Nous avons vu avec l'effet Glow, l'existence d'un halo lumineux diffus autour des sources de lumière, pourvu que celles-ci soient suffisamment puissante et le milieu ambiant soit suffisamment dense. Il existe un cas où un tel halo va être généré. Lorsqu'une surface très réfléchissante comme du chrome reçoit une très grande quantité de lumière elle va réagir comme si elle devenait elle-même une source de lumière et un halo diffus va se former. Cet effet est nommé Bloom.

Un des premiers jeux qui bénéficiera de l'effet Bloom sera Serious Sam 2 (un nouvel opus de la série des Serious Sam), si on en croit le site de l'équipe Croteam qui conçoit le jeu. Cette fonctionnalité fait partie des spécifications du moteur 3D, Serious Engine 2 exploitant entre autre les pixel shader 2.0.

Explication physique :
Lorsque la lumière rencontre une surface quatre phénomènes peuvent se produire.

• La lumière est entièrement réfléchie (miroir)
• La lumière traverse la surface (transparence)
• La lumière est totalement absorbée
• La lumière est diffusée.

C'est ce dernier cas qui nous intéresse. Lorsque la lumière vient en contact de ce type de surface, elle va être renvoyée dans toutes les directions. On peut voir sur la photo ci-dessous un halo de diffusion se former. En même temps là où à lieu le point de rencontre entre la lumière et la surface, on peut voir une petite zone extrêmement lumineuse comme le ferait une source lumineuse.C'est ce phénomène qui produit un éblouissement, chose que vous devriez pouvoir facilement observer sur les voitures avec le retour du soleil en cette fin de mars :).bon évidemment les choses peuvent se compliquer. Par exemple la transparence du verre dépend de l'angle d'incidence de la lumière. Ainsi il est possible d'être ébloui par une vitre parfaitement transparente. Toutefois je ne crois pas que pour les jeux 3D temps réel cet effet pour les vitres soit à l'ordre du jour.

Si vous avez des suggestions à faire pour améliorer cet article n'hésitez pas :). Vous trouverez dans le lien ci-dessous d'intéressantes informations sur la propagation et la transmission de la lumière.

Il est devenu de plus en plus rare de voir apparaître de nouvelles techniques d'optimisation s'adressant à toute une classe de problèmes et pouvant permettre d'avancer sur des problèmes connus depuis 20 ou 30 ans. En ce sens la technique d'optimisation que je vais vous présenter mérite toute votre attention. Elle se nomme D-loop pour double-loop ou en bon français double boucle. Elle consiste à optimiser l'exécution de boucles contenant au moins une condition de branchement différente de celle de la condition de la boucle elle-même, les gains pouvant aller jusqu'à 50% !

L'article qui suit vous expliquera tout ce qui est nécessaire pour mettre en oeuvre la technique d-loop et comprendre mathématiquement comment et pourquoi ça fonctionne.

Il existe de nombreux effets visuels créés en informatique 3D, pour tenter de produire des images réalistes. Ces effets sont généralement bien connus des gens qui manipulent des logiciels haut de gamme d'animation 3D, comme Lightwave. Toutefois avec l'apparition de processeurs graphiques de plus en plus évolués (pixel shader 2.0 et plus) et de plus en plus puissants, ces effets vont commencer à voir le jour dans des logiciels d'animation temps réel pour le grand public, et donc dans les jeux.

L'effet glow que je présente aujourd'hui consiste à créer un halo lumineux autour d'une source de lumière. Ca c'est dans le cadre d'animation 3D. Mais l'effet glow est plus connu par les dessinateurs 2D et depuis plus longtemps pour mettre en valeur des objets et en particulier des lettres avec l'effet néon (lampe à néon).L'un des premiers jeux à avoir généralisé cet effet est : Jedi Knight : Jedi Academy dont voici quelques screenshots avec et sans effet glow.

