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Physique, rendu 3D, sensations de vol… Flight Simulator, conçu par le français Asobo, repousse les limites du réalisme

La dernière version du simulateur de vol récréatif de Microsoft, le célèbre Flight Simulator, développée par l'entreprise bordelaise Asobo Studio, sort ce 18 août. Grâce aux technologies de rendu 3D modernes et aux capacités du cloud Azure, elle offre un réalisme époustouflant.
mis à jour le 18 août 2020 à 11H45
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Physique, rendu 3D, sensations de vol… Flight Simulator, conçu par le français Asobo, repousse les limites du réalisme
Un photoréalisme saisissant, du coucher de soleil au-dessus des nuages jusqu'au "glass cockpit" reproduit à la perfection. © Microsoft

En 1976, Bruce Artwick, étudiant à l’université de l’Illinois, démontre, dans sa thèse de fin d’études, qu’il est possible de modéliser le vol d’un aéronef sur un microprocesseur 8 bits, le Motorola 6800. Deux ans plus tard, il publie, sur l’Apple II, Flight Simulator, un programme appelé à devenir un best-seller. En 1981, pour prouver la supériorité des nouveaux ordinateurs 16 bits, dont le fameux IBM PC, Microsoft obtient la licence du logiciel et lance, l’année suivante, la première version de Microsoft Flight Simulator. Depuis, bien des choses ont changé. Flight Simulator s’est imposé comme la série de simulateurs de vol récréatifs la plus connue et la plus complète au monde. Et le prochain épisode promet d’offrir un réalisme révolutionnaire.

Le projet du nouveau Flight Simulator a été annoncé en juin 2019, treize ans après la sortie du précédent épisode, Flight Simulator X. Il s’agit du treizième titre de la série. Il est développé par la société bordelaise Asobo Studio, sous la tutelle de Microsoft. "Nous en avons eu l’idée à la suite de notre collaboration avec Asobo Studio sur l’application HoloTour pour notre casque de réalité augmentée HoloLens, raconte Jörg Neumann, le directeur du projet Flight Simulator chez Microsoft. Asobo avait recréé le Machu Picchu à partir des données de Bing Maps et le résultat était très réaliste. Cette entreprise possède cet excellent moteur 3D propriétaire, et j’étais curieux de savoir si celui-ci serait capable de faire la même chose à très grande échelle. Alors, il y a quatre ans, j’ai appelé son PDG et cofondateur Sebastian Wloch pour lui demander si on pouvait essayer avec Seattle. En quelques semaines, un petit Cessna volait au-dessus de cette ville. C’est à ce moment-là que nous avons su que nous tenions quelque chose."

 

 

Simuler la Terre entière

Cette décision correspond également à un changement de stratégie chez Microsoft, qui a choisi de renforcer sa production pour le marché du jeu vidéo. Le mot d’ordre : profiter au maximum des technologies internes pour créer une expérience impossible à réaliser ailleurs. Le projet Flight Simulator s’appuie ainsi sur l’infrastructure cloud Azure et les données cartographiques du moteur de recherche Bing pour recréer la Terre entière avec une fidélité graphique hors du commun. Cela représente plus de 2 petaoctets (2 000 téraoctets) de photos aériennes et de données satellites. "Nous recevons de nouvelles données issues de Bing en permanence. Aujourd’hui, par exemple, nous avons obtenu des données polaires. C’est un processus continu, et l’infrastructure Azure nous permet d’intégrer les données rapidement", explique Jörg Neumann.

Pour y parvenir, le moteur 3D d’Asobo se révèle déterminant, car il est capable d’afficher ces éléments en temps réel alors qu’ils sont stockés sur le cloud, tout en y ajoutant des textures et des effets de lumière réalistes et en gérant le rendu 3D de l’avion en local. "Nous travaillons sur ce moteur depuis des années et nous l’utilisons pour tous nos jeux, déclare Sebastian Wloch. Il est capable d’afficher de très grands environnements, ce qui est très difficile à faire, en raison des problèmes de précision, de densité d’objets et de gestion de la mémoire. Nous avons même obtenu un record Guinness en 2009, pour le jeu Fuel." Cette approche hybride inclut aussi la génération procédurale du terrain, de la végétation et des bâtiments dans les deux millions de villes que contient le simulateur. Ils sont créés automatiquement à partir des données cartographiques, en suivant un ensemble d’algorithmes complexes.

