Le document est une introduction à la réalité virtuelle, décrivant ses définitions, son historique et ses applications. Il explique les concepts clés tels que l'immersion et la présence, ainsi que les outils matériels et logiciels utilisés. Les champs d'application vont de l'industrie à la médecine, en passant par l'éducation et la psychologie.

1. Florent MICHEL 1

2. 2
Introduction
à la Réalité Virtuelle
par Florent MICHEL

3. 3
Plan de cours
• Définitions
• Historique
• Outils matériels : Capteurs et interfaces
• Outils logiciels : Développement temps réel
• Application de la Réalité Virtuelle

4. 4
Définitions
• Réel
• Réalité
• Virtuel
• Immersion
• Présence

5. Florent MICHEL 5
Concept Réel / Réalité
ª Réel: Désigne tout ce qui existe
indépendamment de l’idée que nous
en avons et des représentations que
nous en faisons.
ª Réalité : Partie du réel que nous
reconstruisons par nos sens, notre
culture, notre langue et nos
communications avec les autres.

6. Florent MICHEL 6
Virtuel
ª Est virtuel ce qui, sans être réel, a avec
force et de manière pleinement actuelle (c-
à-d non potentielle) les qualités (propriétés,
qualia) du réel.
(Denis Berthier)
ª le virtuel est une expérience réelle et
actuelle mais médiatisée par une interface,
un objet technique.
(Wikipedia)

7. Florent MICHEL 7
(une) Définition de la RV
«A virtual reality system is an interface
between a man and a machine capable of
creating a real-time sensory experience of
artificial worlds through the various sensory
channels. These sensory channels are vision,
audition, touch, smell etc. »
Dr. Grigore Burdea

8. Florent MICHEL 8
(une autre) Définition de la RV
«La réalité virtuelle est un domaine scientifique et
technique exploitant l'informatique1 et des
interfaces comportementales2 en vue de simuler
dans un monde virtuel3 le comportement d'entité
3D, qui sont en interaction en temps réel4 entre
elles et avec un ou des utilisateurs en immersion
pseudo-naturelle5 par l'intermédiaire de canaux
sensori-moteurs. »
Dr. Philippe Fuchs

9. Florent MICHEL 9
Objectifs de la RV ?
Permettre à un humain d'interagir en temps
réel avec un monde virtuel via des interfaces et
des protocoles d’interaction basés sur des
capacités naturelles (ou acquises) d’action et
de perception.
• Réduction des efforts cognitifs
• Immersion mentale
• Concentration sur des tâches
• Interface homme-application

10. Florent MICHEL 10
Les deux axes majeurs de la RV:
I2

11. Florent MICHEL 11
Les deux axes majeurs de la RV:
Interaction
Immersion
I2

12. Florent MICHEL 12
Définitions :
Quel est la différence entre
l’immersion et le sentiment
de présence?

13. Florent MICHEL 13
Immersion ?
-> Caractère technologique <-
On parle de «degré
d’immersion» pour définir
le facteur immersif d’une
interface sensorielle.

14. Florent MICHEL 14
Sentiment de présence ?
-> Etat psychologique <-
«La présence dans un environnement est la
sensation d’être enveloppé par cet
environnement et de pouvoir interagir avec
lui».
(Witmer & Singer 1998)

15. Florent MICHEL 15
Sentiment de présence ?
La théorie de la présence exclusive :
« une forte présence dans le monde virtuel n’est
possible que si la présence dans le monde réel
est faible » (Slater, Usoh, & Steed 1994).

16. Florent MICHEL 16
Facteurs déterminants la présence
ª La richesse et la qualité des informations sensorielles.
ª La cohérence sensorielle de l’environnement virtuel, il ne faut
pas qu’il y ait de conflits sensoriels entre les différentes
modalités.
ª Les interactions de l'utilisateur avec l'environnement virtuel.
ª Les attributs personnels de l'utilisateur.
ª Les facteurs de distraction, à quel point l’utilisateur est
détourné de l’environnement virtuel par des distractions du
monde réel.