    
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Notes : L'option qui permet de gérer le glow dans le jeu se nomme 'dynamic glow'. Le terme de dynamic correspond à la gestion des variations de la source lumineuse ce qui se produit par exemple dans le cadre d'un feu où les flammes n'ont pas toujours la même hauteur. Les possesseurs de cartes ATI doivent télécharger le patch 1.01 pour que cette option soit fonctionnelle.

L'effet glow est présent à chaque source lumineuse, lampe de sol, flambeau, sabre laser, tuyautière de vaisseau, ... Il améliore légèrement l'ambiance générale de ces jeux en donnant une impression de réalisme accru. Mais qui dit réalisme dit réalité et la question qui se pose alors est qu'est-ce qui dans la réalité produit cet effet de halo autour d'une source lumineuse ?

La physique de l'effet Glow (Maj : 25/03/2004)
Dans la première version j'avais donné une explication qui n'était pas satisfaisante. De plus expliquer l'effet Glow dans le brouillard ou sur la photo du laser ci-dessous impliquait des raisonnements un peu tortueux. Le déclic se fit en deux temps le premier lorsqu'un lecteur me fit remarquer que je ne parlais pas de l'effet de diffusion et un autre qu'un faisceau laser dans les boites de nuit ne peut se voir que dans un nuage de fumée. Je vais partir de ce dernier exemple pour donner l'explication physique du Glow, puis je ferais quelques extrapolations dans d'autres cas pratiques pour voir si elle tient la route.

Pourquoi ne peut-on voir le faisceau d'un laser ? Un laser émet un faisceau dont tous les photons ont la même direction. Or pour que nos yeux percoivent un phénomène lumineux, il est nécessaire que des photons de ce phénomène excitent notre rétine. Avec une lumière uni-directionnelle, impossible de voir un faisceau laser à moins de le pointer directement dans ses yeux (ATTENTION : A ne JAMAIS faire sous risque de perte visuelle définitive !!!). Pour voir un faisceau laser il faut que la densité de photons soit suffisamment importante de même que le milieu dans lequel se déplacent les photons. Pour de petits lasers de faible puissance comme ceux des boites de nuit il faut de la fumée, pour des lasers de labo l'air ambiant peut être suffisant.

Pourquoi y a-t-il un effet Glow autour du laser ci-dessus ? Il y a un phénomène de diffusion, c'est-à-dire qu'une partie des photons émis par le laser vont se heurter aux atomes d'azote et d'oxygène qui composent l'air. Lorsqu'un atome reçoit un photon son équilibre énergétique est modifié. Les atomes recherchent avant tout l'équilibre et vont se dépêcher de réémettre un photon pour dégager le surplus d'énergie reçu. Mais la réémission d'un photon ne se fait pas nécessairement dans la même direction que le photon reçu. En fait elle se fait dans toutes les directions possibles. On dit que l'air est un milieu anisotropique c'est-à-dire qui ne privilégie pas une direction particulière. De fait il va y avoir des photons qui auront pour direction nos yeux. La diffusion explique donc qu'on peut voir le rayon laser et l'effet Glow.

Mais pourquoi l'effet Glow correspond-il à un dégradé lumineux ? La distance qui sépare deux atomes dans l'air par exemple est assez importante au regard de la taille des atomes. Pour qu'un photon ait la chance de heurter un atome pour être renvoyé dans une autre direction, il faut une très grande quantité de photons. Si les photons sont assez nombreux, les atomes les plus proches de la source vont en recevoir une grande quantité. S'ils en reçoivent assez ils vont eux-mêmes devenir des sources lumineuses ponctuelles, c'est-à-dire que les photons qu'ils réémettront auront toutes les chances d'heurter d'autres atomes. Il y a en fait un effet boule de neige, et un atome qui devient lui-même une source de lumière peut transformer d'autres atomes en source lumineuse si la quantité de photons est très importante. Maintenant s'il y a un dégradé dans l'effet Glow il s'arrête aussi brusquement au-delà d'une certaine distance. C'est parce qu'il y a un seuil de réception pour les yeux. Pour devenir une source lumineuse il ne suffit pas qu'un atome renvoie des photons vers nos yeux il faut aussi qu'il en renvoie suffisamment. Il y a donc un seuil. L'effet de diffusion se poursuit bien. Un atome renvoie des photons sur un atome qui renvoit des photons, etc ... mais au-delà d'un certain seuil, les photons envoyés à nos yeux ne sont plus suffisants même si l'effet de diffusion continue, d'où l'arrêt assez brusque de l'effet visuel Glow.

