Fluides : en temps réel aussi

Autre avancée spectaculaire de nVidia : l’intégration d’une méthode (approximative) permettant de calculer l’écoulement d’un fluide en temps réel en exploitant un GPU. ça donne ça:

La méthode utilisée est la « Smoothed particle hydrodynamics » (SPH), qui approxime le fluide par des sphères dont le mouvement et la taille de chacune est influencée par ses voisines les plus proches.

Un des précurseurs (le précurseur ?) de cette méthode est Matthias Muller (de Zürich, en Suisse…) dont j’ai déjà parlé ici et qui a travaillé sur le moteur PhysX chez Ageia, l’entreprise rachetée l’an passé par nVidia … Depuis, la méthode a été appliqueé à d’autres domaines, notamment la simulation de phénomènes astrophysiques dont je causerai très bientôt sur Dr. Goulu.

Une chose est sure : bientôt les jeux vont devenir nettement plus aquatiques. Cool.

download (si vous avez une GeForce 8600 ou mieux…)

source: shadows.fr

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Simulations d’ondes de choc

« Visual Simulation of Shockwaves » de Jason Sewall et al est un intéressant papier qui sera présenté au Syposium on Computer Animation 2008 à Dublin.

La vidéo montre des résultats spectaculaires obtenus en quelques minutes de calcul seulement, ce qui laisse espérer du temps réel un jour prochain :

Trials2 : un peu de physique, beaucoup de fun !

Trials 2 de RedLynx est un de ces petits jeux tout bêtes, bien faits, pas chers, et horriblement prenants.

On pilote une moto de trial avec les 4 touches de direction : [haut] et [bas] pour accélérer et freiner, [gauche] et [droite] pour s’assoir ou se lever sur le siège, ce qui change complètement le comportement de la moto le long d’un parcours semé d’embûches :

La qualité de la simulation physique fait tout l’intérêt du jeu : la moto a un comportement vraiment très réaliste, l’adhérence et les rebonds dus aux amortisseurs sont parfaits. Il faut bien s’asseoir en arrière pour que la roue arrière adhère bien lors des accélérations, et se lever pendant les sauts pour ne pas faire des « backflips » involontaires. On peut même jouer des gaz et du frein en l’air pour faire tourner la moto par conservation du moment cinétique, comme les pros du supercross !

On se rate très souvent, et les chutes étant aussi rendues de manière physiquement réaliste, on se marre autant que devant VideoGag. Un petit compteur d’os brisés illustre d’ailleurs un avantage indiscutable du trial virtuel par rapport à celui qui réchauffe la planète.

Le moteur graphique maison donne un rendu 3D impeccable d’une scène essentiellement 2D, le tout sans requérir un PC hyper puissant, un autre avantage que Jacky appréciera.

Téléchargez la version gratuite ici, il y a déjà bien de quoi s’amuser quelques heures. Après, ce n’est que $20 pour avoir la totale.

Phun – bac à sable de physique 2D

Une autre petite appli sympa de physique en temps réel : Phun.

 

On peut la télécharger ici, et partager des fichiers d’exemple ici. Il y a même une combine pour faire des engrenages. Vais essayer de faire un échappement d’horlogerie (le test qui tue…)

Visualisation de Molécules

Tombé par hasard sur VMD – Visual Molecular Dynamics, un logiciel scientifique Open Source disponible sur Windows, Linux et MacOS-X. Il permet de visualiser en 3D temps réel des molécules complexes et se combine avec de nombreux plugins et autres logiciels pour réaliser des rendus assez spectaculaires :

La modélisation des molécules demande énormément de puissance de calcul car il faut simuler les attractions/répulsions électrostatiques entre de très nombreux atomes pour trouver les positions de chacun. L’équipe de développement de VMD a beaucoup utilisé les GPU pour accélérer ces simulations, et CUDA en particulier (seulement sur Linux pour l’instant).

L’article « GPGPUs: Neat Idea or Disruptive Technology? » sur ce sujet est très intéressant : l’auteur montre que les GPU peuvent apporter un gain d’un facteur 10 en puissance de calcul, mais que ce n’est pas suffisant pour changer radicalement la face de l’informatique.

VMD supporte une ribambelle de formats de fichier de représentation des molécules dont certains, comme PDB, sont des fichiers textes, donc potentiellement importables dans d’autres logiciels …

Jos Stam : Physique, Maya Nucleus et Caustiques

Dans « The Software That Will Take Digital F/X to the Next Level of Awesome » Michael Behar de Wired dresse le portrait de Jos Stam, chercheur formé à l’Université de Genève et développeur de modules de physique Maya chez Alias/Autodesk.

Son module nCloth est le premier basé sur le framework Nucleus et permet de calculer les mouvements réalistes de textiles dans Maya 8.5 comme dans ce joli exemple:

Comme Ron Fedkiv dont j’ai parlé ici, Jos s’intéresse aussi à la simulation de fluides et parvient à des résultats très encourageants:

Malheureusement, Jos ne maintient pas trop sa page perso, ce qui fait qu’on trouve beaucoup moins de matériel sur son travail que sur celui de Ron Fedkiv.