 

 

Des conditions météo plus vraies que nature

Évidemment, les structures humaines les plus importantes pour un simulateur de vol sont les aéroports. Il en existe 44 000 à travers le monde, et les équipes de Flight Simulator comptent bien tous les inclure dans le logiciel. Il en comporte déjà 37 000, créés ou édités manuellement pour correspondre au mieux à la réalité. Ils sont peuplés de voyageurs et de travailleurs (générés procéduralement), qui s’activent de façon réaliste dans les terminaux et sur les pistes. Sur les 200 personnes qui planchent sur le projet à travers le monde, 50 sont dédiées presque intégralement à la création et la modification de l’environnement, en particulier les voies de circulation et les pistes des aéroports. Les matériaux et surfaces des pistes (tarmac, herbe haute ou plate, terre…) sont également pris en compte pour apporter au pilote les sensations les plus exactes possible lorsqu’il est aux commandes. "Nous pouvons gérer différents types de frictions, statiques ou dynamiques, et avec une surface plus ou moins inégale", détaille Sebastian Wloch.

Si le sol a son importance, l’essentiel du temps dans un simulateur de vol se passe dans les airs. Là aussi, le nouveau Flight Simulator atteint un niveau de fidélité et de réalisme sans commune mesure avec ses prédécesseurs. À commencer par la simulation de l’atmosphère, du niveau de la mer jusqu’aux hautes altitudes. "Nous simulons 60 couches verticales différentes", précise Sebastian Wloch. La pression atmosphérique, la vitesse et la direction du vent à différentes altitudes ou encore l’humidité de l’air sont autant de données prises en compte. Les jet streams sont présents, tout comme les turbulences, et sont reproduits correctement du point de vue du modèle physique du simulateur. "Si je vole dans une vallée ou le long d’une crête de montagne, les courants ascendants seront là où ils se trouveraient en réalité, car nous simulons l’interaction du vent avec le terrain", poursuit le PDG d’Asobo Studio. Le vent fait même bouger l’herbe ou les feuilles des arbres.

 

 

La simulation de l’atmosphère se fait sur la machine locale, mais les conditions météorologiques sont gérées dans le cloud. Les nuages sont volumétriques, ce qui signifie qu’ils peuvent être traversés et que leur densité varie selon les endroits. Tous les types de nuages sont représentés, et leur formation et dissolution dépendent des courants, comme dans la réalité. Ils sont visibles jusqu’à 600 kilomètres de distance. Ils peuvent être chargés de pluie, qui est elle-même volumétrique et permet de reproduire fidèlement l’impact des gouttes sur le pare-brise de l’avion, jusqu’à la façon dont elles glissent dessus en fonction de la direction et de la vitesse de l’appareil. Il en va de même pour le brouillard, la neige ou le givre, qui se forme en temps réel.

La combinaison de données météo et d’un modèle physique permet par ailleurs une gestion beaucoup plus exacte de la lumière, qui contribue grandement à la qualité visuelle de l’ensemble. Les nuages créent des ombres, que ce soit au sol ou les uns sur les autres, et leur opacité fluctue en fonction de leur composition. Les montagnes portent leur ombre sur le sol et sur les nuages de basse altitude. La mer et les lacs reflètent la lumière du soleil. La diffusion de la lumière prend en compte ces paramètres, ainsi que les conditions atmosphériques (température, humidité, densité, pollution de l’air…) pour offrir un résultat très réaliste. Ainsi, même des arcs-en-ciel peuvent se former.

Le cycle du jour et de la nuit est également reproduit : les lumières des aéroports, des routes et des villes éclairent les nuages, tandis que la lune et les étoiles illuminent le sol. Clou du spectacle : les utilisateurs peuvent non seulement régler l’heure du jour ou les conditions météorologiques selon leur bon vouloir, mais aussi recevoir les données météo en temps réel depuis le cloud, pour voler comme en conditions réelles. "La résolution spatiale varie, elle peut être de 3 ou 10 kilomètres, selon l’endroit où vous vous trouvez sur le globe. C’est globalement très précis. Et nous extrapolons l’évolution de la météo, donc, même si nous récupérons des données vieilles de trente minutes, cela reste très juste", ajoute Jörg Neumann.

