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// Cartes graphiques et jeu vidéo : le glossaire

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Publié par Fabien Pellegrini le Vendredi 28 Décembre 2012

3D

Si l'on a parfois parlé de carte 3D et de jeux 3D, notamment au moment de leur apparition au milieu des années 90, c'est en référence aux calculs en 3D temps réel effectués dans ce cadre. Depuis l'avènement des cartes 3D, il ne s'agit plus de déplacer des éléments 2D sur un plan, mais bel et bien de prendre en compte l'axe des Z et de réaliser plusieurs dizaines de fois par seconde des images de synthèse.

Leoric Diablo III
Quasiment toutes les licences 2D finissent par passer à la 3D un jour ou l'autre. Même Diablo.


3D stéréoscopique

Accessoire Consoles & PC Nvidia GeForce 3D Vision 2 (lunette seule)
Aujourd'hui, le terme 3D fait plus souvent référence à la 3D stéréoscopique et aux sensations de relief qui vont avec. Avec l'équipement adéquat (kit 3D Vision pour NVIDIA, périphériques TriDef 3D pour AMD), il est possible de visualiser les jeux avec des effets de profondeur et de "sortie d'écran". Les images sont alors calculées deux fois par le système, une fois pour l'œil gauche et une fois pour l'œil droit, puis restituées correctement sur chaque œil grâce à des lunettes ou des écrans polarisés.

Bump mapping

Bump mapping
Cette technique, supportée depuis une dizaine d'années par les cartes graphiques, permet de simuler des petits effets de relief sur une surface plane, afin de la rendre plus réaliste. L'effet est peu gourmand en ressources, puisqu'aucun déplacement géométrique n'a lieu. Seule une texture irrégulière est utilisée pour simuler les variations de lumière qu'engendreraient des reliefs réels. La supercherie peut assez facilement être détectée en observant la surface de biais, l'absence de bosses et de creux réels devenant alors manifeste.

Normal Mapping

NormalMapping
Le normal mapping a également pour principe de simuler des effets de relief sans augmenter le nombre de polygones. À partir d'un modèle 3D très détaillé et chargé en polygones, le système génère une texture particulière, qui renferme les informations de reliefs. Cette texture est ensuite appliquée à un modèle peu détaillé, qui semble alors constitué de plus de polygones qu'il ne l'est réellement. Sur consoles comme sur PC, c'est l'Unreal Engine 3 qui a été le premier à populariser cet effet.

Parallax Mapping

Parallax occlusion mapping
Le Parallax Mapping et le Parallax Occlusion Mapping sont les versions les plus évoluées des techniques permettant de simuler un effet de relief sans générer de géométrie supplémentaire. Les coordonnées d'affichage de certains points des textures sont décalées en fonction du placement de la caméra virtuelle, de manière à tromper l'œil de l'observateur. Des briques peuvent ainsi sembler sortir d'un mur, alors qu'elles restent en réalité situées dans le même plan.

Cel-Shading

Le Cel-Shading est un type de rendu qui s'éloigne du photoréalisme pour se rapprocher du style proposé par les bandes dessinées et les dessins animés, notamment via l'affichage d'un contour prononcé autour des personnages et des objets. Historiquement, les premiers jeux en cel-shading se contentaient d'aplats de couleurs et de textures simplistes.

Sir Hammerlock


Aujourd'hui, des jeux comme The Darkness II ou Borderlands 2 n'hésitent pas à afficher des textures détaillées et des effets modernes. C'est pourquoi les développeurs n'aiment pas trop employer le terme de cel-shading, qu'ils jugent réducteur, alors même que les joueurs du monde entier continuent de l'utiliser.

DirectX

Logo DirectX 11
DirectX est une compilation de bibliothèques permettant de profiter des contenus multimédias sous Windows en exploitant et en coordonnant au mieux les capacités des composants matériels du PC. À l'intérieur de DirectX, c'est Direct3D qui se taille la part du lion du fait de son rôle majeur dans la gestion des cartes graphiques et des calculs en trois dimensions.

Les différentes versions de DirectX autorisent plus ou moins d'effets (la tesselation est par exemple exclusive à DirectX 11) et ne sont pas disponibles pour toutes les versions de Windows. DirectX 11 est réservé à Windows 7 et Vista tandis que DirectX 9 reste disponible pour les versions de Windows précédentes. DirectX 10, apparu avec Windows Vista, n'aura été qu'une version de transition, très peu supportée par les jeux.

Framerate

Fraps
Cet anglicisme désigne le nombre d'images par seconde affichées par un jeu. Plus il est élevé, plus l'impression de fluidité est grande. En dessous de 30 ips (ou fps en anglais), l'action peut paraître saccadée. À partir de 30 ips, on se trouve dans une vraie zone de confort. Au-delà de 60 ips, on peut considérer la fluidité comme étant parfaite, même si l'œil reste encore capable de discerner des changements brusques de framerate.

GPGPU

Puisqu'il paraît qu'il n'y a pas que les jeux vidéo dans la vie, on cherche de plus en plus à utiliser la puissance des cartes graphiques pour des calculs génériques non liés au rendu d'images en temps réel. C'est ce qu'on appelle le GPGPU (General-Purpose computing on Graphics Processing units). La manœuvre fonctionne parfaitement bien avec tous les calculs facilement parallélisables (encodage audio, montage vidéo, calculs scientifiques, simulations physiques...).