Sa page sur les caustiques est par contre bien détaillée et très utile à ceux qui veulent simuler une surface d’eau vite fait bien fait car elle offre 8 ensembles de 32 textures périodiques 512×512 permettant de réaliser des caustiques animées comme ci-contre

A part ça, je me retrouve bien dans cette phrase de Jos Stam: « I started coding just for the beauty of it. »

La Recherche en Simulation Physique

Ron Fedkiw est chercheur et professeur à Stanford et sa page regorge de vidéos extraordinaires sur ses sujets de recherche en simulation physique et 3D, qui donnent une petite idée de ce qui sera possible de faire en temps réel dans quelques années (ou mois).

Une de ses spécialités est l’interaction de solides, de fluides et de gaz, comme par exemple dans sa « réaction chimique » :

Il y a également plusieurs exemples spectaculaires de mécanique des fluides, comme le phare :

Une impressionnante liste de publications au format .pdf ou .ps est disponible au bas de la page pour tous les détails mathématiques …

Portal, le jeu hyperspécial

Noël approche, et les jeux qui:

 

1. ne sont pas trop idiots
2. ne demandent pas des PC flambant neufs avec cartes graphiques d’enfer

ne seront pas légion. J’en ai déjà trouvé un : Portal

 

 

Portal est un jeu de plates-formes en 3D, ou plutôt un jeu de casse-tête en 4 dimensions basé sur une idée toute bête : à l’aide d’un engin futuriste, on peut percer des trous dans l’hyper-espace, en créant un portail entre deux lieux distincts du décor.

 

Ca permet évidemment de passer certains obstacles directement, mais aussi de faire plein de choses amusantes permettant de passer chacun des 19 tableaux.

Le moyen le plus simple, le plus rapide et le (presque) moins cher de vous le procurer est d’utiliser la plateforme Steam.

Powder Game

Powder Game est un petit « jeu » en ligne un peu dans la ligne de Line Rider : il n’y a pas vraiment de but mais on s’amuse beaucoup et on peut imaginer faire quelque chose de joli.

Dans Powder Game, on dispose du sable, de l’eau, de la poudre explosive, du feu et d’autres ingrédients sur le plan de jeu, et tout interagit selon les lois de la physique en général et de la mécanique des fluides en particulier.

On ne trouve pas encore beaucoup de démonstrations spectaculaires, ça viendra, mais en voici une pour vous faire une idée :

Source : article sur Fun-Motion (en anglais)

Progrès en mécanique des fluides

La mécanique des fluides est l’un des domaines de la physique classique les plus difficiles, et des plus utiles.

Utile parce que l’écoulement d’un fluide intervient dans de très nombreuses applications de l’ingénierie, par exemple:

• pour créer la force de portance qui soulève les avions et certains bateaux
• dans le refroidissement des circuits électroniques avec des ventilateurs et des radiateurs
• dans les prévisions météo
• dans les problèmes de tuyauterie, etc etc.

Difficile parce que les équations de Navier-Stokes qui permettent de calculer le mouvement des fluides sont relativement simples à écrire, mais qu’on ne savait pas les résoudre sans faire faire énormément de calculs à de gros ordinateurs jusqu’à il y peu. Ce qu’il y a de nouveau récemment, c’est que:

1. La puissance des PC actuels permet désormais de simuler des fluides en temps réel en 2 dimensions.
   Après l’excellent petit jeu « The Odyssey : Winds of Athena » qui m’avait déjà étonné, Liquid Studios présente sa technologie « Splash » par une vidéo spectaculaire, surtout après la 1ère minute:
   
   voir aussi cette les vidéos sur cette page
2. Keenan Crane a écrit un solveur des équations Navier-Stokes 3D tournant entièrement sur le GPU (voir « GPUs et physique« ), permettant de réaliser des animations réalistes, basées sur la physique, d’eau et de fumée en temps réel !
   

   
   cliquer sur l’image pour une vidéo (8.7 Mb )

3. Penny Smith, une mathématicienne géniale pourrait bien avoir gagné 1 million de dollars en ayant résolu l’un des « problèmes du millénaire » : trouver une solution aux équations de Navier-Stokes ! Si quelqu’un parvient à corriger ou contourner des erreurs trouvées dans des résultats précédents sur lesquelles elle s’est basée, on pourrait bientôt voir apparaitre de nouvelles méthodes de calcul beaucoup plus rapides. Voir:
   • Navier-Stokes: Another Historic Problem Solved!? sur « Good Math, Bad Math »
   • Smith’s Work on the Navier-Stokes Equation : A Description for Mathematicians, très technique mais qui décrit les difficultés rencontrées lors de la vérification des résultats de Mme Smith.