Cours Réalité Virtuelle

8/19/2019 Cours Réalité Virtuelle

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Réalité virtuelle


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Introduction la Réalité virtuelle est un nouveau domaine âgé d’environ 50 ans. Elle est fondée sur l'interaction en temps réel avec un mondevirtuel, à l'aide d'interfaces comportementales permettantl'immersion de(s) l'utilisateur(s) dans cet environnement.


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L’objectif de la réalité virtuelle : Le but de la Réalité Virtuelle est de faire percevoir à unutilisateur un monde artificiel (créé numériquement)ressemblant à un monde réel et de donner à cet utilisateur lapossibilité d'interagir intuitivement et naturellement avec ce

monde. Donc la RV cherche à s’approcher de la réalité à l’aided’outils informatiques.

L'intérêt est de pouvoir mettre l'Homme dans un

environnement que nous contrôlons , qui serait impossible àreproduire dans le monde réel ou qui serait trop coûteux outrop risqué.


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Historique de la RV:

Le Sensorama (1956) Inventé par le réalisateur MortonHeilig en 1956, le Sensorama est undispositif de cinéma immersif.Il projetait une image stéréoscopiqueen grand angle, diffusait un sonstéréophonique, soufflait de l’air(éventuellement parfumé d’odeurs depizza ou d’effluves de jasmin oud’hibiscus) à l’aide de neuf ventilateurset était équipé d’un siège vibrant.


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Historique de la RV: 1965 : création de la première interface homme-ordinateur :la souris. Cette interface motrice capte les mouvements de lamain de l’utilisateur.

Années 1970 : création des premiers logiciels permettant lanavigation et l’exploration de mondes virtuels via un écran.


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Historique de la RV: 1968-70 : création du premier casque de visualisation asservi auxmouvements de la tête : l’Ultimate Display par Ivan Sutheland. 1977 : premiers cockpits virtuels parThomas Furness.

Les collaborations entre NASA Ames et plusieurscompagnies privées ont conduit à une expansion rapide descompagnies de RV (fin des années 80).


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Historique de la RV: 1984 : premier programme de RV : VIVED (VirtuelEnvironment Display) par McGreevy pour les astronautes.

1983-1985 Jaron Lanier crée le premier périphérique d’entréegestuel avec son gant de données (le Mandala).


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Historique de la RV: 1985 : Jaron Lanier propose pour la première fois l’expressionde réalité virtuelle pour désigner un espace de représentationréaliste, tridimensionnel, calculé en temps réel et immersif.

1986-1989 : développement des interfaces et logiciels de RV àdes fins commerciales.

CAVE (1992): Des graphiques sont projetés en stéréo surles murs et le sol et visualisés à l'aide de lunettes stéréo.


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Historique de la RV: 2001 : première édition du Traité de la Réalité Virtuelle coécritpar Guillaume Moreau, Jean-Paul Papin et Philippe Fuchs.

Un comité de 65 spécialistes de disciplines différentes s’estréuni pour rédiger le Traité de la Réalité Virtuelle dont ladernière édition date de 2006. Dans ce traité, les auteursdéfinissent la finalité de la RV comme le fait « de permettreà une personne (ou à plusieurs) une activité sensori-

motrice dans un monde artificiel, qui est soit imaginaire,soit symbolique, soit une simulation de certains aspects dumonde réel ».


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Réalité virtuelle – définition (1)A ce jour, les principaux travaux sur la réalité virtuelle ont permet dedonner un sens plus précis et surtout plus opérationnel à l’expressionréalité virtuelle, qui peut se résumer par cette définition du groupe detravail sur la réalité virtuelle : un ensemble d’outils logiciels et

matériels permettant de simuler de manière réaliste uneinteraction avec des objets virtuels qui sont des modélisationsinformatiques d’objets réels.


