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Article de référence | Réf : AG2520 v2

La conception en environnement virtuel
Réalité Virtuelle et Réalité Augmentée pour la conception collaborative

Auteur(s) : Simon RICHIR, Olivier CHRISTMANN

Relu et validé le 01 sept. 2020

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Sommaire

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RÉSUMÉ

Cet article est consacré aux nouvelles technologies appliquées à la conception de produits pour en accélérer les premières phases (de l’idéation aux concepts validés mais non industrialisés), avec un focus sur la collaboration en environnement virtuel. Il présente en premier lieu l’importance des aspects humains et, en particulier, de l’expérience utilisateur lors de la mise en œuvre de ces technologies, puis les matériels et les logiciels qui rendent possible une expérience virtuelle satisfaisante et qui peuvent être appliqués à la conception collaborative. Celle-ci sera ensuite détaillée avant de conclure et de présenter en perspectives les potentialités futures.

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ABSTRACT

Virtual and Augmented Reality for Collaborative Design

This article describes how new technologies can be applied to the design of products so as to accelerate the early phases of the design process (from ideation to validated but not yet industrialized concepts), with a focus on collaboration in a virtual environment. First it presents the importance of human factors, and in particular of user experience when implementing these technologies. It then looks at the hardware and software that make possible a satisfactory virtual experience, and can be applied to collaborative design. This is then detailed, before concluding and opening up some perspectives.

Auteur(s)

  • Simon RICHIR : Professeur des Universités - Arts et Métiers ParisTech, LAMPA (Angers, France)

  • Olivier CHRISTMANN : Maître de Conférences - Arts et Métiers ParisTech, LAMPA (Angers, France) - Cet article est la réédition actualisée de l’article [AG 2 520] intitulé « Réalité virtuelle et conception – Principes et applications » paru en 2003, rédigé par Philippe FUCHS & Simon RICHIR.

INTRODUCTION

Par nature, l’ingénieur de conception est conduit à imaginer, anticiper des solutions avant de pouvoir les appréhender de manière plus formelle au moyen de prototypes, puis avec le produit final. C’est durant cette phase d’idéation et de conception que l’ingénieur va produire de nombreux artefacts destinés à être évalués, et qui permettront d’avoir un produit final non différent du produit imaginé.

Longtemps, ces représentations intermédiaires étaient des maquettes physiques coûteuses et dont la réalisation freinait le processus de conception. La « maquette numérique », souvent issue de logiciels de CAO (Conception assistée par ordinateur), permet de réaliser l’évaluation de ces représentations intermédiaires et peut ainsi éviter le recours aux représentations physiques. Pour autant, la maquette numérique n’offre pas ou peu d’interactivité pour l’utilisateur.

Les technologies de la réalité virtuelle et de la réalité augmentée apportent aux entreprises la maîtrise du temps réel et ouvrent de nouvelles perspectives :

  • multiplication des choix, des architectures, des combinaisons, des couleurs ;

  • intégration des utilisateurs finaux dans l’équipe de conception (grâce à la simulation interactive, ils peuvent évaluer le futur produit qui leur est destiné) ;

  • mise en scène des produits dans différents environnements, comparaison avec des produits concurrents ;

  • ingénierie collaborative avec d’autres métiers, d’autres cultures ou d’autres pays avec un langage de travail commun : l’image interactive ;

  • tous les secteurs de l’industrie sont concernés : bâtiment, automobile, médecine, ingénierie, commerce, aéronautique, pétrole…

Depuis le début des années 2000, le marché des technologies de Réalité Virtuelle (RV) et de Réalité Augmentée (RA) est en pleine expansion, porté aujourd’hui par les fabricants d’électronique grand public, ce qui a tiré les prix vers le bas, avec simultanément une nette amélioration des capacités techniques des matériels.

En parallèle, le développement très rapide des plateformes de « crowdfunding » (financement participatif) a permis l’émergence de matériels originaux.

Un exemple concret est le casque immersif Oculus Rift, dont la première version a été lancée en 2012 via la plateforme Kickstarter et qui a proposé un produit dont le prix était divisé par 10 par rapport aux modèles sur le marché à ce moment. Deux ans plus tard, l’entreprise était rachetée par Facebook pour un montant estimé à deux milliards de dollars.

L’exemple de l’Oculus Rift est loin d’être isolé. De manière originale, ces fabricants d’électronique grand public se tournent aujourd’hui vers l’entreprise, comme par exemple le groupe HTC (fabricant de smartphones et du casque de réalité virtuelle Vive), qui a annoncé en avril 2016 un partenariat stratégique avec Dassault Systèmes.

Dans l’entreprise, et en particulier dans les grands groupes, la réalité virtuelle a tout d’abord apporté une meilleure visualisation des maquettes numériques lors des réunions. Mais, progressivement, la réalité virtuelle s’est diffusée dans les services afin de développer le travail collaboratif et permettre de maîtriser les délais, d’améliorer la réactivité pour la prise de décision et pour la compréhension des projets. Ainsi, les outils de réalité virtuelle et de réalité augmentée, couplés à d’autres technologies innovantes, telles que l’impression 3D, sont désormais capables d’accélérer les processus d’innovation et de conception au sein des entreprises.

