Courte liste des techniques de rendu utilisées dans les jeux AAA modernes

Par Oleg Sidorkin, CTO et cofondateur de Cinevva

Si vous examinez le pipeline de rendu d’un jeu AAA de 2026, vous constaterez que l’essentiel repose sur un petit ensemble de techniques employées par de nombreux studios. Les noms changent selon les moteurs, mais les principes restent les mêmes. Voici une courte liste des techniques qui font réellement le travail à l’écran, accompagnées d’une illustration et de quelques références techniques approfondies pour chacune.

1. Rendu physiquement réaliste (PBR)

Les matériaux sont décrits par des textures d’albédo, de rugosité, de métallicité, de normales et d’occlusion ambiante, puis éclairés par des shaders qui respectent la conservation de l’énergie (réflexion spéculaire de Cook-Torrance, réflexion diffuse de Lambert ou de Disney). C’est la base sur laquelle repose tout moteur AAA moderne. Si une surface conserve un aspect cohérent sous la lumière du soleil, d’une lampe ou d’une lampe torche, c’est grâce au PBR.

Pour aller plus loin :

• Burley, Ombrage physiquement réaliste chez Disney (notes du cours à l’origine de la « BRDF Disney », SIGGRAPH 2012).
• Karis, Ombrage réaliste dans Unreal Engine 4 (SIGGRAPH 2013, la présentation de référence sur le PBR d’UE4).
• Lagarde et de Rousiers, Migration de Frostbite vers le rendu physiquement réaliste 3.0 (SIGGRAPH 2014, pipeline complet de Frostbite).
• Real-Time Rendering, 4e édition, chapitre 9 (l’ouvrage de référence).

2. Ombrage différé et par tampon de visibilité

La géométrie écrit d’abord ses attributs (normales, identifiants de matériaux, profondeur) dans un G-buffer ou un tampon de visibilité. L’éclairage est ensuite calculé lors d’une passe plein écran qui lit ces tampons et applique l’ombrage une seule fois à chaque pixel. Les tampons de visibilité, utilisés par Nanite et des systèmes similaires, vont plus loin en ne stockant que les identifiants des triangles, puis en déterminant ultérieurement les paramètres des matériaux pour chaque pixel. Le coût du surdessin reste ainsi faible, même avec une géométrie dense.

Pour aller plus loin :

• Engel, Ombrage différé (NVIDIA, la présentation fondatrice).
• Burns et Hunt, Le tampon de visibilité : une approche de l’ombrage différé optimisée pour le cache (JCGT 2013, l’article à l’origine du tampon de visibilité).
• Wihlidal, « Optimisation du pipeline graphique avec le calcul générique » (GDC 2016, pipeline différé de Frostbite fondé sur le calcul générique).
• Karis, Stubbe, Wihlidal, Analyse approfondie de la géométrie virtualisée Nanite (SIGGRAPH 2021, avec une présentation détaillée du tampon de visibilité de Nanite).

3. Géométrie virtualisée (de type Nanite)

Les maillages sont précalculés sous forme d’une hiérarchie de groupes. À l’exécution, le GPU charge et sélectionne les groupes à la résolution correspondant à chaque pixel, ce qui permet d’obtenir des détails d’une précision inférieure au pixel sans créer manuellement de niveaux de détail. Nanite d’Unreal en est l’exemple le plus connu. D’autres moteurs proposent désormais leurs propres variantes. En pratique, cela permet d’utiliser en temps réel des ressources de qualité cinématographique sans avoir à créer de LOD.

Pour aller plus loin :

• Karis, Stubbe, Wihlidal, Analyse approfondie de la géométrie virtualisée Nanite (SIGGRAPH 2021).
• Brian Karis, Présentation de Nanite à la GDC 2021 (une présentation vidéo accessible).
• Liktor, Architecture du pipeline de rendu géométrique chez Activision (rendu fondé sur des groupes, 2021).
• Schied et al., Filtrage guidé par la variance spatio-temporelle (techniques apparentées d’élimination des groupes non visibles).

4. Lancer de rayons en temps réel pour les ombres, les reflets et l’occlusion ambiante

Le lancer de rayons matériel (DXR, Vulkan RT) projette des rayons d’ombre, des rayons de réflexion miroir ou brillante et des rayons d’occlusion ambiante dans un BVH construit à chaque image. Même quelques rayons par pixel surpassent les techniques en espace écran, notamment pour les reflets hors écran et les ombres de contact. La plupart des jeux l’emploient de manière ciblée plutôt que pour tout le rendu.

