Les voxels : opportunités et défis pour les créateurs de mondes virtuels

On entend souvent parler de mondes remplis de blocs, de constructions infinies et de paysages modulables à volonté. Vous vous dites peut-être que tout ça, c’est un peu fantaisiste ? Et pourtant, c’est un domaine en pleine expansion qui ne se limite pas qu’aux jeux vidéo. On va voir ça ensemble : bienvenue dans le monde des voxels (sans passer par la case « gros titre », promis). Accrochez-vous, ça risque d’être une longue aventure… mais une aventure passionnante.

Se plonger dans les fondements : c’est quoi, un voxel ?

Un voxel, c’est tout simplement l’équivalent 3D du pixel. Vous savez, le pixel, ce point de couleur qui compose vos images 2D ? Eh bien en 3D, on remplace ce petit point par un cube (ou un parallélépipède plus ou moins petit), et hop, on obtient la brique élémentaire du volume : un voxel. C’est top, non ? Mais attendez une minute… au-delà de l’aspect rigolo, c’est une véritable révolution pour représenter numériquement un espace complet.

Quand on affiche une image en 2D, chaque pixel stocke une information (généralement une couleur). En 3D, chaque voxel stocke lui aussi une info, mais elle peut être multiple : couleur, densité, température, type de matériau… En gros, c’est un petit morceau de monde, un mini-cube qui, mis bout à bout avec des milliards d’autres, forme des environnements entiers. C’est fascinant, mais c’est aussi assez gourmand en ressources (on y reviendra).

Pourquoi on adore (et craint un peu) ces petits cubes

On pourrait se demander : « D’accord, c’est mignon, mais pourquoi se casser la tête à tout modéliser en voxels ? ». La raison principale, c’est qu’ils permettent de créer des univers dynamiques et destructibles à souhait. On peut casser un bloc, en poser un autre, creuser toujours plus loin. Des mondes potentiellement infinis (ou presque) se dessinent, ce qui explique le succès de certains jeux très connus basés sur le principe du bloc. Le revers de la médaille, c’est que gérer ces innombrables cubes exige de puissants algorithmes d’optimisation et de gros moyens techniques (notamment en mémoire).

Pourquoi développer un jeu en voxel ?

C’est là que ça devient intéressant pour nous, développeurs ou passionnés de création de mondes virtuels. Le développement d’un jeu en voxel, c’est un peu le Graal pour qui veut offrir une liberté totale au joueur. Creuser dans le sol, bâtir des structures colossales ou même sculpter des montagnes… Tout devient possible (ou presque). C’est un concept qui séduit les joueurs en quête d’exploration et de créativité, d’où la popularité de ce type de sandbox.

On aime les voxels pour :

• La liberté de construction : un environnement 100 % modulable, c’est magique.
• L’aspect rétro-moderne : le look cubique plaît (avec un côté nostalgique façon pixel art, mais en 3D).
• Les possibilités de gameplay variées : survie, crafting, simulation, tout est envisageable.

Malgré tout, c’est pas si sûr que ce soit de tout repos : il faut gérer la physique, le rendu, la mémoire, et s’assurer que le jeu reste fluide. Mais pour les plus motivés, c’est un voyage dans la conception de véritables mondes.

Les étapes clés du développement d’un jeu en voxel

Vous vous demandez peut-être : « Ok, je vois l’intérêt, mais concrètement, on fait comment ? ». Entrons dans le vif du sujet. Développer un jeu en voxel, ça passe par plusieurs grandes étapes, que voici.

Choix du moteur ou de la technologie

Avant de plonger les mains dans la pâte, on se pose la question : « Vais-je utiliser un moteur de jeu existant ou développer mon propre moteur voxel ? ». Les deux options ont leurs avantages :

• Utiliser un moteur existant (comme Unity ou Godot, avec des plugins dédiés) : on profite de la communauté et des ressources déjà disponibles.
• Partir de zéro : plus de liberté, mais c’est méga long et plus complexe.

