Si l’accent a clairement été mis ces dernières années sur l’augmentation du réalisme dans les jeux, il ne suffit pas de tirer profit du processeur et des dernières avancées technologiques des cartes graphiques pour reproduire un environnement photo-réaliste. En effet, à quoi bon modéliser une voiture de sport au pixel près, si nous ne pouvons pas admirer ses roues tourner et provoquer de la poussière en accélérant ? À quoi bon modéliser des environnements aussi magnifiques que dans Crysis, si nous ne pouvons pas voir ce monde bouger sous les effets des intempéries météo ? Quel intérêt y a-t-il à modéliser avec précision la main d’un personnage si celui-ci est incapable de saisir des objets de façon réaliste ? Si bien que les développeurs tentent aujourd’hui d’augmenter le niveau de réalisme non plus par des effets visuels toujours plus impressionnants, mais par des effets physiques. Le développement a donc amorcé un tournant important, ce qui explique pourquoi nous voyons se généraliser les moteurs de physique tels que le PhysX d’Ageia et le Havok Physics de la société du même nom. Ce dernier étant surtout connu pour les jeux Half-Life 2, Dark Messiah, BioShock et plus récemment Assassin’s Creed. Reste à découvrir sur quel moteur de physique se sont appuyés les développeurs d’Alone in the Dark 5, tant la première démo technologique en HD disponible sur le Web s’est montrée impressionnante.

La physique, qu’est-ce que c’est au juste ? Pour ceux qui ne l’auraient pas encore deviné, la physique n’est autre que la représentation des lois de la physique dans le monde du jeu vidéo. C’est-à-dire tout ce qui a trait aux mouvements des objets, des fluides, mais aussi des personnages, et la manière dont ces différents éléments interagissent entre eux (manière dont ils glissent, rebondissent, déformation, collision, etc.). Et c’est au moteur physique qu’incombent ces tâches de calculs qui peuvent être réalisées entièrement en temps réel, de manière pré-calculée, ou bien les deux à la fois. Et à l’instar de l’I.A., les développeurs préfèrent privilégier la rapidité des calculs à leur précision. Tout simplement parce qu’il est aujourd’hui impossible de calculer et d’appliquer toutes les lois de la physique en temps réel dans un jeu, tant la puissance de calcul nécessaire est conséquente. La précision des calculs est au contraire utilisée, et le plus souvent de manière pré-calculée, par les studios de cinéma. Ce qui permet d'insuffler un niveau de réalisme saisissant comme le mouvement des cheveux, la respiration, les émotions, etc. Quel que soit le but recherché, les développeurs doivent tout d’abord "simplifier" les objets, et les personnages. C’est ce qu’on appelle la physique du solide qui permet de scinder chaque objet ou entité en plusieurs parties géométriques distinctes (boîte, sphère, cylindre, mesh complexe, etc.) et invisibles pour le joueur.
Pour mieux comprendre, exagérons un peu en prenant l’exemple du bras d’un personnage. Nous pourrions être tentés, en vrais paresseux que nous sommes, de représenter très grossièrement ce bras par un unique cylindre. Le moteur physique serait alors incapable de retranscrire les différents mouvements caractérisant le fléchissement du coude, de la main, et des doigts. Il est par conséquent important d’utiliser autant de formes géométriques que nécessaire pour délimiter chaque partie du bras dans le but de retranscrire plus fidèlement les mouvements et l’évolution de leurs orientations (ce qu’on appelle les degrés de liberté), ce qui multiplie grandement la complexité dans la gestion des vêtements, des poils et des cheveux. Sans oublier les possibles interactions avec l’environnement (pluie, vent, feu, etc.).
Plus "simple", la physique du point permet de formaliser un objet par un seul point en mouvement en prenant en compte la vitesse, l’accélération, la friction, la gravité, etc., sans intervenir sur son orientation. L’objet est donc considéré comme d’un seul tenant jusqu’à ce qu’il franchisse une distance ou qu’il soit en situation d’interagir avec l’environnement. Si l’on prend l’exemple le plus simple d’un objet immobile, il est inutile de considérer toutes les briques d’un mur s’il se trouve dans le dos du joueur. Le mur sera alors considéré comme un "point" pour ne pas imposer inutilement des calculs, jusqu’à ce que le joueur s’en approche, et là, il redevient une multitude de polygones (le mur hein, pas le joueur). Les programmeurs tiennent donc compte de la distance entre les objets de manière à ne pas calculer trop de physique inutilement, ce qui permet de ne scinder un objet ou une entité immobile que dans certains cas bien précis, comme par exemple une caisse, un véhicule ou notre mur de briques. Tant qu’aucune interaction ne se produit à proximité de l’objet, il n’y a pas lieu de retranscrire une collision ou sa destruction. Dans les FPS, les développeurs doivent même tenir compte de la portée de l’arme utilisée en plus de la distance séparant le joueur des objets et entités, allant même jusqu’à compliquer l’ensemble en introduisant différents effets tels que le vent qui peut alors dévier ou ralentir un projectile, la gravité, etc. Le gravity gun de Half-Life 2 reflète d’ailleurs parfaitement les cas que nous venons d’évoquer.
Pour finir, on entend partout le terme "ragdoll" (poupée de chiffon). Afin que vous dormiez encore moins bêtes ce soir, le ragdoll caractérise l'interaction d’un personnage, que Dieu rappelle à lui, avec l’environnement de la même manière que se déformerait une poupée de chiffon tombant dans un escalier, ou sur des clous rouillés. La dépouille de votre personnage tout vêtu de cuir ou celui d’un viril guerrier se ramassant la torgnole de sa vie va, grâce à l’interaction physique entre les parties composant son corps, épouser le relief du sol et des objets sur lesquels il repose. Painkiller fut en son temps une brillante démonstration de l’utilisation du "Ragdoll", le moindre FPS ou RPG utilisant désormais cette gestion très réaliste et harmonieuse des corps.