Pour aller plus loin :

• Microsoft, Spécification fonctionnelle de DirectX Raytracing (DXR) (la référence de l’API).
• Wyman, Introduction à DirectX Raytracing (notes du cours SIGGRAPH, très accessibles).
• Boksansky et Marrs, Ray Tracing Gems II, chapitres 17 à 19 (PDF gratuit consacré aux techniques DXR modernes).
• Stachowiak, Réflexions stochastiques en espace écran (Frostbite, le lien entre SSR et lancer de rayons).

5. Lancer de rayons logiciel (de type Lumen)

Tous les joueurs ne possèdent pas de carte RTX. Les moteurs proposent donc aussi des solutions de secours fondées sur les champs de distance ou les caches de surfaces. Lumen d’Unreal, par exemple, lance des rayons dans des champs de distance signés et des caches de surfaces pour calculer à faible coût l’illumination globale diffuse, et ne passe aux rayons matériels que lorsque cela s’avère nécessaire. C’est ainsi que les jeux AAA obtiennent sur consoles un rendu qui évoque le lancer de rayons.

Pour aller plus loin :

• Wright et al., Lumen : illumination globale en temps réel dans Unreal Engine 5 (SIGGRAPH 2022, l’article sur Lumen).
• Epic Games, Détails techniques de Lumen (documentation officielle du moteur).
• Wright, Mise en cache de la radiance pour l’illumination globale en temps réel (SIGGRAPH 2021).
• Wright, Présentation de Lumen à la GDC 2022 (version vidéo).

6. ReSTIR et échantillonnage par réservoirs

Pour calculer l’éclairage direct et indirect provenant de milliers de sources lumineuses, ReSTIR (Reservoir Spatio-Temporal Importance Resampling, ou rééchantillonnage d’importance spatio-temporel par réservoirs) réutilise les échantillons lumineux entre les pixels et les images. C’est ainsi que des jeux comme Cyberpunk 2077 avec Path Tracing maintiennent un faible niveau de bruit avec seulement un ou deux rayons par pixel. Cette technique devrait apparaître dans davantage de moteurs à mesure que le path tracing s’impose comme objectif pour le haut de gamme.

Pour aller plus loin :

• Bitterli et al., Rééchantillonnage spatio-temporel par réservoirs pour le lancer de rayons en temps réel avec éclairage direct dynamique (SIGGRAPH 2020, l’article à l’origine de ReSTIR).
• Ouyang et al., ReSTIR GI : rééchantillonnage des trajets pour le path tracing en temps réel (HPG 2021, ReSTIR pour l’illumination indirecte).
• Lin et al., Échantillonnage d’importance rééchantillonné généralisé (SIGGRAPH 2022, les fondements mathématiques).
• NVIDIA, Analyse technique approfondie du path tracing de Cyberpunk 2077 (blog d’ingénierie).

7. Nuages, brouillard et atmosphère volumétriques

Le rendu du ciel est obtenu par parcours de rayons à travers des volumes de bruit et de densité 3D. L’atmosphère utilise des tables de diffusion précalculées, à la manière de Bruneton, pour gérer les transitions du soleil et de la lune. Le brouillard repose sur une grille de froxels, comparable à une texture 3D alignée sur le tronc de vision, qui capture l’éclairage local. Ensemble, ces techniques permettent de traiter la météo comme un véritable système plutôt que comme une simple skybox.

Pour aller plus loin :

• Schneider, Les paysages nuageux volumétriques en temps réel de Horizon Zero Dawn (SIGGRAPH 2015, la référence incontournable sur les nuages).
• Hillaire, Une technique évolutive et prête pour la production de rendu du ciel et de l’atmosphère (EGSR 2020, le successeur moderne de Bruneton utilisé dans UE5).
• Wronski, Brouillard volumétrique : une solution unifiée fondée sur des compute shaders pour la diffusion atmosphérique (SIGGRAPH 2014, brouillard en froxels d’Assassin’s Creed 4).
• Hillaire, Rendu volumétrique physiquement réaliste et unifié dans Frostbite (SIGGRAPH 2015).

8. Cartes d’ombres en cascades et cartes d’ombres virtuelles

Pour les ombres du soleil, les cartes d’ombres en cascades divisent le tronc de vision en plusieurs plages et effectuent le rendu de chacune à une résolution adaptée. Les cartes d’ombres virtuelles vont plus loin : une unique carte d’ombres gigantesque est divisée en pages, et seules les pages visibles par la caméra sont rendues. C’est ainsi que les jeux AAA conservent des ombres nettes près du joueur sans consommer une quantité démesurée de mémoire.

Pour aller plus loin :

• Dimitrov, Cartes d’ombres en cascades (livre blanc de NVIDIA, la référence standard).
• Microsoft, Techniques courantes pour améliorer les cartes de profondeur des ombres (documentation DirectX).
• Wright, Cartes d’ombres virtuelles dans le chapitre 4 de Fortnite Battle Royale (SIGGRAPH 2023, la présentation des VSM d’UE5).
• Epic Games, Documentation sur les cartes d’ombres virtuelles.

