Les simulations de fluides en CGI sont devenues incontournables dans les productions audiovisuelles. Elles peuvent prendre différentes formes : eau, feu, fumée, lave, etc. Mais les réaliser de manière réaliste est un défi très complexe qui repose sur une maîtrise des logiciels de simulation et des algorithmes. Mais alors, comment font les studios pour créer des simulations de fluides réalistes ? C’est ce que nous allons découvrir dans cet article !
L’art de contrôler l’incontrôlable
Commençons par le commencement, en définissant ce qu’est une simulation de fluide. Concrètement, une simulation de fluide – qui peut être de l’eau, du feu, de la fumée, etc. – est le résultat issu d’un calculs 3D basé sur un algorithme. Elle ne sera jamais précise comme un objet “tangible” (maison, un personnage, voiture, etc.), puisque justement, une simulation est intangible. Eh oui, car comme le dit si bien Bem dans Harry Potter et le prisonnier d’Azkaban “C’est comme essayer d’attraper de la fumée. Essayer d’attraper de la fumée avec les mains.” : ce n’est pas possible. Un objet “tangible” est fait à la main, il est travaillé et est précis, à contrario du “non tangible” qui lui n’est pas définit manuellement, mais est issu d’un calcul plus ou moins chaotique.
Les principes physiques des fluides en CGI
Attaquons nous maintenant à la seconde partie de notre questionnement : comment est fait une simulation. Nous avons a besoin d’un émetteur, qui peut avoir plusieurs forme, et émettre des informations variée : feu, fumée, eau, vélocité, pression, température, etc., et d’un simulateur (ou une zone de simulation). De nos jours les simulateurs se basent sur des voxels (comme des pixels en 3D : des petit cube qui contienne les information dynamique) et se limitent à une zone précise dans laquelle évolue la simulation. De nombreux paramètres peuvent y être réglés comme :
- La vitesse de la simulation,
- La taille des voxels,
- L’échelle de la simulation,
- L’algorithme employé,
- Les sub-sampling…
Et bien d’autres paramètres dynamiques lié directement au comportement du fluide tel que la dissipation, l’inertie, le refroidissement, etc.
La quantité de voxels et leurs nombres affectent directement la qualité d’une simulation : on peut vite se retrouver avec des millions de voxels à gérer et avoir une simulation très complexe à calculer.
Une fois votre simulation bien paramétrée, il ne reste plus qu’à la lancer et observer comment elle évolue !
En effet, notion fondamentale : la temporalité. Sans elle, la simulation ne peut être créée. Une cascade d’eau ne sort pas de nulle part, il faut définir sa source et son son environnement avec lequel l’eau va interagir. On va définir une situation initiale et on laisse l’algorithme faire son calcul et donc simuler son mouvement/comportement.
💡 Petit point technique, pour concevoir des simulations de fluides, il est nécessaire d’utiliser des équations complexes exprimant les mouvements des liquides et des gaz. L’un des modèles les plus couramment utilisés est celui des équations de Navier-Stokes. Ces équations de Navier-Stokes permettent de prédire l’évolution d’un fluide en fonction de la pression, de la vitesse et des forces appliquées.
Voyons à présent des différents défis et les optimisations techniques possible pour vos simulation.
Défis et optimisations techniques
Vous devez l’avoir compris à présent, créer des fluides réalistes en 3D est un véritable défi en raison de plusieurs contraintes :
- Echelle des simulation : une petite ou grande scène ne se gérera pas de la même manière et nécessite parfois des outils spécifique… Ou d’être malin !
- Temps de calcul élevé : une simulation détaillée peut nécessiter plusieurs heures de rendu (voire plusieurs jours !)
- Stabilité des simulations : éviter les artefacts numériques ou les comportements non naturels,
- Simulation réaliste : que votre simulation est une dynamique crédible et réaliste (comportement d’un sable humide, de la neige, etc.)
L’avenir des simulations de fluides en CGI
Avec les avancées technologiques, les simulations deviennent de plus en plus rapides et accessibles. L’intelligence artificielle et le machine learning permettent d’accélérer les calculs en prédisant les comportements des fluides à partir de simulations existantes. Par ailleurs, des moteurs temps réel comme Unreal Engine 5 intègrent désormais des outils de simulation de fluides interactifs, ouvrant la porte à des rendus toujours plus immersifs.
Les simulations de fluides en CGI sont un mélange fascinant de science et d’art. Grâce aux progrès constants en informatique graphique, les effets de fluides deviennent de plus en plus impressionnants, que ce soit dans les films, les jeux vidéo ou les applications en temps réel. Maîtriser ces techniques permet de repousser les limites du réalisme et d’offrir des visuels toujours plus spectaculaires.