Que sont les shadow maps dans les jeux vidéo ?

Les ombres ne servent pas uniquement à embellir le rendu visuel. Elles contribuent à rendre les univers des jeux plus réalistes, sans elles, même les environnements les plus détaillés semblent plats et sans vie. Tout comme l'occlusion ambiante et l'éclairage global, les cartes d'ombres permettent de rendre vos jeux plus réalistes. L'une des techniques les plus courantes pour rendre les ombres en temps réel est le shadow mapping, une méthode qui permet aux développeurs de jeux d'ajouter de la profondeur et du réalisme sans nuire aux performances.

Le shadow mapping fonctionne selon un processus en deux étapes. La première consiste à créer une texture shadow map à partir de la perspective de la source lumineuse. Cette carte stocke des informations de profondeur, enregistrant la distance entre les objets et la lumière. La deuxième étape est rendue du point de vue du joueur, où le jeu compare chaque pixel à la shadow map. Si un pixel est plus éloigné que ce qu'a enregistré la lumière, il tombe dans l'ombre. S'il correspond ou est plus proche, il reste éclairé. Cette approche est efficace et fonctionne bien avec l'éclairage dynamique, c'est pourquoi elle est utilisée depuis des années dans les graphismes des jeux en temps réel.

Les shadow maps ont toutefois leurs limites. Comme elles reposent sur une texture, la résolution est importante. Les shadow maps à faible résolution peuvent entraîner des bords visiblement irréguliers ou des scintillements évidents lors des déplacements. Malheureusement, il n'est pas facile de simplement augmenter la résolution, car les shadow maps à haute résolution nécessitent plus de mémoire et de puissance de traitement. Les développeurs utilisent souvent des techniques telles que les shadow maps en cascade ou le filtrage pour lisser ces artefacts.

La plupart des jeux vous permettent de régler la qualité des ombres dans les paramètres graphiques. Les options courantes comprennent :

• Qualité des ombres – Permet de régler la résolution et le filtrage. Des paramètres plus élevés donnent des ombres plus nettes et plus précises, mais nécessitent davantage de puissance GPU.
• Ombres douces – Ajoute des contours plus lisses pour un rendu plus naturel.
• Ombres dynamiques – Active les ombres qui se déplacent et s'actualisent en fonction des objets et des lumières.
• Contact Shadows – Améliore le réalisme en ajoutant des ombres subtiles là où les objets touchent les surfaces.
• Distance des ombres – Contrôle la distance à laquelle les ombres sont rendues par rapport à la caméra. Augmenter cette valeur améliore les détails à longue distance, mais affecte les performances.

Comme pour la plupart des paramètres de jeu, il vaut la peine d'expérimenter pour trouver le juste milieu où la fidélité visuelle est excellente sans nuire à la fréquence d'images.

Le ray tracing adopte une approche différente. Au lieu de s'appuyer sur une carte précalculée, il simule les trajectoires réelles des rayons lumineux lorsqu'ils rebondissent dans une scène. Cela produit des ombres plus précises, plus douces et plus naturelles, en particulier dans les scénarios d'éclairage complexes. Le compromis réside dans les performances. Le ray tracing est coûteux en termes de calcul, c'est pourquoi il n'est devenu viable pour le rendu en temps réel que récemment, grâce aux GPU modernes et à des technologies telles que le DLSS.

Les shadow maps restent beaucoup moins exigeantes en termes de matériel, ce qui en fait le choix par défaut pour la plupart des jeux. Même avec des paramètres de haute qualité, les shadow maps ont généralement un impact beaucoup moins important sur les performances que les ombres ray-traced. L'activation du ray tracing peut réduire considérablement le nombre d'images par seconde, ce qui oblige souvent les joueurs à trouver un équilibre entre la fidélité visuelle et la fluidité du gameplay. Pour beaucoup, les shadow maps offrent le meilleur compromis entre réalisme et performances.