9. Effets en espace écran (SSAO, SSR, SSGI, SSSSS)

La lecture à faible coût des tampons de profondeur et de normales permet d’obtenir l’occlusion ambiante (SSAO), les reflets (SSR), l’illumination globale à un rebond (SSGI) et la diffusion sous la surface de la peau (SSSSS). Ces techniques ne peuvent pas reproduire les détails hors écran, raison pour laquelle le lancer de rayons les remplace progressivement, mais elles restent omniprésentes en tant que solution de base rapide.

Pour aller plus loin :

• Mittring, À la recherche de la nouvelle génération : CryENGINE 2 (SIGGRAPH 2007, l’article à l’origine du SSAO).
• McGuire et al., Obscurance ambiante évolutive (HPG 2012, SSAO moderne).
• Stachowiak et Uludag, Réflexions stochastiques en espace écran (Frostbite, la référence sur le SSR).
• Jimenez, Diffusion sous la surface séparable (la technique utilisée pour la peau dans la plupart des moteurs AAA).
• Mara et al., Espace écran profond (Activision, une technique de la famille SSGI).

10. Anticrénelage temporel et mise à l’échelle par machine learning (DLSS, FSR, XeSS)

L’image est rendue à une résolution interne inférieure, puis reconstruite à l’aide des vecteurs de mouvement, de la profondeur et des images précédentes. Les systèmes de mise à l’échelle fondés sur le machine learning (DLSS 3/4, FSR 3, XeSS) y ajoutent la génération d’images, qui interpole des images intermédiaires à partir du flux optique. La plupart des jeux AAA sont désormais conçus en partant du principe qu’un système de mise à l’échelle sera activé, ce qui modifie la manière de répartir le budget de rendu du reste de l’image.

Analyses approfondies : - Karis, [Suréchantillonnage temporel de haute qualité](http://advances.realtimerendering.com/s2014/index.html#_HIGH-QUALITY_TEMPORAL_SUPERSAMPLING) (SIGGRAPH 2014, la présentation de référence sur le TAA). - Salvi, [Une exploration du suréchantillonnage temporel](https://research.nvidia.com/sites/default/files/pubs/2016-03_An-Excursion-in/dlss_DTAA-2-2.pdf) (NVIDIA, sur la voie menant au DLSS). - Edelsten, [Véritablement nouvelle génération : intégrer l'apprentissage profond aux jeux et aux graphismes](https://www.gdcvault.com/play/1026184/) (GDC 2019, architecture du DLSS). - AMD, [Détails techniques de FidelityFX Super Resolution 3](https://gpuopen.com/fidelityfx-super-resolution-3/) et Intel, [Article technique sur XeSS](https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/intel-xess-technical-paper.html).

11. Rendu piloté par le GPU et mesh shaders

L'élimination des objets invisibles, la sélection du niveau de détail et la soumission des appels de rendu s'exécutent entièrement sur le GPU. Les mesh shaders remplacent le pipeline de sommets, de géométrie et de tessellation par une étape plus flexible, comparable à un shader de calcul, qui produit des meshlets. Associée aux appels de rendu indirects multiples, cette approche écarte totalement le CPU de la boucle critique par objet.

Analyses approfondies :

• Haar et Aaltonen, Pipelines de rendu pilotés par le GPU (SIGGRAPH 2015, la présentation fondatrice sur Assassin's Creed Unity).
• Wihlidal, Optimiser le pipeline graphique avec le calcul GPU (GDC 2016, élimination pilotée par le GPU dans Frostbite).
• Kubisch, Introduction aux mesh shaders de Turing (NVIDIA, l'introduction de référence aux mesh shaders).
• Pesce, Tour d'horizon des mesh shaders (ainsi que des blogs d'ingénierie similaires rassemblés dans les analyses RenderDoc d'Adrian Courrèges).

12. Rendu des cheveux, des tissus et de la peau

Les cheveux utilisent un ombrage anisotrope de type Marschner avec une géométrie à base de mèches (NVIDIA HairWorks, AMD TressFX ou des systèmes natifs du moteur). Les tissus sont simulés sur le GPU à l'aide d'une dynamique basée sur les positions, puis rendus avec une composante spéculaire anisotrope. La peau utilise une diffusion sous-surface en espace écran, complétée par un éclairage enveloppant préintégré. C'est généralement sur ces trois éléments que l'écart de budget entre une production AAA et un jeu indépendant saute aux yeux.

