Cours intro à la Réalité Virtuelle [2007]
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Cours intro à la Réalité Virtuelle [2007]
- 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)
- 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™
- 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
- 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]
- 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
- 67. Florent MICHEL 67 Restitution visuelle ªDesktop
- 69. Florent MICHEL 69 écran Auto-stereoscopique
- 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)
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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