Dossier Les effets speciaux en 3D : Le défi des Eléments naturels

Fluides et Effets atmosphériques

Pour simuler des fluides ou des effets atmosphériques, l'augmentation de la puissance de calculs des processeurs a permis, comme dans d'autres domaines,  de rendre opérationnels des algorithmes, jadis réservés aux centres de recherche.


Les effets liquides et gazeux (feux, traînées de réacteurs ou de missiles, etc) et les effets atmosphériques constituent une catégorie bien à part dans les effets spéciaux. Bien à part, car ils représentent déjà une part importante des effets 3D et des trucages réalisés sur les long-métrages, un tiers des films américains ayant comme thème la guerre. Mais aussi parce que leur mise au point, si elle vise le réalisme, est délicate à obtenir. Leurs animations nécessitent l'usage des lois de la dynamique des fluides, qui sont des lois complexes et lourdes à modéliser. Ces systèmes mathématiques sont facilement instables à l'image des turbulences à simuler.

On peut classer les produits en deux catégories, d'une part ceux dédiés à la réalisation d'effets liquides ou pyrotechniques en jets ou en traînées et d'autre part la simulation de surfaces liquides plus ou moins visqueuses comme l'eau ou la lave en fusion.

Les Fluides et les Brasiers

L'animation de fluides se fait souvent avec des systèmes de particules élémentaires, aptes à simuler des traînées d'avions ou des explosions. Le rendering, qui doit être adapté au sujet, possède généralement une option volumétrique pour plus de réalisme. Une autre possibilité moins gourmande en temps calcul consiste à coller des images 2D (sprites) sur des particules. Ces moteurs de rendering sont utilisés pour la fabrication de nuages, qui même en statique vont nécessiter l'usage des mêmes outils d'animation procédurale et de rendering. Newtek a été parmi les premiers à développer un excellent moteur volumétrique, Hypervoxel, pour réaliser des effets de tous types, feux, fumées, eau, etc. Dans Maya Unlimited, il existe aussi depuis peu un module complet, Fluid Effects, qui permet de réaliser toutes sortes d'effets aussi bien atmosphériques, nuages, fumée, vapeur, brouillard, que pyrotechniques, ainsi que des comètes et de la lave. La première version de Fluid Effects qui vient de sortir est testée dans ce dossier.

Il existe aussi deux nouveaux plugins standalones de Next Limit, Real Flow et Real Wave. Real Flow est construit sur un système de particules animés par des lois de la Mécanique des Fluides. Par différents paramétrages, il est possible de simuler aussi bien des fluides liquides, gazeux que des surfaces plus visqueuses comme la lave en fusion. L'autre avantage de Real Flow est sa capacité à gérer les collisions avec un environnement polygonal en mouvement. L'ensemble est exportable dans les principaux logiciels 3D, LightWave, 3D Studio MAX, Softimage, Maya and Cinema 4D, via des plugins gratuits.
 
On trouve aussi toute une gamme d'utilitaires, dépourvus de moteur d'animation, qui sont spécialisés dans le rendering de tel ou tel effet particulier, comme les outils dédiés à la fabrication de feux et de fumée qui sont vendus entre 400 et 500 Euros, du type Afterburn de AfterWorks ou Pyrocluster de Cebas pour 3DS Max, et Phoenix de Digimation pour Lightwave.

Les Surfaces liquides

La deuxième catégorie d'outils sert à animer et à simuler des surfaces liquides, en particulier des surfaces d'eau, avec vagues, ou des surfaces visqueuses, comme la lave en fusion. Le leader incontesté de cette catégorie d'outils est l'éditeur Areté, qui a repris des algorithmes mis au point en collaboration avec un laboratoire américain de recherche en océanographie. Le résultat,  "Digital Nature Tool" a fait ses preuves dans le long-métrage "Waterworld" puis dans de très nombreux autres dont le "Titanic" et le "Cinquième Elément". DNT regroupe toute une gamme de plugins pour les grands logiciels 3D : Psunami pour les vagues, Psyclone pour les nuages, P_liquid pour les jets d'eau et Pyro pour le feu. Ces plugins existent déjà pour Maya, pour Lightwave (édité conjointement avec Dynamic Realities), pour Softimage 3D, pour 3DS sauf Pyro, et pour Universe d'Electric Image. Pour Softimage XSI, Phoenix Tools commercialise deux de ces plugins, Psunami et bientôt Cyclone. Areté commercialise aussi un standalone, Renderworld, qui reprend la simulation d'océan et de nuages. A titre d'exemple, un package complet pour Maya, avec Renderworld inclus, coûte un peu plus de 2500 Euros TTC. Mais chaque module peut être acheté séparément.

Ils existent quelques concurrents, comme les plugins de Lightwave, NatureFX et Lume Water de la suite Lume Tools, de Dynamic Realities. Dans l'environneemnt 3DS Max, il existe le très limité SeaScape de Digimation et aussi la suite Lume Tools. Mais aucun n'a atteint jusque là le réalisme visuel des outils d'Areté.
 
Reste la difficulté non complétement résolue de faire un bateau pris sur une mer déchaînée avec son sillage, de l'écume et des projections d'embruns. Chacun trouve ses astuces. Dans les dessins animés récents, la mer est généralement faite en 3D (d'ailleurs souvent avec Areté) et les embruns sont dessinés manuellement par dessus les vagues 3D. Sinon, dans les films entièrement en 3D, les embruns sont souvent réalisés avec des particules bricolées, mais le résultat est rarement entièrement convaincant malgré beaucoup d'efforts. On touche là aux limites de phénomènes naturels très complexes à simuler.

Ozone donne de l'air à Lightwave

Dans l'environnement de Lightwave il faut signaler la dernière version de Ozone, d'E-on software, qui a repris de leur excellent programme Vue d'Esprit, les fonctionnalités de création de cieux. Ozone, qui en est dans sa version 2, est une suite de six modules, comportant deux modèles atmosphériques, ainsi qu'une bibliothèque pré-paramétrée de cent atmosphères (petit matin, mauvais temps, nuit, etc) et de cent formes de nuages. Autrement plus puissant que Skytracer, Ozone permet pour 269 Euros TTC de réaliser de manière réaliste toutes les atmosphères souhaitées, en reproduisant grâce à son moteur volumétrique toutes les subtilités de brume, de nuages et d'interaction avec la lumière solaire que l'on peut trouver à différentes heures de la journée, à différentes saisons et sous différents climats. En standalone, le choix est plus vaste depuis l'incontournable Bryce jusqu'au très complet WordBuilder.

Pour en savoir plus :

Areté (Digital Nature Tool)
www.areteis.com
Digimation (Phoenix, Fractal Flow, Sea Scape, UltraShock)
www.digimation.com
Dynamic Realities (Lume Water, Pyro, NatureFX)
www.dynamic-realities.com
E-onsoftware (Ozone, Vue d'Esprit)
www.e-onsoftware.com
AfterWorks (afterburn)
www.AfterWorks.com
Cebas (Pyrocluster)
www.cebas.com
Phoenix Tools (Psunami et Cyclone pour XSI)
www.phoenixtools.com
Next Limit (Real Flow, Real Wave)
www.nextlimit.com

© novembre 2002 François Ploye et Pixel SA