 

 

Un trafic aérien dense

Le modèle physique du jeu et toutes ces informations participent au réalisme du modèle de vol. Microsoft se montre si confiant qu’en septembre dernier, il a fait voler des journalistes en Cessna au-dessus de Seattle après leur avoir organisé un baptême sur Flight Simulator, avec un manche à volant Saitek Pro Flight et un palonnier Thrustmaster TPR. Le verdict était unanime : des sensations très proches de la réalité, renforcées par une parfaite reproduction du cockpit et des instruments.

L’un des reproches faits aux simulateurs par le passé était leur ciel vide. Au maximum, 16 ou 24 personnes pouvaient voler en même temps sur un serveur dédié. Or des dizaines de milliers d’avions volent chaque jour. Là aussi, le cloud permet un changement de paradigme. Les développeurs ont créé un système simple, que l’on active ou désactive, sans réglages, et grâce auquel on peut voir tous les autres joueurs en même temps. "Quand je vole au-dessus de Bordeaux, il y a toujours quatre ou cinq autres avions aux alentours. Nous voulions recréer cette camaraderie", commente Sebastian Wloch.

 

 

Actuellement en version alpha, Flight Simulator n’a pas de date de sortie annoncée, mais plusieurs milliers d’utilisateurs dévoués passent des heures dessus et fournissent de précieux feedbacks à l’équipe de développement. Une dizaine d’appareils sont disponibles, parmi lesquels le Cessna 172, le Robin DR400, le Daher TBM 930 ou l’Airbus A 320neo. Ils sont reproduits dans leurs moindres détails. Microsoft s’est aussi associé à Boeing, Diamond Aircraft et Icon Aircraft.

"Nous allons introduire certains avions représentatifs, mais nous laissons de la place aux développeurs tiers qui se chargent des modifications pour le logiciel. Ils font partie intégrante de l’écosystème, et nous sommes en contact avec des centaines d’entre eux. Nous mettons à leur disposition un kit de développement très complet. L’objectif est d’avoir des centaines d’aéronefs", souligne Jörg Neumann. Cette modularité et cette évolutivité représentent un aspect essentiel du projet. "Flight Simulator n’est pas un jeu typique qu’on termine de développer avant de le vendre. Nous nous sommes concentrés sur certaines priorités pertinentes pour un simulateur de vol, notamment en fonction des retours de nos testeurs, mais nous continuerons de l’étoffer. Nous allons affiner notre représentation de la Terre, par exemple, en ajoutant le trafic routier ou maritime, les feux de forêt ou les migrations des animaux, jusqu’à nous approcher d’un jumeau numérique. Mais cela prendra des années."

 

Flight Simulator pour la formation professionnelle des pilotes ?

 

Fin 2007, Aces Game Studio, alors chargé de la série Flight Simulator, annonçait la création de Microsoft Enterprise Simulation Platform (ESP), une plate-forme de simulation dédiée aux entreprises et reposant sur Flight Simulator X. En 2009, après la fermeture du studio, le géant américain de la défense Lockheed Martin a racheté le code source et la propriété intellectuelle de ce projet pour créer Prepar3D, un simulateur de vol pour la formation de pilotes professionnels.

 

Régulièrement mis à jour, il est toujours exploité, même s’il reste rudimentaire par rapport à cette nouvelle version de Flight Simulator, qui utilise des technologies modernes. Microsoft pourrait-il la décliner pour la formation des pilotes ? "Notre simulateur s’adresse aux joueurs, pas à la formation, indique Jörg Neumann, le directeur du projet Flight Simulator. Cependant, nous recevons tous les jours des demandes de ce type et nous sommes à l’écoute. Nous n’ignorons pas qu’il y a une pénurie de pilotes dans le monde. Pour l’instant, notre priorité est de finir notre simulateur, mais il est possible à l’avenir que nous fassions quelque chose dans ce domaine."

 

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