L'effet de diffusion explique qu'on ne peut pas voir de lumière dans l'espace sauf si les photons se dirigent vers nos yeux. Ainsi les combats au laser de vaisseaux spatiaux dans l'espace n'auraient rien de bien artistique. On ne verrait pas les faisceaux laser. A la question d'un effet Glow à la sortie des tuyautières d'un vaisseau, cela dépend. S'il s'agit d'atomes (hydrogène, hélium, ...) rejetés par les moteurs, on a toutes les chances d'avoir une diffusion, mais s'il s'agit uniquement d'un rejet de photons (moteur photonique ? ;)) alors on ne risque pas d'avoir un effet de diffusion. Dernière question, pourquoi l'effet Glow est-il si important lors de brouillard (feu de voiture par exemple) ? C'est du à l'existence de très fines gouttes d'eau qui densifient l'air et favorisent le phénomène de diffusion. Plus le milieu est dense pour un nombre de photons donné, plus la diffusion sera importante et donc étendra l'effet Glow. Dans le jeu paint Killer, il existe des effets Glow important car l'ambiance générale est assez brumeuse.

Voilà, c'est le premier mini-article d'une petite série consacrée aux effets visuels. Il y en a déjà deux autres prévus où j'aborderai des problèmes de réflexion ou encore d'optique. Evidemment dans la bonne tradition d'Onversity on parlera d'informatique avec un zeste de physique.

Avec l'arrivée du Raptor de Western Digital, premier disque dur grand public 10000 trs/min et faible temps d'accès, on s'attendait à une réaction de la concurrence (Maxtor, Hitachi, Seagate) sur ce même créneau. En ce mois de février la réaction a commencé à avoir lieu, mais pas sur le créneau attendu à savoir des concurrents directs du Raptor. Seagate a annoncé un disque dur SCSI 10000 trs/min, le Savvio, mais en 2"1/2 et Hitachi, un UltraStar 10000 trs/min SCSI de 300 Go de capacité ! En fait si on y regarde de plus près, chacun de ces disques durs : Raptor, UltraStar et Savvio répondent à des besoins spécifiques qui n'avaient pas trouvé d'écho chez les constructeurs jusqu'à présent. C'est ce que nous allons voir dans le détail dans ce mini-article.

Raptor de Western Digital :

Le Raptor est un disque dur à l'interface SATA. Il est décliné en deux versions le Raptor I disposant de 36 Go et le Raptor II disposant de 74 Go de capacité. Ce dernier dispose en plus de quelques améliorations en termes de temps d'accès. Mais la différence essentielle se situe avant tout dans le nombre de plateaux, un plateau pour le Raptor I et deux plateaux pour le Raptor II. En fait d'un point de vue mécanique les Raptor I et II sont très proches et en termes magnétique de même type, c'est-à-dire que la densité d'informations au cm² est la même. Sachant que le Raptor I a déjà 18 mois on peut considérer que leur densité n'est pas celle d'une nouvelle génération, elle commence même à dater. Il faut donc s'attendre à une nouvelle série de Raptor pour 2004 disposant de capacité plus importante mais avec toujours le même nombre de plateaux.

Pourquoi 2 plateaux au maximum sur les Raptor ? En fait la base mécanique et magnétique des Raptor est de même type que celle utilisée pour les disques durs SCSI, seule l'interface change vraiment. Or le prix d'une telle mécanique est élevée. Même si les Raptor s'adressent à des utilisateurs ayant un besoin de bonnes performances, ils n'en restent pas moins des disques durs grand public et de fait se devant de rester en deça d'une certaine barrière de prix. Cela implique que nous ne verrons jamais de Raptor avec 5 plateaux comme c'est le cas pour les disques durs SCSI.