17. 17
Historique

18. Florent MICHEL 18
La préhistoire de la RV
ª 1965 : Sensorama (Morton Heilig)

19. Florent MICHEL 19

20. Florent MICHEL 20
Historique de la RV
ª 1982 : Début des projets VIVES et VIEW à la NASA et au MIT

21. Florent MICHEL 21
Historique de la RV
ª 1987 : Thomas Zimmerman introduit le mot « Virtual
Reality » et développe le premier gant sensitif

22. Florent MICHEL 22
Historique de la RV
ª 1989 : Mise sur le marché du premier système de Réalité
Virtuelle par la société VPL : VB2

23. Florent MICHEL 23
Historique de la RV
ª 1995 : Thomas de Fanti développe le premier cube
immersif à l’université de l’Illinois : le système CAVE™

24. Florent MICHEL 24
Historique de la RV
ª 1996 : Le GMD (Allemagne) développe les premiers plans
de travail virtuel : le Workbench™ et le Holobench™

25. 25
Les domaines précurseurs

26. Florent MICHEL 26
Les domaines précurseurs
Télé-opération : Interface comportementale

27. Florent MICHEL 27
Les domaines précurseurs
Simulation : Simulation interactive

28. Florent MICHEL 28
Les domaines précurseurs
ªJeux Vidéos :
ªImages de synthèses
ªtemps réel

29. 29
Les différents capteurs et
interfaces

30. Florent MICHEL 30
Définition DOF
ªdegree of freedom = degré de liberté

31. Florent MICHEL 31
Tracker
ªMagnetique
Avantages
+ Large domaine d’utilisation
(9m de rayon)
+ Peu invasif
+ Prix modéré
Inconvénients
- Distorsion du champ magnétique
en présence de métal

32. Florent MICHEL 32
Tracker
ªMagnetique

33. Florent MICHEL 33
Tracker
ªOptique
Avantages
+ Précis
+ Non intrusifs
+ N’entravent pas l’utilisateur
Inconvénients
- Techniques de traitements d’images
- Problèmes d’occlusion

34. Florent MICHEL 34
Tracker
ªMécanique
Avantages
+ Pas de temps de latence
+ Très précis
Inconvénients
- Encombrants
- Entrave la liberté de mouvement
- Chers

35. Florent MICHEL 35
Tracker
ªAccoustique
Avantages
+ Pas d’interférence avec le métal
+ Prix modéré
Inconvénients
- Peu précis
- Sensible au bruit environnant
(touches de clavier, sonnerie
téléphone)

36. Florent MICHEL 36
Gants de données

37. Florent MICHEL 37
Capteurs simples
ª Gyroscope
ª Capteur de pression
ª Potentiomètre
ª Accéléromètre
ª Télémètre
ª Capteur de flexion
ª Etc…

38. 38
Les sens humains et la RV

39. Florent MICHEL 39
L’étude des sens et de
leurs interprétation
> Vouloir immerger un utilisateur dans un
dispositif de réalité virtuelle revient à
vouloir tromper ses sens.
> Il faut donc connaître les informations
qu’ils transmettent au cerveau et
savoir comment elles sont analysées.

40. Florent MICHEL 40
La vue
La vue est le sens :
ªPrédominant chez l’Homme
ªLe plus exploité en réalité virtuelle

41. Florent MICHEL 41
La vue
1- Vision
2- Analyse
3- Déduction

42. Florent MICHEL 42
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]

43. Florent MICHEL

44. Florent MICHEL 44
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]

45. Florent MICHEL

46. Florent MICHEL 46
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]
ª Occultations [M]

47. Florent MICHEL

48. Florent MICHEL

49. Florent MICHEL 49
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]
ª Occultations [M]
ª Gradient de texture [M]

50. Florent MICHEL

51. Florent MICHEL 51
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]
ª Occultations [M]
ª Gradient de texture [M]
ª Mouvements relatifs [B]