Pour un premier projet, c’est souvent malin de se tourner vers un moteur classique disposant d’outils voxel. Les plugins ou assets pour gérer les blocs et le rendu optimisé vous feront gagner un temps fou. Mais on ne va pas se mentir : même avec un moteur, il y a du boulot pour tout paramétrer.

Génération et gestion de la grille 3D

Une fois le cadre posé, on entre dans le cœur du sujet : la grille de voxels. Vous allez définir la taille de vos « chunks » (blocs de voxels regroupés) pour gérer le chargement et le déchargement à la volée. Il faut aussi décider quelles informations chaque voxel doit contenir : couleur, type de matériau, résistance, etc.

Ensuite, vient la question de la génération procédurale (si vous voulez un monde infini ou partiellement aléatoire). Les techniques comme Perlin noise, Simplex noise ou autres algorithmes de génération de terrain vous seront utiles. C’est top, non ? Mais c’est là qu’il faut être malin pour éviter de surcharger la mémoire. On ne génère souvent que ce qui est nécessaire à l’écran, plus quelques alentours pour éviter les ruptures visuelles quand on avance.

Rendu et optimisation

Afficher des milliards de cubes, c’est juste impossible en l’état. On doit donc recourir à des optimisations. Généralement, on va construire un maillage unique (un « mesh ») pour les parties visibles, plutôt que de dessiner chaque petite brique. Cette technique consiste à créer des surfaces là où elles sont exposées à l’air, et à supprimer tout ce qui est caché dans le sol ou derrière d’autres blocs. On appelle ça le culling (ou occlusion culling), et c’est super efficace.

D’autres optimisations incluent :

• Légère simplification des formes quand on s’éloigne (Level of Detail).
• Découpage du monde en « chunks » pour n’actualiser que les zones modifiées.
• Stockage intelligent des données (utiliser des structures de données compactes).

Intégration du gameplay et des mécaniques

C’est bien beau d’avoir un joli décor cubique, mais il faut du fun ! Vous allez devoir implémenter toutes les mécaniques de votre jeu : gestion de l’inventaire, interaction avec le monde (poser, casser, creuser), intelligence artificielle des créatures, quêtes ou objectifs, etc. C’est un travail d’équilibrage continu : vous voulez proposer suffisamment de fonctionnalités pour ne pas lasser le joueur, sans trop le noyer dans des systèmes complexes.

C’est là où la question du « pourquoi en faire un voxel ? » revient sur le tapis. Les voxels permettent une grande destructibilité, donc pensez à exploiter cette caractéristique. Introduisez des univers évolutifs (avec des créatures qui creusent, des événements géologiques, que sais-je encore⁽¹⁾) pour donner toute sa saveur à votre monde.

⁽¹⁾ (Oui, pourquoi pas des tremblements de terre ou des volcans capables de remodeler le terrain en temps réel ?)

Tests, débogage et équilibrage

On n’y coupe pas : créer un jeu en voxel signifie faire face à tout un tas de phénomènes inattendus, comme des trous improbables, des collisions foireuses ou des performances en dents de scie. Les tests (autant internes qu’avec des testeurs externes) sont indispensables. On se focalise sur la stabilité du moteur, le bon comportement de la génération procédurale, et on affine au fil des retours.

Applications hors du jeu vidéo

Vous vous demandez peut-être : « Ces voxels, ça ne sert qu’à faire des jeux de cubes ? ». En réalité, pas du tout. C’est la même base de technologie qu’on retrouve en imagerie médicale (IRM, scanners), en géologie (modélisation de sous-sols), en météorologie (visualisation de volumes de nuages ou de masses d’air), et même en art numérique. Visualiser des phénomènes en 3D avec des voxels est très intuitif. On peut suivre la progression d’un phénomène dans la dimension T (le temps), ce qui est génial pour analyser et prévoir.

Les artistes, eux, adorent l’esthétique « voxel art ». Ils créent des scènes entières style pixel, mais en volume cette fois. Des outils comme MagicaVoxel ou Qubicle simplifient cette approche, permettant d’imaginer des univers minimalistes et pourtant étonnamment expressifs.