Ou encore que le pauvre corps chétif de votre personnage pouvait voler en éclats, ce qui arrive le plus souvent à notre petit Omar Boulon qui est naturellement doté d’une médiocrité affligeante, contrairement à moi (NDLR : Elfedac, qui est actuellement 425e dans le classement psychostats.canardplus.com. Hoho le Noobz). Bref, pour parvenir à nous offrir de tels effets, les développeurs font appel à la physique des particules. Il est ainsi possible de créer un volume de plusieurs particules, lui-même scindé en plusieurs sous-volumes. Ce qui permet de gérer jusqu’à plusieurs milliers de particules simultanément liées entre elles par des sortes de ressorts, ressorts qui représentent en fait la manière dont se fera la rupture du volume (déformation, explosion, étincelles, fumée, projection, etc.).

Quand NVIDIA rencontre Ageia. C’est officiellement le 4 février 2008 que NVIDIA a annoncé avoir acheté la société AGEIA que nous connaissons surtout pour son PPU PhysX très décevant, pour ne pas dire minable. Moins d’une dizaine de jeux PC seulement (et pas les meilleurs) étant capables de tirer profit de cette fameuse carte accélératrice. Mais c’est très vite oublier qu’AGEIA propose l’excellent moteur software du même nom, d’où une certaine confusion auprès des joueurs. Et là, les choses deviennent tout de suite plus sérieuses, le moteur PhysX étant utilisé dans plus d’une centaine de jeux PC et consoles. Un très sérieux concurrent au moteur HavokFX (récemment acquis par Intel), qui lui est même supérieur sur certains points. Nous terminerons donc par cette interview de Stéphane Quentin, le chargé des relations sexu… euh Presse NVIDIA, que nous avons enlevé et séquestré plusieurs heures. C’est d’ailleurs un ancien journaliste (alias Docteur Kant pour les intimes) qui, contrairement à nous, a renoncé à sa pauvreté en rejoignant NVIDIA. (Par respect pour mes collègues, je ne dévoilerai ni le temps de travail hebdomadaire de notre interviewé, ni son salaire mais putain, ça paye grave chez NVIDIA. Bon, j’en sais rien mais il avait au moins 12 cartes graphiques sur son bureau, c’est un signe extérieur de richesse ou je n’y connais rien.) Voilà de quoi entrevoir ce que pourrait être la physique de demain.

