Beyond Pixels : la révolution du Virtualized Rendering (rendu virtualisé), épisode 3
Dans l’univers du rendu 3D temps réel, il a toujours fallu choisir entre fidélité visuelle et performance. Depuis des décennies, artistes et développeurs ont dû repousser les limites hardware pour être en capacité de traiter un maximum de données en un instant. Avec l’arrivée d’Unreal Engine 5 (UE5), ce compromis bascule : une nouvelle approche, la virtualisation, ouvre des perspectives autrefois inimaginables.
Chez SKYREAL, nous sommes observons avec enthousiasme la façon dont UE5 renverse le modèle établi et rend possible le rendu en temps réel de données autrefois réservées aux moteurs de path tracing hors ligne, et cela même sur des GPU de milieu de gamme.
Dans cet article nous allons tenter de présenter les évolutions principales de cette approche du « tout-virtualisé » pour comprendre ce qui se joue en profondeur avec le moteur UE5.
Comme le dit souvent Elian Crémel, un tech artist passionné de moto :
« Unreal Engine 5 réuni le meilleur et n’impose aucun compromis ; c’est un peu comme une BMW 1250 GS qui allie performance et confort, aussi bien sur autoroute qu’en tout-terrain. »
Le problème du modèle de coût du rendu traditionnel :
Avant UE5, le rendu en temps réel obéissait à une règle assez simple : plus votre scène était complexe (c’est-à-dire plus il y avait de polygones, de textures haute résolution et d’éclairages sophistiqués), plus son rendu était coûteux en performance. Ce coût dépendait surtout des assets. Si votre scène comptait des millions de triangles ou des textures 8K, votre GPU devait traiter toutes ces données, ce qui provoquait souvent des ralentissements, une baisse du framerate ou la nécessité de simplifier drastiquement les assets pour gagner de la perf.
Pour contourner ces limites, les développeurs utilisaient plusieurs astuces :
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Mipmapping et streaming de textures : charger des textures de moindre résolution pour les objets éloignés.
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Level of Detail (LoD) : remplacer les maillages complexes par des versions simplifiées en fonction de la distance.
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Shadow cascades : diviser les shadow maps en plusieurs niveaux pour trouver un équilibre entre qualité et performance.
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Global illumination pré-calculée : utiliser des lightmaps statiques générées pendant le développement.
Ces techniques étaient efficaces, mais elles ne concernaient que les assets et présentaient de nombreuses limites. Il fallait créer les LoDs avec soin, gérer le streaming, figer certaines parties de la scène et accepter un éclairage moins précis.
Unreal Engine 5 place le pixel au coeur de sa révolution du rendu
L’approche révolutionnaire d’UE5 renverse ce paradigme en virtualisant tout. Au lieu que le coût dépende de la complexité des assets, il est désormais lié aux pixels affichés à l’écran, c’est-à-dire aux données réellement visibles par le joueur ou l’utilisateur. Ce changement subtil mais puissant permet aux développeurs de créer des assets d’une richesse incroyable sans en subir le coût en performance, car UE5 ne traite que ce qui est visible à l’écran, pixel par pixel.
Cette approche ne se contente pas d’améliorer les performances : elle redéfinit ce qui est possible en 3D temps réel.
Voyons maintenant les piliers de cette virtualisation avec les textures, les meshes et les shadows :
1. Streaming Virtual Texturing (SVT)
Par le passé, les textures étaient chargées par niveaux de mipmaps : de gros blocs de textures basse ou haute résolution étaient échangés selon la distance ou l’angle de la caméra. Cette méthode, bien qu’efficace, gaspille beaucoup de mémoire, car de larges textures devaient être chargées même quand seules de petites portions étaient visibles.
Le Streaming Virtual Texturing (SVT) découpe les textures en minuscules tuiles de 128×128 pixels et ne charge que celles nécessaires à la vue actuelle. Cette technique conserve un espace d’adressage virtuel pour l’intégralité de la texture, tout en stockant physiquement dans la mémoire GPU seulement une fraction d’entre elle. Si la caméra bouge, le moteur charge dynamiquement de nouvelles tuiles et libère celles qui ne sont plus visibles.
Pourquoi c’est important ?
Parce que c’est une technique essentielle et éprouvée : elle permet d’utiliser des textures massives, en 8K voire plus, sans explosion de la VRAM. On a un super niveau de détail tout en restant léger.
2. Nanite Virtualised Geometry
L’un des joyaux d’Unreal Engine 5 est Nanite, un système de géométrie virtualisée qui remplace les chaînes traditionnelles de niveaux de détail (LoD) par des clusters de triangles regroupés par blocs d’environ 128 triangles. Contrairement aux LoD classiques, qui obligent les artistes à créer manuellement plusieurs versions d’un maillage de complexité décroissante, Nanite automatise ce processus en sélectionnant dynamiquement le niveau de détail approprié selon la taille à l’écran.
Nanite construit ainsi une hiérarchie qui permet au moteur de :
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Rendre uniquement les triangles qui couvrent des pixels visibles.
