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1 - CONCEPTS ET APPLICATIONS

2 - INTERFAÇAGE COMPORTEMENTAL

3 - TAXONOMIE DES INTERFACES DE LA RÉALITÉ VIRTUELLE

4 - TECHNIQUES D'UTILISATION DES INTERFACES

5 - MODÈLES POUR LA RÉALITÉ VIRTUELLE

6 - OUTILS

  • 6.1 - Modeler en 3D
  • 6.2 - Moteur d'application interactive

Article de référence | Réf : TE5900 v2

Modèles pour la réalité virtuelle
Réalité virtuelle - Concepts et outils

Auteur(s) : Philippe FUCHS, Guillaume MOREAU, Alexis PALJIC

Relu et validé le 25 juin 2021

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RÉSUMÉ

L'article fait un tour d'horizon des techniques et usages de la réalité virtuelle. Sont d'abord introduits les concepts de base de la réalité virtuelle, puis un modèle théorique de l'immersion et de l'interaction est proposé pour un utilisateur d'un système de réalité virtuelle. Suivent les principales interfaces sensori-motrices, disponibles commercialement, et classées en fonction des sens ou des réponses motrices sollicités sans oublier de citer les principales difficultés d'utilisation des interfaces comportementales, d'ordre technique, psychophysique, ergonomique et psychologique. Enfin, l'article aborde les modèles et outils pour la création d'un environnement virtuel, qui peut être défini comme la description informatique du monde synthétique dans lequel évolue l'utilisateur. L'article se termine en exposant les méthodes et outils de création des environnements virtuels, qui dépendent beaucoup du domaine d'application.

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ABSTRACT

Title Virtual Reality ? Concepts and tools

This is a survey article of Virtual Reality (VR) techniques and its uses. There are five parts in the document. In the first part, we propose an introduction of the main concepts of VR. The second part exposes a theoretical model of the immersion and the interaction of a user within a virtual reality simulation. In the Third part, a taxonomy of commercial sensory-motor interfaces is presented. The problematics of behavioral interfaces are explained in the Fourth part, whether they are of technical, psychophysic, ergonomic or psychological nature. The fifth and last part presents the main characteristics of simulation models and software tools needed to create a VR experience.

Auteur(s)

INTRODUCTION

Ce domaine technique et scientifique est désigné par un oxymoron surprenant : « la réalité virtuelle ». Cette association de deux termes a priori opposés n'est pas innocente : le virtuel est-il l'inverse du réel ? Sans rentrer dans un débat philosophique, inapproprié ici, remarquons cependant que le choix entre réel et virtuel se pose à l'ingénieur. Par exemple, en phase de conception d'un produit, l'évaluation des qualités de l'objet peut se faire sur sa représentation virtuelle (grâce à un modèle numérique), ou sur un prototype réel. L'ingénieur est souvent confronté au dilemme suivant :

  • tester virtuellement à partir d'un modèle paramétrable, mais peut-être irréaliste ;

  • évaluer un produit réel, mais figé.

Cette problématique n'est pas nouvelle. Mais, depuis l'essor des techniques de réalité virtuelle, elle est plus complexe à étudier, car elle fait intervenir des critères humains subjectifs. Le terme « réalité virtuelle » étant bien établi maintenant, il faut le prendre tel qu'il est, avec quelques risques de confusion ou d'incompréhension, que nous nous efforcerons de dissiper dans cet article. Il est souhaitable de bien définir le domaine qu'il recouvre, et de présenter ses principales applications professionnelles, objectif de la première partie.

En deuxième partie, nous proposons un modèle théorique de l'immersion et de l'interaction, pour un utilisateur d'un système de réalité virtuelle.

En troisième partie sont présentées les principales interfaces sensori-motrices, disponibles commercialement, classées en fonction des sens ou des réponses motrices sollicités.

En quatrième partie, nous exposons les principales difficultés d'utilisation des interfaces comportementales : d'ordres technique, psychophysique, ergonomique et psychologique.