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Réalité virtuelle – définition (2)

On comprend dans cette définition que les deux notions clé liées àla RV sont les notions d’immersion et d’interaction : l’utilisateurdoit se sentir comme présent dans le monde virtuel qui l’entoure

mais ça ne suffit pas, il doit aussi pouvoir interagir avec ce monde. L’utilisateur de la RV n’est pas un simple spectateur, c’est aussi unacteur. Il doit pouvoir modifier sont environnement en temps réel,ce qui signifie que, quand il agit sur le monde virtuel, la réaction

doit être instantanée et répondre à des lois réelles.


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Concepts de base

Les trois éléments-clé d’une expérience de réalitévirtuelle:

Monde virtuel

Immersion

Rétroaction sensorielle (interaction)


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Monde virtuel

Espace imaginaire qui peut exister en dehors d’un contextetechnologique

Imagination=le point de départ de la plupart des mondes virtuels•

Monde virtuel généré par ordinateur : description dynamique des objets faisant partie d’une simulation


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mmersion

L’utilisateur est immergé dans un monde virtuel.• Immersion mentale :- le contenu du monde virtuel est décrit à partir des symboles (mots,sons, images etc.) qui sont interprétés mentalement par les participants

Immersion physique (ou sensorielle) :- les stimuli sont synthétiques via l’usage de la technologie- dans la plupart des cas, l’immersion sensorielle n’implique pas latotalité des sens : vue, toucher, ouïe, odorat, goût.


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nteraction basée sur la rétroaction sensorielle

La rétroaction sensorielle créée par un système de RV doitêtre cohérente avec la position et les actions du sujetparticipant.

Vue=changement de point de vue (mouvement de la tête,déplacement global du sujet), manipulation des objets

Toucher=interfaces haptiques, manipulation des objets.Pour avoir une rétroaction sensorielle précise, le sujet doit

être suivi :-Tracking de la tête, des mains et des objets manipulés etc.-Capteurs de position 3D magnétiques, ultrasonores etc.


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Réalité virtuelle – interface Pour rendre la sensation d’immersion dans le

monde artificiel la plus sensible, il fautétudier l’interface homme ordinateur.

Cette interface matérielle, appelée« interfacecomportementale » est composée de:

1. interfaces sensorielles qui informentl’utilisateur par ses sens de l’évolution dumonde virtuel.

2. interfaces motrices qui informent

l’ordinateur des mouvements del’utilisateur.

3. interfaces sensori-motrices qui combinentces deux types de d’interfaces.


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Dispositifs d’interaction

Avantages précision rapidité

Inconvénients contrainte de liberté


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Casques de visualisation (1) Récepteur placé sur la tête de l’utilisateur, suivant sesmouvements


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Casques de visualisation (2)

Le mouvement de la tête est échantillonné et envoyé àl’ordinateur;

La nouvelle direction du regard est déterminée à partir dusignal de mouvement échantillonné.

La scène virtuelle affichée sur les LCD est mise à jour parrapport au point de vue courant de l’utilisateur


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Gants de données gant pour la reconnaissance des gestes


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Capture de Mouvement

Capture par exosquelette


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Le déplacement

Actions réalisées par l’utilisateur pour se mouvoir àl’intérieur d’un espace virtuel.le principal problème consiste à spécifier un

déplacement virtuel quelconque sans déplacementphysique ou avec un déplacement physiquerestreint


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Le déplacementTechniques utilisant la marche

Marche sur place et analyse desmouvements

- Propose à l’utilisateur de marcher surplace

- Le système enregistre les mouvementsde ses pieds, et détermine la directionet la vitesse du déplacement.

Techniques basées sur les tapisroulants

- réduction de l’espace nécessaire auxmouvements physique de l’utilisateur

- Le sujet se tient debout et marche surun tapis mobile


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Le déplacementTechniques utilisant un Poste de conduite

poste de conduite automobile, poste de pilotage, ou tout simplement une bicyclette


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Domaines d’utilisation Les simulateurs en conduite de véhicules, en aérospatiale, …on cherche à prévenir les accidents par des entrainementsdans des conditions simulant la réalité.


