Introduction à la réalité Virtuelle.

Voici une petite introduction concernant la réalité virtuelle pour découvrir ou approfondir ce vaste sujet.

1.   Définition

2.   Principes techniques et matériels

3.   Les applications

4.   Construction d'un module de réalité virtuelle

1.Définition

La réalité virtuelle (en anglais, virtual reality ou VR) est une technologie qui permet d’immerger une ou plusieurs personnes dans un monde créé numériquement qui peut être imaginaire, symbolique ou une simulation de certains aspects du monde réel.

L'immersion doit permettre une activité cognitive et sensori-motrice.

En effet la réalité virtuelle permet d'activer certains processus mentaux tels que l'attention, la mémorisation, la planification, le raisonnement... mais aussi d'agir physiquement et d'avoir des interactions avec l'environnement virtuel.

Exemples d’environnements virtuels :

2. Principes techniques et matériel

a. Principes techniques

Pour réaliser une immersion en réalité virtuelle de qualité :

•  Créer un environnement 3D à 360° pour pouvoir placer l'utilisateur au centre de la scène.
• L'affichage doit être en 3D stéréoscopique pour donner de la profondeur aux lieux et aux objets.
•  Récupérer la position et les mouvements de l'utilisateur dans l'espace pour les synchroniser avec l'environnement virtuel. (en anglais : tracking). Il existe à l'heure actuelle différentes techniques comme la reconnaissance d'image ou TLD (Tracking – Learning – Detection), la télémétrie laser, les caméras infrarouges..

b. Le matériel

Il existe plusieurs systèmes pour réaliser l'affichage comme les salles immersives sphériques ou cubiques, les écrans stéréoscopiques, et les casques de réalité virtuelle. Il existe deux grandes familles de casques : "légers" et "lourds".

Les casques dit "légers" sont des casques équipés de lunettes stéréoscopiques couplées à l’écran d'un smartphone. les plus connus sont le google cardboard, le samsung gear.

Ces casques sont très abordables, mais l'on ne profite que de la puissance de calcul d'un smartphone, ce qui contraint à afficher des contenus 3D "simples". L'utilisation des ces systèmes est plutôt récréative. Pour le "tracking" ces casques utilisent les capteurs du smartphone comme par exemple le gyroscope.

Les casques dit "lourds" de type HTC vive ou Oculus Rift profitent de la puissance de calcul d'un ordinateur possédant une carte graphique à même de pouvoir afficher deux images de bonne résolution avec un taux de rafraîchissement élevé. Ces casques possèdent des systèmes de "tracking" performants mais pour l’instant ils nécessitent l’installation "simple" de capteurs autours de l'utilisateur (Des sociétés comme eonite travaillent sur des technologies "IN-OUT" afin de se libérer des capteurs externes). Les technologies sans fil arrivent sur le marché fin 2017 afin de rendre le casque le plus indépendant possible comme le TPCAST.

Les casques audios : Grâce aux algorithmes permettant la spatialisation, et la simulation de la réverbération, on peut désormais simuler un décor acoustique réaliste et profond, alors il ne faut pas hésiter à investir dans un casque de qualité.

Les ordinateurs, aujourd’hui il est nécessaire d'utiliser un matériel de qualité avec un processeur (gamme intel i7/i5) de la RAM (8 Gigas mini), une carte graphique de dernière génération comme les nvidia gtx 1080,1070,1060 et un disque dur rapide de type SSD. Pour l'encombrement des solutions "barebones" existent comme la marque zotac.

Les capteurs de tracking externes sont des outils capables de suivre en temps réel un objet (htc tracker) ou une partie du corps (leap motion pour les mains ou la kinect de Microsoft) et permettre ainsi une synchronisation avec son clone virtuel (avatar ou objar).

Les interfaces haptiques (Le toucher) : Pour compléter l'expérience immersive, des systèmes recréant la sensation du toucher voient le jour afin de simuler, une texture, une pression, un contact...(exemples: neurodigital , Gotouch ).

Les outils de développement pour la réalité virtuelle : deux acteurs se partagent le marché les plateformes UNREALENGINE et UNITY . Ces deux systèmes permettent d’intégrer les modélisations 3D faites avec des logiciels comme 3dsmax, blender, zbrush...et de coder la logique, les interactions, piloter le hardware (déclencher un gyroscope, une caméra ..).

Le futur technique : il est compliqué de faire la liste des systèmes matériels ou informatiques qui arrivent sur le marché tant celui-ci est dynamique (beaucoup sont en phase BETA), mais il est notable que d'ici 1 an, les casques deviennent plus autonomes, plus performants, que les environnements 3d deviennent de plus en plus réalistes notamment grâce à des applicatifs tels que nurulize. Aussi les interactions deviennent encore plus poussées grâce au deep-learning et à l'intelligence artificiel avec des sociétés comme cognigy.

Il faut aussi entrevoir les solutions mécatroniques, en effet la VR peut servir d'interface de contrôle pour piloter des machines distantes en toute sécurité. Mais aussi de reproduire des actions du monde réel exercées sur une machine mécatronique afin de produire un effet ou une contrainte dans l'environnement virtuel.

3.Les applications

Le champ d’application est sans limite, en effet le potentiel d'activités cognitives et sensori moteur permet de simuler certains aspects du monde réel afin de les altérer, et de les mesurer. Mais aussi de créer des stimuli dynamiquement en fonction d'un événement physique, ou d'une action utilisateur. Avec l'amélioration des systèmes de tracking le geste utilisateur peut aussi être analysé et mesuré (précision, récurrence, durée..).

La réalité virtuelle peut aussi proposer à l'utilisateur des outils de visualisation, d'analyse, de création, ou de collaboration.

4.Construction d'un module de réalité virtuelle

Voici une courte vidéo pour expliquer la construction d'un module de réalité virtuelle :

Mise à jour 08/09/2017 : loic lextrait / Evaveo