La cinquième partie de cet article aborde les modèles et outils pour la création d'un environnement virtuel, défini comme la description informatique du monde synthétique dans lequel évoluent le (ou les) utilisateur(s). Il s'agit de représenter, à l'aide de l'outil informatique, un monde reproduisant plus ou moins fidèlement la réalité de la forme des objets, leur aspect ou leur mobilité.

On retrouve alors des modèles informatiques, de niveaux d'abstraction différents, pour le développement d'applications de réalité virtuelle. Entre autres :

  • les modèles informatiques dédiés à la représentation et au réalisme des objets et entités représentés ;

  • des modèles géométriques ;

    des modèles d'illumination ;

    des modèles d'humains de synthèse à un niveau d'abstraction supérieur.

Enfin, la mise en place technique d'une simulation de réalité virtuelle fait appel à des outils logiciels spécifiques dont les particularités sont exposées en fin d'article.

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MOTS-CLÉS

design immersion

KEYWORDS

design   |   immersion

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-te5900


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5. Modèles pour la réalité virtuelle

5.1 Modèles géométriques

Pour ce qui concerne la géométrie, le problème consiste, d'une part, à décrire sous une forme mathématique la forme d'un objet. Nous verrons que, dans le cas des objets solides, la représentation de la frontière entre l'intérieur et l'extérieur d'un objet est suffisante pour décrire celui-ci. La question de l'acquisition de ces modèles à partir d'objets réels sera également évoquée.

La seconde étape consiste à modéliser le comportement des objets face à la lumière, c'est-à-dire associer aux objets des propriétés photométriques liés aux matériaux qui les composent, ainsi que des algorithmes qui permettront le calcul d'images (entre autres) en temps réel.

Enfin, nous nous intéresserons aux modèles représentant le mouvement des objets par niveaux d'abstraction croissants, et en allant jusqu'à une certaine autonomisation des modèles.

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5.1.1 Description géométrique

La première question importante est celle de la nature de l'objet à décrire : il est évident qu'un fluide incompressible est différent d'un système de pendules.

L'objet le plus simple, par conséquent le plus utilisé pour des questions de rapidité de calcul, est le solide rigide indéformable. Il est régi par six paramètres réels qui déterminent sa position et son orientation dans l'espace.

  • Il existe d'autres types d'objets dans un environnement virtuel :

    • Solides articulés

      Bien connus des roboticiens, ce sont des solides rigides reliés entre eux par des liaisons mécaniques. Ils sont utilisés pour décrire des objets articulés comme les bras robotiques, ou tout simplement les humanoïdes de synthèse. Leur contrôle s'effectue par la manipulation des coordonnées locales associées aux liaisons (dites « coordonnées lagrangiennes »), ou directement par les coordonnées cartésiennes associées aux terminaisons via les techniques de cinématique inverse.

    • Solides déformables

      Leurs déformations suivent les lois de la mécanique, comme la peau...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HURIET (C.) -   Images de synthèse et monde virtuel : techniques et enjeux de société.  -  Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, Sénat, no 169, 198 p. (1997).

  • (2) - FUCHS (Ph.), MOREAU (G.) -   *  -  Le traité de la réalité virtuelle 3e édition, 5 volumes : « L'Homme et l'environnement virtuel », 410 p., « Interfaçage, immersion et interaction en environnement virtuel », 552 pages, « Les outils et les modèles informatiques des environnements virtuels », 454 p. et « Les applications de la réalité virtuelle », « Les humains virtuels », Les Presses de l'École des Mines de Paris, 324 p., ISBN 2-911762-62-2, 63-0, 64-9 et 65-7, fév. 2006.

  • (3) - LOURDEAUX (D.), BURKHARDT (J.-M.) -   La réalité virtuelle pour l'apprentissage humain.  -  Le traité de la réalité virtuelle, 3e édition, « Les applications de la réalité virtuelle », Les Presses de l'École des Mines de Paris, 324 p., ISBN 2-911762-65-7, fév. 2006.

  • (4) - RABARDEL (P.) -   Les hommes et les technologies, une approche cognitive des instruments contemporains.  -  ...

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