Avantages et inconvénients d’un univers voxel pour le développement de jeux

C’est clair que les voxels, c’est attirant. Mais vous l’avez compris, ce n’est pas le chemin le plus court pour créer un projet. Voyons en quelques mots ce qu’on peut espérer :

Avantages :

• Liberté de conception : vous offrez un terrain de jeu (presque) illimité.
• Interactivité : le monde devient modifiable en temps réel, stimulant la créativité.
• Esthétique reconnaissable : le look cubique a un charme certain, assez moderne.

Inconvénients :

• Coût en ressources : stocker et rendre tous ces blocs nécessite des algorithmes costauds.
• Complexité de développement : gérer un moteur voxel n’est pas un petit projet étudiant (mais c’est un défi passionnant).
• Performance et optimisation : la fluidité dépendra de la qualité de votre code et de la machine de vos joueurs.

Quelques pistes pour aller plus loin

On ne l’a pas encore mentionné, mais la communauté open source regorge de projets et de bibliothèques autour des voxels. Faites un tour sur GitHub : il y a pléthore d’exemples de moteurs wrote-from-scratch, plus ou moins évolués. Et si vous préférez un cadre plus abouti, tentez l’expérience Unity ou Godot avec des assets spécialisés. C’est un excellent moyen de vous familiariser avec la logique voxel sans tout réinventer.

Vous voulez passer en mode hardcore ? Trouvez un moteur voxel minimaliste, et construisez votre propre pipeline de rendu. Ça ne sera pas toujours simple, mais vous en apprendrez énormément, et vous pourrez ajuster chaque détail, du format de stockage à l’algorithme de culling. Au final, c’est comme bâtir un jeu lego où vous concevez vous-même chaque brique (autant dire un régal pour les férus de code et d’optimisation).

Une technologie qui a encore de beaux jours devant elle

Les perspectives d’évolution sont passionnantes. On voit déjà apparaître des moteurs hybrides, qui mêlent rendu polygonal et rendu voxel pour profiter du meilleur des deux mondes. L’apparition de cartes graphiques toujours plus puissantes contribue aussi à l’essor de ces méthodes volumétriques. D’ici quelques années, il est probable qu’on voie se démocratiser des univers encore plus vastes et plus détaillés, que ce soit dans le jeu vidéo ou dans la simulation scientifique.

C’est d’ailleurs un véritable chemin vers des expériences immersives où le joueur ressent la matière, la texture du sol, la densité de l’air… (ok, on extrapole peut-être un peu, mais on y croit !). Il n’est pas impossible que la réalité virtuelle s’empare à son tour des voxels pour offrir une sensation encore plus organique des mondes explorés. C’est top, non ? Mais ça demandera aussi de la patience et beaucoup de recherche.

Conclusion et ouverture

On a pu voir que les voxels, c’est un concept simple à la base (un pixel en 3D), mais qui ouvre des horizons incroyablement vastes. Du jeu de construction en mode bac à sable aux simulations médicales, de la cartographie géologique à l’art numérique, les possibilités sont infinies (ou presque). Bien sûr, la médaille a son revers : la complexité technique n’est pas à prendre à la légère, et il faut se confronter aux défis de l’optimisation et de la gestion de données massives.

C’est pourtant une aventure à tenter pour tout passionné de création, de développement de jeux ou de modélisation. Les outils grand public se multiplient, la communauté est enthousiaste, et les innovations vont bon train. Vous rêviez de sculpter votre propre monde voxel et de le partager avec vos amis ? C’est clairement à votre portée. Alors, prêt à vous lancer ? On imagine déjà des projets qui durent méga longtemps, juste pour explorer chaque recoin et repousser toujours plus loin les limites de votre imagination.

C’est pas si sûr que tout soit parfait dès le départ, mais l’important, c’est d’oser se lancer et d’apprendre au fil du chemin. Après tout, ces petits cubes ont déjà changé la donne et ils n’ont pas fini d’étonner. Le futur semble bien voxelisé !