52. Florent MICHEL 52
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]
ª Occultations [M]
ª Gradient de texture [M]
ª Mouvements relatifs [B]
ª Perspectives [M]

53. Florent MICHEL

54. Florent MICHEL 54
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]
ª Occultations [M]
ª Gradient de texture [M]
ª Mouvements relatifs [B]
ª Perspectives [M]
ª Concordance Géométrique [B]

55. Florent MICHEL 55

56. Florent MICHEL 56

57. Florent MICHEL 57
Le cerveau va mettre en correspondance ces deux images

58. Florent MICHEL 58
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]
ª Occultations [M]
ª Gradient de texture [M]
ª Mouvements relatifs [B]
ª Perspectives [M]
ª Concordance Géométrique [B]
ª Convergence [B]

59. Florent MICHEL 59
Muscles règlent
la vergence
Proprioceptif

60. Florent MICHEL 60
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]
ª Occultations [M]
ª Gradient de texture [M]
ª Mouvements relatifs [B]
ª Perspectives [M]
ª Concordance Géométrique [B]
ª Convergence [B]
ª Accommodation [B]

61. Florent MICHEL 61
Muscle ciliaire actionne
La profondeur de champ.
Paramètre proprioceptif

62. Florent MICHEL
accomodation à l'infini accomodation à courte distance

63. Florent MICHEL 63
Les facteurs d'analyse
ª Ombres [M]
ª Dimensions relatives [M]
ª Occultations [M]
ª Gradient de texture [M]
ª Mouvements relatifs [B]
ª Perspectives [M]
ª Concordance Géométrique [B]
ª Convergence [B]
ª Accommodation [B]
ª Parallaxe [B]

64. Florent MICHEL
Vision en relief, sans
technique !

65. Florent MICHEL 65
Restitution visuelle
Différents types d’interfaces visuelles:
ª Desktop
ª Table immersive
ª Salle immersive
ª Cube immersif
ª Casque immersif

66. Florent MICHEL 66

67. Florent MICHEL 67
Restitution visuelle
ªDesktop

69. Florent MICHEL 69
écran Auto-stereoscopique

70. Multiple Flatscreens

71. Panoram Tech 3-Screen Desktop

72. Veridian System

73. Air Traffic Control Training

74. Florent MICHEL 74
Restitution visuelle
ªDesktop: utilisations dérivées
Écran délocalisé
Écran mobile
Écran hémisphérique

77. Florent MICHEL 77
St. Anslem’s College VR/Eye Tracking Lab

79. FloStation

80. Virtual Window 3-D Display (courtesy of Virtual Research Co.)

81. Florent MICHEL 81
Restitution visuelle
ªTable immersive

82. The ImmersaDesk

83. Florent MICHEL 83
Restitution visuelle
ªSalle Immersive
Plat
hémisphérique
Hémicylindrique

84. Florent MICHEL 84
Restitution visuelle
ªSalle Immersive

85. Florent MICHEL 85
Restitution visuelle
ªCube immersif

87. Florent MICHEL 87
Restitution visuelle
ªDérivés : Système Move™

88. Florent MICHEL 88
Restitution visuelle
ªDérivés : Système Rave™

89. Florent MICHEL 89
Restitution visuelle
ªCasques immersifs (HMD)

91. Florent MICHEL 91

93. 5th Dimension Technology HMD

96. Florent MICHEL 96
L’audition
ªLe son anticipe le regard
1- Captation
2- Analyse
3- Spatialisation

97. Florent MICHEL 97
L’audition
ª Le son spatialisé nous donne :
ªLa position des sources sonores dans l'espace
(perception de la direction et de la distance):
Localisation auditive
ªDes informations sur le lieu d'où est parti le son
(réflexions sur les parois et l'effet de salle):
ªla taille de l’espace
ªespace ouvert ou fermé