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Arrêter automatiquement le traitement des triangles dès qu’un pixel est suffisamment couvert par la géométrie.
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Créer une seule fois des modèles ultra-détaillés et les intégrer dans la scène sans se soucier de la gestion des LoD.
Concrètement, cela signifie que vous pouvez importer des assets de très grande qualité directement dans votre scène temps réel et laisser UE5 gérer le reste. L’efficacité de Nanite tient en partie à son utilisation intelligente de structures de données spatiales et à son intégration étroite avec les architectures GPU modernes.
3. Virtual Shadow Maps (VSM)
Les ombres sont importantes mais aussi réputées coûteuses, surtout dans les mondes ouverts ou les applications VR, où leur qualité influence directement l’immersion.
Avec UE5, les Virtual Shadow Maps fonctionnent de la même manière que le SVT : elles créent un immense atlas d’ombres virtuelles (par exemple 16 384² pixels virtuels) tout en ne chargeant dans la mémoire que les texels réellement présent dans le champs de la caméra.
Cette approche élimine les problèmes fréquents des Shadow Maps, comme le gaspillage de résolution sur le ciel vide ou les ombres grossières à distance. Le résultat : des ombres haute résolution, à l’échelle du centimètre, couvrant des kilomètres, et à un coût stable.
Pourquoi la virtualisation est cruciale pour les clients de SKYREAL
Nos clients sont des industriels qui, par définition, font face à des contraintes complexes. Leurs maquettes numériques sont particulièrement volumineuses et détaillées, souvent composées de dizaines de milliers de pièces, voire plus. Présenter de tels modèles 3D sur des ordinateurs portables milieu de gamme ou des casques VR autonomes utilisés sur les lignes de production ou lors de revues de conception peut rapidement devenir un cauchemar.
La technologie de virtualisation d’UE5 nous permet de gagner des perfet de pouvoir :
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Présenter des données en VR ultra-détaillées et de manière fluide sur des ordinateurs portables à 1 200 €
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Maintenir un niveau de détail massif pour les textures et la géométrie, tout en garantissant des performances stables, même en VR.
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Produire des ombres et éclairages réalistes sans pré-calculs coûteux ni réglages manuels afin de garantir une immersion de qualité
Concrètement, cela signifie que chaque utilisateur peut explorer, examiner et simuler des conceptions complexes en temps réel, améliorant ainsi la collaboration, détectant les problèmes plus tôt et accélérant la prise de décision.
Lumen : pas de concession sur l’esthétique
Lumen hybride plusieurs techniques d’illumination globale (tracés en screen-space, ray tracing software, et ray tracing hardware lorsque disponible) pour produire une illumination dynamique de haute qualité, qui s’adapte aux changements d’éclairage et de géométrie.
Lumen est conçu pour s’adapter à différents types de matériel permettant à nos développeurs de maintenir un framerate élevé tout en offrant un éclairage indirect, des réflexions et une occlusion ambiante garantissant un réalisme saisissant.
Défis et enjeux
Si la virtualisation ouvre des possibilités incroyables, elle n’est pas sans limites :
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Performance du stockage : les systèmes de virtualisation comme Nanite et VSM ont besoin de SSD NVMe rapides pour streamer les données efficacement. Les disques durs plus anciens peuvent provoquer des saccades ou des pics de latence.
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Transparence et effets spéciaux : Nanite supporte actuellement la transparence de manière limitée, ce qui peut nécessiter des solutions de repli (Epic Games progresse rapidement sur ce point).
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Mindset : passer d’une approche centrée sur les assets à une approche centrée sur les pixels implique des changements dans les workflows et les méthodes d’authoring. Les équipes doivent s’adapter et faire évoluer leur mindset dans ce sens.
Les pipelines pixel-centric
À l’avenir, il est probable que les pipelines de rendu pixel-centric soient le standard. Cela nous semble désormais incontournable et logique : Plutôt que de se préoccuper du nombre de polygones ou des budgets de textures, l’accent sera mis sur la qualité de ce qui est visible et pertinent pour l’utilisateur à chaque instant.
C’est la vision voulue par Epic Games et permise par UE5 : le nombre de triangles, les budgets de polygones et le pré-calcul statique appartiennent désormais au passé, remplacés par des systèmes virtualisés, dynamiques et hautement optimisés, capables d’offrir réalisme et framerate élevé.
Conclusion
L’approche d’Unreal Engine 5 en matière de virtualisation marque un tournant fondamental dans le rendu temps réel. En liant le coût du rendu aux pixels plutôt qu’aux assets, UE5 renverse le modèle traditionnel, permettant de rendre des scènes complexes sans les pénalités de performance habituelles, et en concentrant les ressources uniquement sur ce qui est réellement visible à l’écran.
Chez SKYREAL, nous exploitons cette révolution pour donner à nos utilisateurs la possibilité de libérer le véritable potentiel de leurs données CAD, et de partager et collaborer avec leurs collègues de manière fluide, sans contraintes matérielles.
Si vous souhaitez en savoir plus sur les technologies d’UE5 et leur intégration dans les workflows industriels, restez connectés pour lire nos prochains articles.