La détection des collisions. Également assurée par le moteur physique, la gestion des collisions reprend les principes que nous avons énoncés plus haut : chaque objet et entité sont représentés géométriquement. Lorsque deux objets se rencontrent, on utilise alors des algorithmes mathématiques permettant de calculer le ou les points d’intersection, la vitesse, l’angle et la distance de pénétration, la déformation, etc. On distingue principalement deux modes de gestion des collisions : statique et dynamique. Le premier caractérise tout simplement la collision entre deux objets en appliquant régulièrement dans le temps un traitement algorithmique de détection pour déterminer si les objets se touchent ou non. Toutefois, la transition entre chaque traitement de détection n’étant pas exploitée, il arrive qu’une entité ou un objet en mouvement traverse un autre objet sans que cela soit détecté. Une mauvaise gestion de la collision statique peut par exemple s’illustrer sur la récente carte Badlands de Team Fortress 2, puisqu’il est possible à un joueur de traverser le décor à un endroit bien précis (endroit que je ne vous dévoilerai pas), et le joueur est alors invisible par les autres joueurs. Mais il ne lui est pas permis de sortir non plus. Pour éviter ce genre d’exploit, on utilise alors le modèle dynamique qui introduit ce phénomène de déplacement (transition entre chaque traitement de détection). Le coût en termes de calculs est plus conséquent, mais il présente l’avantage d’éviter à un volume d’en traverser un autre sans que cela soit détecté. Les développeurs utilisent conjointement ces deux types de gestion de collisions. Toujours dans Team Fortress 2, vous avez certainement pu remarquer que les tourelles étaient destructibles (fort heureusement d’ailleurs).

Pour finir, pourrais-tu nous expliquer en quelques mots de quelle façon NVIDIA collabore avec les développeurs de jeux vidéo ?
La clé du succès de NVIDIA est de s’être aperçu très rapidement que les GPU étaient entièrement dépendants des développeurs de jeux. Historiquement, NVIDIA a donc été en contact direct avec les créateurs de jeux vidéo, et a mis à disposition tout un arsenal d’outils (developer.nvidia.com) pour les aider dans le développement de leur moteur 3D. Tout en essayant d’incorporer leurs demandes tant en termes de puissance que de fonctionnalités. Avec le temps, nous avons incorporé toutes ces actions autour d’un programme appellée TWIMTBP (The Way It’s Meant To Be Played : la meilleure façon de jouer) qui correspond à tous les niveaux de support pour un développeur. Pour certains, nous les aidons à faire les choix technologiques de leur moteur 3D (quelques années avant le lancement d’un jeu), et pour d’autres cela se restreint à l’optimisation de leur jeu avec les GeForce au moment du lancement. L’objectif étant de faire du PC la plateforme de jeu optimale. Aujourd’hui, en rajoutant la prise en charge du PhysX par les GeForce, nous rajoutons encore une corde à l’arc des GPU. Ces derniers deviennent ainsi incontournables pour avoir un PC optimal.

Quels sont les objectifs de NVIDIA en termes d'accélération matérielle pour les calculs de la physique ? Doit-on s'attendre à la complexification de vos GPU en vue d'intégrer une unité spécialement dédiée à la physique ? À l'intégration d'un PPU PhysX directement sur les cartes graphiques ? Ou bien compte-t-elle s'appuyer sur la puissance de calcul des GPU actuels pour offrir l'accélération matérielle aux joueurs ?
En combinant la puissante technologie PhysX d’AGEIA avec l’architecture des GPU NVIDIA, nous allons assurer aux joueurs et aux développeurs la plateforme physique la plus efficace du marché. Les calculs physiques sont naturels sur les GPU car comme le graphisme, les calculs physiques sont constitués de centaines de milliers de petits calculs en parallèle. La GeForce 8800GTX avec ses 128 processeurs de flux peut effectuer des calculs en parallèle beaucoup plus rapidement que n’importe quel CPU 2 ou 4 cœurs. L’industrie informatique évolue vers un modèle de calcul hétérogène, combinant un CPU flexible et un processeur massivement parallèle comme le GPU pour des applications nécessitant des ressources de calcul intensives. Avec CUDA (Compute Unified Device Architecture) qui est en train de devenir l’un des environnements de programmation massivement parallèle les plus reconnus, nous pouvons maintenant avancer très rapidement dans l’amélioration des performances de calculs. On y trouve évidemment les calculs physiques, la visualisation, le calcul des images et des vidéos et un nombre infini d’applications que nous ne connaissons pas encore. (www.nvidia.com/object/ cuda_home.html). Les GeForce 8xxx sont donc tout à fait capables aujourd’hui de prendre en charge les calculs physiques (en termes de puissance).

La technologie SLI sera-t-elle également mise à contribution pour apporter davantage de performances dans les calculs liés à la physique ?
Effectivement, le SLI, 3way SLI et QuadSLI permettront d’obtenir des meilleures performances en alliant physiques et 3D.