Analyses approfondies :

• Marschner et al., Diffusion de la lumière par les fibres capillaires humaines (SIGGRAPH 2003, le modèle fondateur pour les cheveux).
• Chiang et al., Un modèle pratique et contrôlable de cheveux et de fourrure pour le path tracing en production (Disney 2016, largement utilisé dans les approximations en temps réel).
• Müller et al., Dynamique basée sur les positions (la référence standard pour la simulation de tissus).
• Jimenez et al., Diffusion sous-surface séparable et Translucidité réaliste de la peau en temps réel.

13. Décalcomanies, texturation virtuelle et superposition de matériaux

La variation des surfaces provient de décalcomanies superposées — impacts de balles, saleté, sang et crasse — projetées sur le tampon de profondeur, ainsi que de textures virtuelles qui chargent les détails haute résolution juste à temps. La superposition de matériaux mélange plusieurs ensembles PBR par pixel à l'aide de masques et d'une projection triplanaire, ce qui permet à un seul rocher d'en évoquer cinq différents.

Analyses approfondies :

• Pranckevičius, Décalcomanies différées et articles suivants (la série de billets classique d'Aras).
• Mittring, La technologie derrière la « démo Elemental d'Unreal Engine 4 » (SIGGRAPH 2012, avec des détails sur la texturation virtuelle).
• van Waveren, Les défis d'id Tech 5 : de la virtualisation des textures au parallélisme massif (SIGGRAPH 2009, la présentation sur MegaTexture).
• Williams, Superposition de matériaux dans The Order: 1886 (GDC 2014, matériaux PBR superposés).

14. Transparence indépendante de l'ordre

Les cheveux, le feuillage, les particules et le verre ne peuvent pas être triés proprement. Les moteurs AAA utilisent des techniques comme l'OIT pondérée et fusionnée, l'épluchage de profondeur ou les listes chaînées par pixel pour les rendre correctement sans étape de tri sur le CPU. Dans une scène riche en végétation, c'est discrètement l'une des parties les plus coûteuses d'une image.

Analyses approfondies :

• McGuire et Bavoil, Transparence indépendante de l'ordre par fusion pondérée (JCGT 2013, l'article sur la WBOIT).
• Bavoil et Myers, Transparence indépendante de l'ordre avec épluchage de profondeur double (livre blanc de NVIDIA).
• Yang et al., Construction simultanée de listes chaînées en temps réel sur le GPU (la référence sur les listes chaînées par pixel).
• Wyman, Exploration et extension du continuum des algorithmes d'OIT (HPG 2016, étude comparative).

15. Cache neuronal de radiance et débruiteurs par apprentissage automatique

La couche la plus récente. Le cache neuronal de radiance de NVIDIA apprend l'éclairage indirect de chaque scène et l'interroge au lieu de lancer davantage de rayons. Les débruiteurs par apprentissage automatique — OptiX, Intel Open Image Denoise ou solutions internes personnalisées — nettoient en quelques millisecondes les signaux épars issus du lancer de rayons. Cette catégorie devrait progresser rapidement au cours des deux prochaines années.

Analyses approfondies :

• Müller et al., Cache neuronal de radiance en temps réel pour le path tracing (SIGGRAPH 2021, l'article sur le NRC).
• Schied et al., Filtrage spatio-temporel guidé par la variance : reconstruction en temps réel de l'illumination globale calculée par path tracing (HPG 2017, SVGF).
• Chaitanya et al., Reconstruction interactive de séquences d'images de Monte-Carlo à l'aide d'un autoencodeur récurrent de débruitage (SIGGRAPH 2017, le premier débruiteur récurrent par apprentissage automatique).
• Intel, Documentation d'Open Image Denoise (débruiteur de production open source).

Ce que cela implique pour le navigateur

Nous avons déployé plusieurs de ces techniques en WebGPU dans notre moteur de monde ouvert pour navigateur. Les cascades de cartes d'ombres, l'instanciation pilotée par le GPU, le PBR triplanaire, le brouillard en espace écran et le terrain virtualisé basé sur des clipmaps fonctionnent tous à 120 images par seconde dans un onglet. Le reste — lancer de rayons matériel, mesh shaders et mise à l'échelle par apprentissage automatique — arrivera sur le Web à mesure que la spécification WebGPU évoluera. Pour aller plus loin, consultez nos guides sur les technologies de mondes ouverts dans le navigateur et la génération de paysages.

Pour approfondir l'ensemble de la chaîne

Si vous ne devez lire qu'un seul livre, Real-Time Rendering, 4e édition est la référence incontournable couvrant la plupart des sujets ci-dessus. Pour suivre les recherches en cours, les archives du cours SIGGRAPH « Advances in Real-Time Rendering in Games » (advances.realtimerendering.com) proposent gratuitement les PDF d'analyses approfondies de moteurs AAA remontant à 2006. Pour des analyses de production expliquant comment des jeux précis rendent chaque image, les articles de profilage GPU d'Adrian Courrèges sont incontournables.