologique, de plus en plus de structures réelles ont été crées, les intérieurs comme l’architecture sont devenus plus complexes et le nombre de niches, recoins, postes de garde, aspérités et colonnes a augmenté rapidement. Si les jeux actuels ont des bâtiments encore plus complexes et réalistes, le cinéma a encore de l’avance : même les bâtiments en images de synthèse sont supérieurs en termes de détails.
Le cas des ensembles urbains est différent, puisque les développeurs sont maintenant plus que capables de créer l’illusion d’une petite ville. Néanmoins, la majorité des bâtiments là ne sont que des éléments de décor, comme une maison à quatre murs avec un toit mais dépourvue d’intérieur. Il y a deux approches pour éviter que le joueur se perde : dans Morrowind, Gothic et Oblivion, il est possible d’entrer dans presque tous les bâtiments mais leur nombre est limité, même dans une ville. A contrario, GTA, Assassins Creed et Half Life 2 simulent de grandes villes, mais on ne peut rentrer que dans les bâtiments liés au scénario, les autres ayant un rôle exclusivement visuel.
Des dimensions trop réduites
Les peintures écaillées et zones de rouille sont à même d’être bien rendues, mais les dimensions ne sont pas encore satisfaisantes : les développeurs n’ont pas osé penser trop grand, du coup il est rare de rentrer dans un bâtiment supérieur à trois étages. Il existe ici une peur des distances – dans les jeux de tir multijoueurs, certains se perdent, la portée des armes est trop faible et le champ de vision est limité soit par les moteurs 3D, soit par les cartes graphiques.
Véhicules
Les jeux de course se voulant réalistes ont longtemps été limités par la puissance de calcul, d’où l’utilisation d’environnements réduits, textures floues et brouillard pour limiter la profondeur de champ. Ce genre de combine n’est plus nécessaire ou presque, vu que les cartes graphiques sont maintenant capables d’afficher les environnements de course avec autant de détail que les véhicules eux-mêmes. L’heure est aux effets de vitesse, aux réflexions et à la gestion réaliste des dommages. Le fait que les artistes aient tendance à porter une attention particulière aux véhicules n’a rien de surprenant, ceux-ci sont plus réalistes que jamais.
La deuxième partie de cet article sera l’occasion d’aborder les rendus de l’eau et du feu, les monstres hollywoodiens, les effets spéciaux et enfin la physique des jeux.