L'évolution des Raptor est déterminée par deux facteurs. Pour la capacité par le prix de revient. La seule manière d'augmenter les capacités sans toucher au prix est d'augmenter la densité magnétique de stockage des informations. Pour les performances par l'interface SATA. Effectivement les constructeurs ont une sorte de règle tacite qui dit que le débit maximum d'un disque dur * 2 ne doit pas dépasser les capacités de l'interface. Or avec ses 70 Mo/s de débit soit 140 Mo/s pour deux disques, on est déjà aux limites pratiques de l'interface SATA. Pour ces deux raisons, économique et de performance Western Digital ne touchera ni au temps d'accès des Raptor, ni à leur vitesse de rotation. Les Raptor ont deux talons d'achille, leur capacité assez faible au regard du marché sur lequel ils sont. Même si ce sont des disques très performants il n'en reste pas moins des disques durs SATA et un disque dur SATA classique de 80 Go coûte près de 200€ de moins ! Le second talon d'achille est leur prix. Deux possibilités s'offrent à Western Digital. Continuer de proposer le Raptor II avec les mêmes capacités mais à un prix plus bas (200€ au lieu des 300€ généralement pratiqué) ou conserver le même prix mais en augmentant les capacités. Une baisse de prix même légère apporterait un regain d'intérêt pour ce disque dur, mais comme il ne possède pas de concurrence directe (il n'existe pas d'autres disques durs SATA aussi performants) Western ne changera pas de suite son prix, mais je pense que ce n'est que partie remise. Il reste donc l'augmentation de densité. Bref quelque soit le raisonnement adopté on en revient toujours à l'augmentation de densité d'information. Cela aura pour conséquence non seulement d'augmenter les capacités de stockage des Raptor mais aussi légèrement leurs performances.

Savvio de Seagate :

La particularité du Savvio est son format 2"1/2. Mais à quoi ça sert ? A diminuer la consommation électrique et l'encombrement. Mais comment ? Pour l'encombrement ça se comprend facilement. Plus c'est petit moins ça prend de place, mais pour la consommation ? En réduisant la taille des plateaux on réduit leur masse, ce qui implique la force motrice nécessaire pour assurer leur rotation. Ceci concerne le premier moteur d'un disque dur. Le second moteur s'occupe du déplacement des bras. Le rayon des plateaux étant plus petit, la taille des bras de lecture l'est aussi permettant de réduire la masse et donc la force motrice nécessaire pour les mettre en mouvement. On remarquera aussi que le Savvio n'est équipé au plus que de deux plateaux (apparement). Cela va dans le même sens que la réduction de consommation d'énergie. A chaque plateau correspond une tête de lecture. Chaque tête est montée sur un bras et les bras reliés dans un ensemble nommé peigne. Pour accéder à une information il faut déplacer l'ensemble du peigne. Donc moins de plateaux égal un peigne plus petit, donc moins lourd et donc nécessitant moins d'énergie pour être mis en mouvement.

Une conséquence intéressante du passage de 3"1/2 à 2"1/2 est la réduction de la taille des bras permettant une diminution du temps d'accès. Pourquoi ? Les têtes sont soit en accélération soit en décélération. Plus les bras ont une faible masse plus on peut les accélérer sans risque de déformation mécanique à terme, ni de surconsommation. Hypothèse que je prône depuis 1999 ;). La seconde raison est le contrôle d'arrêt avec la stabilisation des têtes de lecture pour faire une lecture / écriture correcte. La vitesse de contrôle de décélération dépend de l'inertie du peigne. Plus sa masse est faible, plus l'inertie est faible et donc son contrôle facile. Il est à noter que le très faible temps d'accès du Savvio lui assure d'excellentes performances en débit réel moyen. Par réel j'entends dans un cadre multitâche avec des applications réelles, pas des tests synthétiques.