98. Florent MICHEL 98
Restitution auditive
ª Les dispositifs de restitution sonore multicanal

99. Florent MICHEL 99
Restitution auditive
ª Les dispositifs de restitution sonore
Binaurale / Transaurale

100. Florent MICHEL 100
Techniques de spatialisation
ª Synthèse binaurale : Consiste à traiter une source monophonique par
un couple de filtres (HRTF gauche et HRTF droite) pour reconstituer
les deux signaux destinés à être écoutés sur casque
(Laroche 1995)

101. Florent MICHEL 101
Techniques de spatialisation
ª Reproduction transaurale : C’est la
synthèse binaurale sur deux haut-parleurs
ª Pb: les trajets croisés (contribution du haut-
parleur droit au signal reçu par l'oreille
gauche, et inversement)
ª Solution : matrice de filtrage inverse
(annuler l'onde acoustique transmise de
chaque haut-parleur vers l'oreille opposée)

102. Florent MICHEL 102
Position spatiale du son
ª En réalité virtuelle : La position de la source sonore = direction
(azimut+élévation) + distance

103. Florent MICHEL 103
Le toucher
Haptique = Tactile + Kinesthésique

104. Florent MICHEL 104
ª Contact surfacique de la peau avec un objet
ª Transmission via les terminaisons nerveuses
cutanées
ª Caractéristiques concernées :
ªPression
ªRugosité
ªTempérature
ªGlissement
ªVibrations…
Le toucher : sens tactile

105. Florent MICHEL 105
ª Interface à retour de contact / pression
Le toucher : sens tactile

106. Florent MICHEL 106
ª Interface à retour de texture / rugosité
Micro-tiges
Le toucher : sens tactile

107. Florent MICHEL 107
ª Interface à retour de texture / rugosité
Électrodes
Le toucher : sens tactile

108. Florent MICHEL 108
ª Interface à retour de texture / rugosité
Vibreurs
Le toucher : sens tactile

109. Florent MICHEL 109
ª Interface à retour de température
Le toucher : sens tactile

110. Florent MICHEL 110
Le toucher : Sens kinesthésique
ªTransmission via les tendons
d’attache des muscles aux os
ªCaractéristiques concernées:
ªForme
ªMasse
ªDureté
ªInertie
ªContraintes …

111. Florent MICHEL 111
Le toucher : Sens kinesthésique
ªGants exosquelettes

112. Florent MICHEL 112
Le toucher : Sens kinesthésique
ªBras à retour d’efforts

113. Florent MICHEL 113
Le toucher : Sens kinesthésique
ªSpidar (SPace Interface Device for Artificial Reality)

114. Florent MICHEL 114
L’odorat
ª Contrairement à la vision, au son et au
toucher, l’odorat est un sens chimique
ª Sens subjectif
ª Pas de synthèse

115. Florent MICHEL 115
L’odorat
Olfacom
Ruetz - Sniffman
P@d -
Osmooze

116. Florent MICHEL 116
L’odorat
Aromajet
Aerome

117. Florent MICHEL 117
L’odorat
Multi diffuseur

118. Florent MICHEL 118
Le goût
ª4 saveurs de bases
ªPeu exploité en RV

119. Florent MICHEL 119
Les autres sens…
ªLe mouvement
ªL’orientation
ªL’équilibre
Le système vestibulaire

120. 120
Les grands principes de la RV
La liberté du virtuel
Les contraintes du réel

121. Florent MICHEL 121

122. Florent MICHEL 122

123. Florent MICHEL 123

124. Florent MICHEL 124
Conception Évaluation

125. Florent MICHEL 125
La Cinétose
ª Définition:
ªLa cinétose est également appelée mal du virtuel
ou mal des transports. C’est l'ensemble des
troubles provoqués chez certains sujets par une
immersion dans un monde virtuel, un voyage en
bateau, en voiture, en train ou en avion. Son
apparition est essentiellement due à des conflits
sensori-moteurs.

