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RÉSUMÉ
Cet article présente un tour d'horizon des techniques et des technologies utilisées pour capter et interagir en environnement virtuel. Sont présentés les différents capteurs capables d'obtenir, soit une position, soit une orientation, soit les deux combinés. Après un rappel mathématique de manipulation des données issues des capteurs, sont décrits les capteurs selon la technologie utilisée (mécanique, électromagnétique, optique ou hybride). Les capteurs bas coût sont aussi présentés, ainsi que les solutions de localisation du corps dans son ensemble, avant de terminer avec les différentes solutions d'interfaces de commandes.
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Olivier HUGUES : Enseignant-chercheur - École Mines Paris Tech, équipe « Réalité virtuelle et réalité augmentée », Centre de Robotique
INTRODUCTION
L'objectif est ici de présenter un état de l'art des techniques et technologies mises en œuvre pour obtenir la position et/ou l'orientation, en temps réel, d'un objet dans un espace donné.
Dans le domaine de la réalité virtuelle, ces informations sont utilisées pour connaître la position et l'orientation :
-
d'une partie du corps de l'utilisateur (tête, main...) ;
-
du corps dans son ensemble ;
-
d'un solide, lui-même manipulé par l'utilisateur.
La connaissance de la position et de l'orientation de ces éléments permettra ensuite, par exemple, d'adapter le comportement du système, ou la position des entités virtuelles entre elles, en fonction des positions respectives des objets suivis.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2007 par Philippe FUCHS
- Version courante de mars 2021 par Olivier HUGUES
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Archives > [Archives] Traitement du signal et ses applications > Interfaces de localisation et de commande > Conventions mathématiques
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2. Conventions mathématiques
Les capteurs de localisation spatiale déterminent, le plus souvent, les six paramètres liés aux six degrés de liberté. Mais certains capteurs, pour des raisons techniques, ou encore pour limiter les coûts ou l'encombrement, ne mesurent que trois paramètres (il est souvent plus simple de mesurer les rotations que les translations).
Classiquement, les six degrés de liberté sont :
-
les trois coordonnées de translation de l'objet par rapport à la référence ;
-
les trois coordonnées de rotation de l'objet par rapport à la référence.
-
Matrice de passage
De façon générale, c'est la notation mathématique sous forme matricielle des « coordonnées homogènes » qui est utilisée pour manipuler ces paramètres. Cette matrice, appelée « matrice de passage » ou « matrice de changement de base » est une matrice 4 × 4. La matrice correspond à la transformation mathématique jTi (se lit « transformation de j vers i ») nécessaire sur chaque axe du repère Rj de l'objet suivi en question pour atteindre le repère Ri de référence (figure 1) :
![]()
La matrice jTi intègre donc directement le vecteur colonne (1 × 3) de translation jTri entre les deux repères, ainsi que le vecteur (3 × 3) de rotation jRri . De plus, on trouve un facteur d'échelle permettant les homothéties.
-
Intérêt applicatif
L'utilisation de cet outil mathématique est due à son intérêt principal : les changements de repères isométriques.
En effet, cette notation permet très simplement de « transporter » un vecteur écrit dans le repère j vers le repère i par une simple multiplication. Et c'est exactement ce que fait le logiciel de réalité virtuelle lorsqu'il obtient, grâce au capteur, la position...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LUMBROSO (H.) - Mécanique du point : 114 problèmes résolus. - 1re année MPSI.PCSI.PTSI, Dunod (1998).
-
(2) - CLAY (A.), COUTURE (N.), NIGAY (L.), DE LA RIVIÈRE (J.-B.), MARTIN (J.-C.), COURGEON (M.), DESAINTE-CATHERINE (M.), ORVAIN (E.), GIRONDEL (V.), DOMENGER (G.) - Interactions and systems for augmenting a live dance performance. - ISMAR, IEEE Computer Society (2012) http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00752227
-
(3) - WANG (J.F.), CHI (V.), FUCHS (H.) - A real-time optical 3D tracker for HMD systems. - Computer graphics, no 2, p. 24 (1990).
-
(4) - WANG, PALJIC (A.), FUCHS (Ph.) - An evaluation of rendering and interactive methods for volumetric data exploration in virtual reality environments. - SPIE Visualization and Data Analysis, 23, 25 janv. 2012.
-
(5) - FUCHS (Ph.) - Le Traité de la réalité virtuelle. - Presse de l'École des Mines de Paris, 3e édition, mars 2006.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
• VRPN : (Virtual-Reality Peripheral Network ) : bibliothèque qui permet d'interfacer tous types de dispositifs physiques (capteurs, interface de commande, manette, joystick...) avec le système de réalité virtuelle, le tout en réseau http://www.cs.unc.edu
• MidleVR : ce logiciel permet de faire le lien entre le matériel utilisé en réalité virtuelle (les différentes interfaces et capteurs) et le moteur de rendu temps réel Unity3D, assez utilisé dans ce domaine http://www.imin-vr.com
HAUT DE PAGE
• ART GmbH http://www.ar-tracking.de
• Ascension Technology Corp. http://www.ascension-tech.com
• Effet Kinect http://www.xbox.com
• Fifth Dimension Technologies http://www.fifthdimensiontech.com
• Gyration http://www.gyration.com
• InterSence...
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