La physique selon Xpand Rally

08 sept. 2004

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Au royaume des simulations de rally (et des jeux de course en général), chaque développeur insiste autant qu'il le peut sur le réalisme des sensations de conduite et sur le réalisme des interactions avec le décor. Au final pourtant, nombre de voitures de rally semblent incapables de continuer leurs chemins suite à une rencontre à pleine vitesse avec une simple botte de foin. C'est ainsi que Techland nous détaille aujourd'hui les différentes solutions apportées à ces problèmes de réalisme pour son Xpand Rally. On attendra toutefois le test pour faire la part entre les bonnes intentions et la réalité des faits.

  • Éditeur de courbes :
  • La plupart des paramètres de la simulation physique ont un caractère non-linéaire et peuvent être modélisés à l'aide de courbes. Pour modifier plus facilement ces paramètres, nous avons développé un outil spécial permettant d'éditer la forme des fonctions. Ce outil permet, facilement et rapidement, d'examiner et de modifier le comportement de la voiture. Par exemple, vous pouvez modifier les fonctions de friction à partir de divers paramètres sur l'état d'un pneu.
  • Moteur :
  • Dans le jeu, chaque moteur comporte ses propres caractéristiques. Les paramètres caractérisant un moteur sont notamment : le régime moteur, le couple, la puissance et les pertes d'énergie liés aux frottements internes au moteur. Tous ces paramètres sont calculés dynamiquement en cours de partie. La plupart des paramètres sont modélisés sous forme de courbes (par exemple, la courbe du couple fournit la valeur du couple pour un régime moteur donné). La valeur des pertes d'énergie liées aux frottements internes du moteur dépend de la lubrification et de sa température. Si le système de refroidissement a un dysfonctionnement, la température du moteur augmente et peut entraîner des dommages. Et après un tonneau, une grande quantité d'huile entre dans le moteur et y est consumée, ce qui est représenté dans le jeu par un changement de couleur des gaz d'échappement.

    Durant la mise en œuvre de la simulation du moteur et de la transmission, l'un des problèmes les plus importants est l'intégration progressive dans les paramètres du véhicule de l'état général des systèmes. En raison des liens mécaniques entre les éléments réels d'une voiture, il est relativement difficile de simuler ce système avec précision et stabilité. Pour résoudre ce problème, il nous a fallu faire preuve de patience et de connaissances scientifiques et mathématiques.
  • Turbocompresseur :
  • Comme les autres éléments, le fonctionnement du turbocompresseur est simulé dynamiquement : la vitesse de rotation de la turbine et la pression de suralimentation sont calculées en temps réel en cours de partie.
  • Différentiels
  • L'un des principaux éléments influençant la conduite des voitures est le différentiel. Ce dernier est monté entre les roues motrices et, sur les 4x4, sur les arbres alimentant les roues avant et arrière. Un différentiel a pour but de modifier la vitesse de rotation des roues, de façon à améliorer le comportement de la voiture, c'est-à-dire une meilleure négociation des virages, une stabilité sur la piste ou une traction améliorée sur une surface donnée. Dans le jeu, il existe plusieurs types de différentiels, du différentiel de base, monté sur tous les véhicules, au différentiel actif complexe contrôlé électroniquement, en passant par le différentiel à glissement limité. Dans un virage, les roues extérieures couvrent une plus longue distance que celles situées à l'intérieur. Si toutes les roues tournaient à la même vitesse, il en résulterait un dérapage et une usure inutile des pneus. Le différentiel de base permet aux roues de tourner à une vitesse différente dans un virage. Les voitures de sport sont équipées d'un système de glissement limité qui restreint la différence de vitesse de rotation des roues motrices et entraîne une stabilisation sur la piste et une meilleure traction lors des dérapages. Un différentiel actif permet de définir le comportement du glissement limité en fonction notamment du virage, de l'état de la pédale d'accélération, du frein, etc. Pour cela, des cartographies de différentiel spéciales, créées à l'aide de l'éditeur de courbes du jeu, sont utilisées.
  • Suspension :
  • Le comportement de la suspension influence celui de toute la carrosserie de la voiture. Dans Xpand Rally, la voiture comporte les mêmes éléments de suspension que les vraies voitures. Tous ces éléments sont simulés séparément et leur fonctionnement dépend directement ou indirectement de la surface. Les roues sont reliées à la carrosserie de la voiture par des ressorts et des amortisseurs dont l'utilisateur peut contrôler les paramètres pour modifier le comportement de la voiture.

    Par ailleurs, la simulation de l'élasticité des pneus a un impact sur le comportement de la suspension, car les pneus sont le premier élément qui absorbe les irrégularités de la route.
  • Friction sur la surface du pneu :
  • Chaque surface est dotée de différents paramètres de friction qui, associés à divers types de pneus, modifient le comportement de la voiture. En outre, la traction est influencée par la météo qui peut radicalement modifier les performances de certains pneus sur une surface. Pour simuler correctement la diversité des conditions de course, près de 50 types de revêtements et 20 types de pneus sont disponibles dans le jeu, ce qui est fidèle aux conditions réelles. Dans le jeu, la météo peut changer pendant la course et modifier les paramètres de friction des surfaces. Cela augmente le degré de réalisme du jeu et souligne l'importance des choix faits avant la course.

    Pour simuler correctement le contact entre un pneu et une surface, le jeu calcule séparément la friction latérale et longitudinale. Cela permet de diversifier le comportement d'un pneu durant un dérapage latéral, par exemple sur le bitume ou sur des gravillons (où le pneu s'enfonce) et de tenir compte de l'influence de la bande de roulement.

    Dans le jeu, un modèle de friction multipoint a été utilisé. Cela signifie que chaque roue entre individuellement en contact avec le sol et que toutes les forces de roues affectant la voiture sont calculées séparément. Par ailleurs, lorsque la carrosserie de la voiture entre en collision avec des objets de l'environnement, des forces de friction apparaissent au point d'impact, semblables au contact entre le pneu et la surface. Ainsi, le comportement du véhicule est fidèle à la réalité.
  • Résistance aérodynamique :
  • Les objets se déplaçant à haute vitesse sont affectés par des forces de résistance aérodynamique considérables. La physique des voitures de Xpand Rally simule ces forces pour les appliquer à la voiture et aux autres objets, ce qui est visible notamment lorsque le vent arrache le capot de la voiture. Bien sûr, la forme aérodynamique des voitures leur permet d'adhérer à la route à vitesse élevée, ce qui améliore leur traction.
  • Modèle de direction :
  • Vers la fin du développement de la physique de Xpand Rally, il est apparu que le modèle créé était très réaliste, ce qui complique le pilotage de la voiture, surtout si vous utilisez un clavier. Aussi, pour que les joueurs ne possédant pas de volant puissent tout de même apprécier le jeu, nous avons décidé d'ajouter diverses aides facilitant le pilotage de la voiture à l'aide du clavier. Ces aides ne modifient pas les paramètres physiques de la voiture mais visent à simuler le comportement d'un pilotage avec un volant.

    Pour les joueurs privilégiant le plaisir de la course par rapport à une lutte acharnée contre la piste et la voiture, nous avons créé un mode Arcade qui modifie légèrement les paramètres physiques, simplifiant considérablement le pilotage.