126. Florent MICHEL 126
La Cinétose
ªPourquoi:
ª La RV expose l’être humain à des conflits sensoriels de
divers types.
ª Toutes les informations sensorielles usuellement présentes
dans le monde réel ne le sont pas nécessairement dans
l’environnement virtuel.
Conflit sensoriel
SNC Processus d’adaptation L’adaptation est impossible
Effets secondaires

127. Florent MICHEL 127
La Cinétose
ªComment l’éviter
ª Limiter les conflits sensori-moteurs lors de l’immersion.
ª Des études ont montré que la présence est inversement
liée à l’apparition de cinétose (Witmer 1998): plus le sujet
se sent présent dans l’environnement virtuel, moins il est
malade.

128. 128
Les champs d’application de la RV

129. Florent MICHEL 129
Industrie
ªPSA

130. Florent MICHEL 130

131. Florent MICHEL 131

132. Florent MICHEL 132
Médecine
ª Entraînement à la suture
ª Robot Da Vinci

133. Florent MICHEL 133
Effets de la présence
ª Émotions
ª Plusieurs études ont démontré une corrélation positive entre
le degré de présence et les différentes peurs (peur de voler,
la peur des hauteurs, la peur de parler en public,…).
ª Thérapie virtuelle
ª Elle se base sur le fait que le patient doit ressentir le
caractère anxiogène du stimulus angoissant
ª Sans un niveau de présence satisfaisant, l’exposition virtuelle
pour les phobies s’avère inefficace car la personne ne ressent
aucune anxiété et perçoit l’environnement virtuel comme un
jeu.

134. Florent MICHEL 134
Psychologie
ª Traitement des Phobies

135. Florent MICHEL 135
Psychologie
ª Vepsy

136. Florent MICHEL 136
Formation
Réalité augmentée chez BOEING
pour l’apprentissage des procédures

137. Florent MICHEL 137
Effets de la présence
ª Performance
ª Dans une étude, Pausch a démontré qu'une plus grande
immersion dans un environnement virtuel améliore
l’efficacité des utilisateurs dans l’exécution de certaines
tâches. (Pausch 1993)
ª Apprentissage
ª Un utilisateur apprend plus efficacement en utilisant un
système de réalité virtuelle immersif plutôt qu’un autre
système suscitant un degré de présence plus bas. (Azar 1996)

138. Florent MICHEL 138
Formation
Entraînement au déminage

139. Florent MICHEL 139
Formation
Apprentissage des techniques
de soudures

140. Florent MICHEL 140
Patrimoine
ªReconstitution historique / visites
virtuelles

141. Florent MICHEL 141
Patrimoine
ªPrésentation d’objets muséographiques

142. Florent MICHEL 142
Recherche
ªNavigation dans le génome humain

143. Florent MICHEL 143
Recherche
ªHaptisation de l’information

144. Florent MICHEL 144
Ludique

145. Florent MICHEL 145

146. Florent MICHEL 146

147. Florent MICHEL 147

148. Florent MICHEL 148

149. Florent MICHEL 149

150. 150
Les technologies et les logiciels
utilisés en RV

151. Florent MICHEL 151
Rasterizer
ªOpen GL
ªDirectX
Technologies de rendu 3D

152. Florent MICHEL 152
Modélisation 3D
ª 3D Studio Max
ª Maya

153. Florent MICHEL 153

154. Florent MICHEL 154
Développement temps réel 1
ªPure Data
ªMax MSP

155. Florent MICHEL 155
Développement temps réel 2
ªEyesWeb

156. Florent MICHEL 156
Virtools

157. 157
Bibliographie

158. Florent MICHEL 158
Le traité de la Réalité Virtuelle

159. Florent MICHEL 159
Auteurs:
Dans le Traité de la réalité Virtuelle:
ª Philippe Fuchs [La méthode I2]
ª Eveline Klinger & Isabelle Viaud-Delmon [Réalité Virtuelle et
psychiatrie]
Publications :
ª L. Dominjon, A. Lécuyer, J.M. Burkhardt, P. Richard, and S. Richir,
"Influence of Control/Display Ratio on the Perception of Mass of
Manipulated Objects in Virtual Environments", Proceedings of IEEE
International Conference on Virtual Reality (IEEE VR), Bonn, Germany,
2005