Instancing

L'instancing, ou Geometry Instancing, consiste à afficher de multiples copies d'un modèle 3D dans un même environnement. Typiquement : des éléments de végétation, ou des personnages pour des scènes de foule. Si le squelette 3D ("mesh") est identique pour tous les éléments répétés, il reste possible de faire varier certains paramètres, tels que la couleur ou l'animation du squelette.

NVIDIA GeForce 8800 : Instancing


Depuis l'apparition des GeForce 6000 et des Radeon 9500, les cartes graphiques supportent l'accélération matérielle de ce procédé, les différentes variations du modèle initial étant rendues en parallèle.

OpenGL

OpenGL Open GL Logo
Concurrent frontal de DirectX (ou plus exactement de Direct3D), OpenGL est également une bibliothèque dédiée au calcul d'images numériques. En dehors des jeux signés id Software (Doom 3, Rage...), rares sont les titres à privilégier ce standard ouvert qui ne manque pourtant pas de qualités. Mais DirectX est devenue une norme de fait.

Post-processing

Les effets de post-processing sont ceux qui sont appliqués aux images après leur rendu initial par le GPU. Il s'agit donc le plus souvent de simples filtres, et jamais d'algorithmes capables de modifier la géométrie d'une scène.

Raytracing

Le raytracing est une méthode de rendu d'images 3D basée sur le lancer de rayons. En retraçant le parcours de chaque rayon lumineux associé à chaque pixel de l'image, et donc ses rebonds sur les différents objets rencontrés, on peut reproduire les phénomènes physiques complexes que sont la réflexion et la réfraction de la lumière, ce qui a pour effet d'augmenter grandement le réalisme des scènes représentées.

NVIDIA GeForce 480 - RayTracing


Autrefois réservée aux supercalculateurs en raison de sa gourmandise technique, cette méthode commence à être supportée par les cartes graphiques les plus modernes. Cette année, on a vu plusieurs démonstrations de raytracing en temps réel tourner sur les dernières cartes AMD et NVidia. Voilà qui préfigure certainement ce que seront les jeux vidéo de demain ou d'après-demain.

Shaders

Un shader est un petit programme tournant sur le GPU et destiné à produire un effet visuel bien précis. La gamme des effets possibles va des plus simples (luminosité, contraste, saturation...) aux plus complexes (cel-shading, profondeur de champ, tesselation...).

Geometry shaders

Relativement récents puisqu'apparus avec DirectX 10, les Geometry Shaders agissent sur la géométrie des objets et sont capables de générer de nouveaux points, lignes ou triangles à partir des polygones reçus en entrée. Les shaders de géométrie les plus connus et les plus utilisés sont ceux dédiés à la tesselation.

Pixel shaders

Les pixels shaders agissent sur différents attributs de chaque pixel de l'image et peuvent ainsi aboutir à des effets de colorisation, d'éclairage, de bump mapping, de transparence, de flou... Ce sont également les seuls shaders à pouvoir être utilisés comme effets de post-processing.

Vertex shaders

Sachant qu'un vertex désigne le sommet d'un polygone, les Vertex Shaders servent avant tout à transformer les coordonnées 3D de chaque sommet en coordonnées 2D en vue de leur affichage sur l'écran, mais également à modifier les propriétés de ces sommets, notamment leur position. Contrairement aux Geometry Shaders, ils ne sont pas capables de générer de nouveaux polygones, mais peuvent tout de même transformer la forme des polygones, afin de créer par exemple des animations de personnages fluides ou encore des vagues sur l'eau.

Subsurface scattering


Parfois abrégé en SSS ou traduit par transluminescence, le Subsurface scattering est un procédé qui consiste à éclairer les objets non seulement en fonction de la lumière qu'ils reçoivent directement, mais également en tenant compte des rayons lumineux qui les pénètrent, se diffusent en eux et finissent par ressortir.

SSS


Les liquides, la peau et autres surfaces translucides sont particulièrement concernés par cet effet, qui aboutit à des lumières plus douces et plus réalistes, et commence à être géré par certains jeux (Far Cry 3 par exemple).

Tesselation

Arrivée avec DirectX 11, la tesselation est une technique qui permet d'augmenter dynamiquement le nombre de polygones constituant certains endroits précis d'une scène 3D. Ces calculs supplémentaires sont effectués par le GPU et non le CPU, ce qui limite la baisse de performances. Concrètement, cet effet peut permettre d'arrondir quelques angles, d'ajouter des détails supplémentaires à certains effets ou encore d'obtenir de vraies "excroissances" sur des textures choisies et non plus des reliefs simulés.

Tesselation DX 11 désactivée
Tesselation DX 11 activée (Elevé).
Batman Arkham City : la même scène, sans puis avec tesselation.


Z-buffer

Le Z-Buffer, ou tampon de profondeur, est un tableau à deux dimensions qui stocke pour chaque pixel la profondeur (axe Z) de l'objet le plus proche de la caméra. Ainsi, les objets dont la profondeur est plus élevée que cette valeur sont considérés comme cachés et ne sont donc pas affichés à l'écran. Tout naturellement, le Z-buffering est l'opération consistant à supprimer les polygones non visibles grâce aux valeurs stockées dans le Z-buffer.


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