Nous nous situons ici dans le cadre de la grande « transition numérique », annoncée comme une révolution dans les entreprises, qui va propulser le numérique et les représentations digitales au cœur de toutes les activités économiques. La réalité virtuelle et la réalité augmentée, mises au premier plan grâce à l’essor du jeu vidéo, des smartphones et des tablettes, sont les technologies incontournables de cette transition.

Ces technologies, maintenant très abordables, ne sont pas réservées aux grandes entreprises. Les Petites et moyennes entreprises (PME) peuvent utiliser ces nouvelles technologies pour renforcer et accélérer leurs processus d’innovation, de l’idéation jusqu’aux maquettes numériques en passant par les tests utilisateurs collaboratifs.

Dans cet article, consacré aux nouvelles technologies appliquées à la conception de produits pour en accélérer les premières phases (de l’idéation aux concepts validés mais non industrialisés), nous insisterons d’abord sur l’importance des aspects humains lors de la mise en œuvre de ces technologies. Il va s’agir de faire vivre à l’utilisateur une expérience convaincante pour lui permettre de mettre en œuvre ses capacités et ses compétences.

L’expérience utilisateur (UX) sera au cœur de nos propos.

Nous présenterons ensuite les matériels et les logiciels qui rendent possible une expérience virtuelle satisfaisante.

Nous étudierons enfin le processus de conception assisté par les technologies du virtuel et la collaboration en environnement virtuel, avant de conclure et d’ouvrir quelques perspectives qui nous semblent intéressantes.

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KEYWORDS

virtual reality   |   augmented reality   |   collaborative design   |   user experience

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-ag2520

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2. La conception en environnement virtuel

Dans de nombreuses entreprises, les processus d’innovation sont clairement définis et normalisés, avec des phases séquencées, depuis la collecte d’idées jusqu’au transfert vers les unités de développement, puis de production. Ce transfert découle des phases d’accélération qui voient les idées et concepts se confronter aux besoins réels des clients.

Les technologies du virtuel, aujourd’hui matures, peuvent apporter un avantage déterminant dans l’accélération des processus mis en place, en outillant des phases précises de ce processus.

Ainsi, la réalité virtuelle, si elle a déjà prouvé son intérêt pour la conception de produits, peut être mise à profit dès les phases de créativité et s’intégrer dans la chaîne numérique pour faciliter la production de représentations intermédiaires, qu’elles soient virtuelles ou physiques, comme dans le cas de l’impression 3D. Cette partie va ainsi s’attacher à démontrer l’intérêt de l’intégration de la réalité virtuelle dans l’ensemble du processus de conception.

2.1 De la maquette numérique à l’impression 3D

Dans le domaine de la conception, et selon le type de produit que l’on conçoit, il est courant de s’appuyer sur quatre types de maquettes numériques :

  • la maquette issue de la CAO ;

  • la maquette qui va servir de base à la simulation numérique ;

  • la maquette pour la visualisation ;

  • la maquette virtuelle, qui va permettre d’interagir avec le produit.

On peut considérer une dernière maquette, la maquette physique, qui peut être obtenue par :

  • des procédés classiques de fabrication ;

  • le modelage ;

  • ou encore par la fabrication additive.

La maquette CAO contient l’intégralité des informations de conception en vue de la fabrication d’un produit. Cette maquette, conçue sur des logiciels de CAO, constitue le modèle géométrique le plus précis d’un produit. Dans certains secteurs industriels (automobile, aéronautique…), les maquettes CAO d’un produit sont très complexes et volumineuses, en raison d’un nombre très élevé de pièces réparties en sous-ensembles.

La maquette de simulation est un...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - FUCHS (P.) -   Les interfaces de la réalité virtuelle.  -  Les Presses de l’École des Mines de Paris (1996).

  • (2) - MILGRAM (P.), KISHINO (F.) -   A taxonomy of mixed reality visual displays.  -  IEICE Transactions on Information and Systems (Special Issue on Networked Reality), Vol. E77-D, No. 12, 1321-1329 (1994).

  • (3) - NIELSEN (J.) -   Usability engineering.  -  Elsevier (1994).

  • (4) - SLATER (M.) -   Place illusion and plausibility can lead to realistic behaviour in immersive virtual environments.  -  Philosophical Transactions of the Royal Society B : Biological Sciences, Vol. 364, No. 1535, 3549-3557 (2009).

  • (5) - SCHUBERT (T.), FRIEDEMANN (F.), REGENBRECHT (H.) -   The Experience of Presence : Factor Analytic Insights.  -  Presence : Teleoperators and Virtual Environments, Vol. 10, No. 3, 266-281 (2001).

  • ...

1 Outils logiciels

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