Si les GPU sont suffisamment puissants pour prendre en charge les calculs de la physique, les limites ne risquent-elles pas d'être rapidement atteintes, le traitement de la physique dans les jeux étant aujourd'hui plus que sommaire ?
Il faut mettre en perspective le matériel existant aujourd’hui et celui qui sera disponible dans les mois qui viennent. Aujourd’hui, les GeForce 8xxx ont la puissance pour effectuer tous les calculs physiques des jeux du moment. Bien évidemment, les prochaines solutions continueront à offrir de la puissance supplémentaire sans oublier les possibi-lités comme le SLI ou le Hybrid SLI.

L'API PhysX sera-t-elle directement intégrée aux prochains pilotes Forceware de NVIDIA ?
Effectivement, les possesseurs de GeForce 8 pourront exploiter les calculs PhysX via la mise à jour des drivers GeForce.

L'hypothétique "Direct Physics" dans DirectX 10.1 de la part de Microsoft n'est-il pas prévu pour offrir une interopérabilité pour la gestion de la physique ?
Nous travaillons main dans la main avec Microsoft pour supporter toutes leurs technologies liées aux jeux en incluant bien sûr leur stratégie autour de la physique. Pour le moment, il nous est impossible d’en dévoiler plus.

Canard PC : Peux-tu te présenter à nos lecteurs en quelques mots ?
S. Quentin : Je suis Stéphane Quentin, je m’occupe des relations presse technologiques pour NVIDIA. J’ai tout d’abord commencé par être journaliste spécialisé dans les cartes 3D à partir de 1996 (pour ceux qui connaissent, c’était le temps des NV1). Et j’ai rejoint NVIDIA en 2002. D’ailleurs, cette année NVIDIA fête ses 15 ans. 15 ans d’innovation technologique (bon anniversaire, pour les 15 exemplaires de 9800GTX à notre attention, tu connais l’adresse hein ?).

Rentrons directement dans le vif du sujet. Début 2006, NVIDIA présentait en collaboration avec Havok une nouvelle API appelée HAVOK FX et permettant aux cartes graphiques prenant en charge les Shader Model 3.0 de décharger le processeur des calculs liés à la physique dans les jeux. Est-ce différent aujourd'hui, surtout depuis le rachat de la société HAVOK par Intel ? Et cet état de fait a-t-il fortement contribué à la prise de décision du rachat d'AGEIA par NVIDIA ?
L’approche d’AGEIA et d’Havok FX est totalement différente. Premièrement, le logiciel PhysX d’AGEIA est multithread en plus d’être conçu pour les environnements massivement parallèles pour apporter une accélération matérielle dans les calculs massivement parallèles. L’architecture des GPU NVIDIA se prête complètement à l’exploitation du logiciel PhysX. De plus, la stratégie de NVIDIA est d’offrir une solution ouverte pour toutes les plateformes. Finalement, NVIDIA continue de penser que l’architecture évolutive de nos GPU est bien plus adaptée à la nature hautement parallèle et interactive des calculs physiques que celle des CPU. Ce que nous nous emploierons à démontrer avec AGEIA.

Comment NVIDIA souhaite-t-elle se positionner dans le domaine de la physique par rapport aux développeurs et aux plateformes (PC, consoles) ?
PhysX est utilisé aujourd’hui par les développeurs sur consoles PlayStation 3, Xbox 360 et Wii. Nous continuerons à les supporter et bien évidemment à supporter toutes les plateformes que les développeurs considéreront comme importantes.

Les utilisateurs confondent assez souvent PhysX, qui, en plus d’être un PPU, est un moteur software disponible sur PC et consoles. Si nous pouvons logiquement attendre de NVIDIA qu’il favorise le moteur software et l'accélération matérielle des calculs de la physique exclusivement à ses GPU, le support du PPU PhysX pour les pauvres bougres qui possèdent déjà la carte accélératrice continuera-t-il d'être assuré ?
Le PPU est un bon accélérateur PhysX disponible aujourd’hui (CPC : Si cela pouvait être séduisant en théorie au départ, les tests pratiques montrent que c’est loin d’être le pied). Nous continuerons à le supporter tant qu’il y aura de la demande. Toutefois, nous allons faire évoluer la plateforme tant logicielle que matérielle pour obtenir une nouvelle ère pour la physique.