A qui est destiné le Savvio ? Avant tout au rack d'un ou deux processeurs, leur faible encombrement et consommation associés à d'excellentes performances. Mais il existe un autre marché potentiel, celui des portables hautes performances. Effectivement ce marché continue à progresser de manière importante, et les exigences en termes de performances pour ce type de machine sont de plus en plus fortes. Or le disque dur reste l'un des maillons faibles des portables. Pouvoir proposer même en série limitée des portables équipés de Savvio répondrait à la demande de certains utilisateurs.

Pourrait-on envisager des immenses racks de disques durs composés de Savvio ? Non, car si le Savvio a un ratio performance / consommation excellent, celui de la capacité de stockage / consommation ne l'est pas. Le Savvio est donc bien destiné à être utilisé soit seul soit dans un petit système raid, mais pas plus. Pour cela il faut se tourner vers le nouveau Hitachi que nous allons voir à présent.

UltraStar d'Hitachi :

Hitachi vient de battre le record de capacité dans le domaine des disques durs haute performance. En fait il bat même sur leur terrain ce qui était depuis quelques années une chasse gardée des disques durs IDE à savoir les très hautes capacités de stockage. Il faut reconnaître que dans l'augmentation de densité au cm² Hitachi n'a pas fait dans la dentelle, c'est un doublement de l'ancienne génération qui disposait au mieux de 147 Go pour le même nombre de plateaux. Une telle augmentation de densité a une incidence directe sur les performances et en particulier sur le débit maximum qui atteint voire dépasse les 80 Mo/s et ce tout en restant à 100000 trs/min.

Il n'y a pas grand chose à ajouter sur les nouveaux UltraStar. Ils correspondent à des besoins de plus en plus accrus de capacité et de performance pour les grandes entreprises qui auront les moyens de les acheter. Par contre cette nouvelle famille de disques durs montre qu'il faudra encore compter sur le SCSI et que les constructeurs continueront à faire progresser les disques durs pour l'interface SCSI.

Conclusion
Chacun des disques présentés dans ce mini-article correspond à un marché et à un besoin précis. Ils ne sont ni en concurrence directe avec les disques et marchés existant, ni concurrents entre-eux. Si on excepte le Raptor qui est basé sur des disques SCSI d'ancienne génération, le Savvio et le nouvel Ultrastar appartiennent à une nouvelle génération de disques qui exploitent les avancées techniques dans la maîtrise des effets ferro-magnétiques.

Ceci étant dit, il y a deux grands absents pour cette analyse. Le premier est le constructeur Maxtor. Je ne vois pas trop quel nouveau marché pourrait attaquer Maxtor, ce qui signifie à mon sens que la prochaine génération de disque dur chez Maxtor, rajeunira la gamme existante mais entrera en concurrence directe avec au moins une des catégories de disque analysé dans ce mini-article. Lequel ? Je pencherais pour la Raptor. Maxtor est une société plus importante que Western Digital, elle a donc tout à fait les moyens de proposer un produit concurrent au Raptor avec des gains en termes de capacités (performances pas nécessairement) et un prix plus faible. Une petite guerre des prix sur ce segment de marché (SATA hautes performances) ne serait pas pour déplaire aux utilisateurs.

Le second absent c'est les disques durs 20000 trs/min. Personnellement je les attends pour 2004. Mais avec la sortie tout azimut de disques durs 10000 trs/min je commence à me poser des questions quant à la faisabilité de tels disques durs. Ce n'est pas tellement la partie mécanique qui semble poser problème, mais plutôt la force centrifuge à laquelle sont soumises les particules ferro-magnétiques à de telles vitesses de rotation. Pourtant les 20000 trs/min permettraient de faire un nouveau bond dans les temps d'accès et d'atteindre tranquillement des valeurs inférieures à 3 ms.

Je ne sais pas si en termes de vente le marché des disques durs se porte bien, mais en termes d'offres technologiques il n'a jamais été aussi en forme. Plus de choix, plus de performances, moins de consommation, moins de bruit, plus de capacités. Non, il n'y a pas à dire si vous ne trouvez pas votre bonheur, c'est que vous êtes vraiment un cas difficile pour les constructeurs ;).