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Domaines d’utilisation Domaine médicale : traitement desphobies, via la psychothérapiecognitivocomportementale,on créedes milieux virtuels de façon àmesurer l’état de rétablissement dupatient ou de façon à l’aider à serétablir par étape en faisant face à unesimulation du monde réel.

La chirurgie: introduire une micro-caméra, qui transmet les images à unécran installé près de la tabled’opération, par une petite incision etpar une autre, introduire lesinstruments de chirurgie. Tout cecipour effectuer l’acte chirurgical.


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Domaines d’utilisation Domaine nucléaire : simulation du démantèlementd'installations en milieux contaminés (FIG: Visite virtuelle decentrale nucléaire (Photo EDF).


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Domaines d’utilisation Domaine commercial : simulation de grand magasin (projetInVivo).


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Domaines d’utilisation Domaine industriel : réalisation d’opérations à distance viaune RV.


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Domaines d’utilisation

Domaine architectural : conservation du patrimoine culturelet modélisation de nouveaux bâtiments.


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Domaine de l’art numérique : création artistiquesinteractives et immersives (principalement utilisé par JeffreyShaw, Maurice Benayoun et Char Davis).

Domaine des jeux vidéo : la Wii développée par Nintendodepuis fin 2006.


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Visualisation scientifique : modélisation de certainsphénomènes scientifiques

Maintenance : entrainement à la maintenance de certainsmatériels délicats.

Formations par simulateur


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Visites et présentations de musées et de sites virtuels,reconstitution d'objets et de sites détruits ou endommagés.

…


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Les limites de la RV (1) La loi Huriet de 1988 limite les expériences sur l’homme. Sicette loi a été créée afin de limiter les expériencesthérapeutiques sur l’homme elle s’applique aussi à la RV et elleimpose en particulier la constitution d’un dossier et sa

soumission à l’avis d’un Comité Consultatif de Protection desPersonnes dans la Recherche Scientifique, qui peut s’opposeraux expériences prévues pour des raisons d’éthique ou toutsimplement de procédure…


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Les limites de la RV (2) De plus, la RV est limitée par l’état d’avancement de latechnologie.

Les capacités de perception de l’être humain sont trop vasteet complexes pour pouvoir être reproduites à l’identique pardes systèmes informatiques : il est d’autant plus difficile defaire en sorte que l’utilisateur se sente immergé dans lemonde virtuel que, par exemple, son acuité visuelle est d’uneseconde d’arc ce qui est totalement irréalisable actuellement. De même, l’espace d’utilisation étant limité, il faut pallier auproblème de déplacement de l’utilisateur.


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Les limites de la RV (3) Enfin, financièrement parlant la réalisation d’un système deRV réaliste est très coûteux ; il faut de l’espace et unetechnologie de pointe. Il n’est donc pas donné à n’importequi de faire de la RV. C’est pourquoi la recherche en RV n’est

financée que par de grands groupes intéressés par cettetechnologie et présentant les capacités financières permettantde les développer.


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Conclusion En effet, ce sont de grandes entreprises du domaine des

transports, de l’énergie et du domaine médical qui cherchent leplus à faire avancer la recherche sur la réalité virtuelle. Mais toutes les limites relatives à la RV ne sont que des freins

que l’on peut espérer surmonter avec le temps et des progrèstechnologiques.

Domaine «sans limite» Domaine actuellement en évolution


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Quelques vidéos http://www.europe1.fr/High-Tech/Realite-virtuelle-la-revolution-est-en-marche-1925797/
http://www.europe1.fr/High-Tech/Realite-virtuelle-la-revolution-est-en-marche-1925797/http://www.europe1.fr/High-Tech/Realite-virtuelle-la-revolution-est-en-marche-1925797/http://www.europe1.fr/High-Tech/Realite-virtuelle-la-revolution-est-en-marche-1925797/http://www.europe1.fr/High-Tech/Realite-virtuelle-la-revolution-est-en-marche-1925797/

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