Les jeux vidéo sont devenus un élément essentiel du divertissement, offrant aux joueurs la possibilité de plonger dans des mondes remplis d’aventure, de mystère et d’excitation. Mais vous êtes-vous déjà demandé comment fonctionnent les graphismes des jeux vidéo et comment sont créés les visuels époustouflants qui rendent ces royaumes numériques si crédibles ? La magie qui se cache derrière ces images est un processus complexe qui transforme des informations numériques de base en environnements riches et interactifs que les joueurs apprécient.
La création des graphismes de jeux vidéo commence par l’ombrage des vertex. C’est là que les positions tridimensionnelles des objets sont calculées, puis affichées sur votre écran bidimensionnel. Il s’agit d’une étape cruciale, car c’est elle qui détermine les parties du monde du jeu qui seront visibles par le joueur et qui doivent donc être rendues.
Après le vertex shading, le processus passe à la rastérisation. Dans cette phase, les modèles 3D sont convertis en triangles 2D qui correspondent à la disposition des pixels de l’écran. Ces pixels sont ensuite remplis de couleurs et de textures, ce qui crée les images que les joueurs voient lorsqu’ils sont dans le jeu.
Les images sont encore meilleures grâce à l’ombrage des fragments. Cette partie du processus modifie les couleurs des pixels pour imiter le fonctionnement de la lumière dans le monde réel. Elle ajoute de la profondeur et du réalisme en montrant comment la lumière interagit avec les surfaces, ce qui nous donne les ombres et les lumières qui rendent l’environnement du jeu plus réaliste.
Comment sont construits les graphismes des jeux vidéo
Cependant, ces calculs détaillés nécessitent beaucoup de puissance, et c’est là que les unités de traitement graphique (GPU) entrent en jeu. Les GPU sont des pièces de matériel spécialement conçues pour gérer la tâche difficile du rendu, afin de garantir aux joueurs une expérience de jeu fluide et visuellement impressionnante.
Même avec des GPU puissants, il peut y avoir des problèmes comme le chevauchement d’objets, ce qui peut rendre difficile de voir ce qui se trouve devant quoi. La technique du tampon Z résout ce problème en gardant une trace de la profondeur des objets et en s’assurant que seul l’objet le plus proche de chaque pixel est affiché. Pour améliorer encore l’aspect des images, il existe une technique appelée anticrénelage. Cette méthode permet de se débarrasser des bords irréguliers qui peuvent apparaître avec les lignes diagonales ou courbes du jeu, ce qui donne des images plus nettes et plus réalistes.
Les jeux vidéo ont souvent des scènes qui changent au fur et à mesure que vous jouez, ce qui signifie que le pipeline de rendu doit tout recalculer rapidement. C’est important pour que le monde du jeu réagisse immédiatement à tout ce que fait le joueur. La façon dont la lumière et les ombres fonctionnent sur les surfaces est très importante pour que les choses aient l’air réelles. L’éclairage et l’ombrage d’un jeu donnent à l’environnement l’impression qu’il pourrait exister dans le monde réel.
Les nouvelles techniques de rendu, comme le ray tracing et le DLSS (Deep Learning Super Sampling), repoussent les limites de la qualité graphique. Le ray tracing rend le comportement de la lumière très réaliste, et le DLSS utilise l’intelligence artificielle pour améliorer les graphismes sans ralentir l’exécution du jeu.
La technologie et les techniques qui sous-tendent les graphismes des jeux vidéo
1. Ombrage des sommets
- Objectif : transformer les données d’un objet 3D en une perspective 2D.
- Processus : Calcul de la position de chaque sommet (point d’angle d’une forme 3D) dans une scène.
- Importance : Détermine quelle partie du monde 3D est visible à l’écran.
2. Rastérisation
- Objectif : convertir les modèles 3D en une image 2D.
- Processus : Décomposition des modèles 3D en triangles, qui sont ensuite mappés sur la grille de pixels de l’écran.
- Résultat : Chaque triangle est rempli de couleur et de texture pour former l’image visible.
3. Ombrage de fragments (ou ombrage de pixels)
- Objectif : améliorer le réalisme en simulant l’interaction de la lumière.
- Processus : Ajuste la couleur de chaque pixel en fonction de l’éclairage, de la texture et des propriétés des matériaux.
- Résultat : Produit des effets d’éclairage dynamiques tels que des ombres et des lumières.
4. Unités de traitement graphique (GPU)
- Rôle : Processeurs dédiés au traitement de calculs graphiques complexes.
- Fonction : Accélère les processus de rendu et gère les tâches de calcul intenses.
- Avantage : Permet un jeu plus fluide et des graphismes de meilleure qualité.
5. Technique du tampon Z
- Objectif : gérer la profondeur des objets.
- Processus : Stocke la profondeur de chaque pixel pour déterminer quel objet doit être visible à un point donné.
- Avantage : évite les erreurs visuelles telles que le chevauchement d’objets.
6. Anti-crénelage
- Objectif : réduire les artefacts visuels sur les bords : Réduire les artefacts visuels sur les bords.
- Processus : Lisse les bords irréguliers des graphiques, particulièrement visibles dans les lignes diagonales ou courbes.
- Types d’anticrénelage : MSAA (Multisample Anti-Aliasing), FXAA (Fast Approximate Anti-Aliasing), etc.
7. Scènes dynamiques et rendu en temps réel
- Défi : Adapter instantanément les graphismes au fur et à mesure du déroulement du jeu.
- Processus : Recalcul continu des graphiques pour répondre aux actions du joueur et aux changements de scène.
- Importance : Assure une expérience de jeu immersive et interactive.
8. Éclairage et ombrage
- Objectif : reproduire la façon dont la lumière interagit avec les objets.
- Techniques : Comprend l’éclairage ambiant, l’éclairage diffus et l’éclairage spéculaire.
- Effet : Améliore le réalisme et l’ambiance de l’environnement du jeu.
9. Techniques de rendu avancées
- Ray Tracing : Simule le comportement physique de la lumière pour des images ultra réalistes.
- DLSS (Deep Learning Super Sampling) : Utilise l’IA pour augmenter l’échelle des images, améliorant ainsi les performances et la fidélité visuelle.
10. Technologies et techniques supplémentaires :
- Texture Mapping : Application d’images détaillées à des surfaces 3D.
- Moteurs physiques : Simulation de la physique du monde réel pour des interactions naturelles entre les objets.
- Techniques de niveau de détail (LOD) : Varie la complexité des modèles en fonction de leur distance par rapport à l’observateur.
- Systèmes de particules : Utilisés pour les effets visuels à petite échelle tels que le feu, la fumée et les explosions.
- Effets de post-traitement : Améliorations visuelles appliquées après le rendu principal, telles que le bloom (effet de brillance), le flou de mouvement et la profondeur de champ (arrière-plan flou).
L’histoire du graphisme des jeux vidéo de 1947 à 2023
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Alors que les joueurs explorent des mondes virtuels, il convient de prendre le temps d’apprécier le mélange de technologie et d’art qui s’opère en coulisses. Des premières étapes de l’ombrage des vertex aux dernières technologies de rendu, chaque partie du processus montre le chemin parcouru pour améliorer nos expériences de jeu. L’évolution des graphismes des jeux vidéo est une histoire d’exploration et d’amélioration continues, qui promet des images encore plus détaillées et immersives à l’avenir.
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