Évaluation de l’interface tangible reconfigurable tri- tri-angulairetri-angulaire

Nous souhaitions comparer le RTD-3 à des techniques de manipulation collabora-tive couramment rencontrées en réalité virtuelle. À travers une tâche de type « pick-and-place¹», des couples d’utilisateurs ont évalué notre technique ainsi que celle de la Moyenne et de la Séparation des degrés de liberté où toutes deux n’utilisaient pas une interface tangible [ADL10a]. Dans les trois cas, il s’agissait de déplacer un capot virtuel de voiture à deux utilisateurs. Différentes données ont été relevées telles que le temps de manipulation et le nombre de collisions du capot avec l’environnement vir-tuel. Les utilisateurs ont également rempli des questionnaires évaluant leurs préférences subjectives.

5.3.1 Descriptions des techniques à comparer

5.3.1.1 La moyenne

La moyenne vise à combiner les mouvements de plusieurs utilisateurs en calculant des moyennes sur les positions et les orientations que chacun suggère. Cette technique est très souvent employée pour combiner des actions en réalité virtuelle afin de déplacer un objet à plusieurs utilisateurs. Elle trouve une description, par exemple, dans [RSJ02]. Nous avons décidé de baser notre implémentation sur les mouvements des utilisa-teurs au lieu des positions qu’ils donnent directement. Par conséquent, les utilisautilisa-teurs

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sont libres de se placer où ils l’entendent. Ils peuvent alors profiter d’un plus grand confort en évitant de se tenir très près de leur partenaire. Une autre raison est que les utilisateurs n’avaient pas une position particulière à adopter pour leurs poignets en début de manipulation, d’où, là encore, un plus grand confort. Enfin, il reste une raison plus pratique. L’usage direct des positions pouvait aboutir à la situation où les utilisa-teurs étaient comme en train de vouloir faire traverser le sol à l’objet virtuel manipulé, lorsque la manipulation démarrait. Des instabilités de l’objet apparaissaient alors.

Les positions et orientations de l’objet manipulé sont notées p_obj et q_obj, où p est une position dans un espace en 3D et q est un quaternion. Une position et une orientation fournies par un utilisateur n sont obtenues périodiquement et notées p_n et q_n. Nous obtenons :

p_obj = _t~_{1+ ~t2}

2 ^{+ pobj avec ~}t_n= p_n− p_n,prev (5.1)

q_obj= slerp(q₁, q2,¹

2^{) avec qn= (qn}· q_n,prev⁻¹ ) · q_obj (5.2) La fonction « slerp » réalise une interpolation linéaire sphérique² entre deux quater-nions [Sho85].

En pratique, si les deux utilisateurs effectuent des mouvements opposés, l’objet virtuel reste quasiment stationnaire. Si l’un des deux utilisateurs reste inactif, l’autre devra exagérer ses mouvements pour compenser. Si les deux utilisateurs se coordonnent, comme sur la figure 5.7, alors l’objet virtuel sera déplacé avec fluidité.

Fig. 5.7 – Deux utilisateurs manipulent un capot virtuel de voiture par la technique de la moyenne. Les deux utilisateurs adoptent une posture semblable pour faciliter leurs actions.

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5.3.1.2 La séparation des degrés de liberté

Le principe de la technique séparant les degrés de liberté est de distribuer les degrés de liberté associés à l’objet à manipuler aux utilisateurs. Un utilisateur ne gère que les translations de l’objet virtuel manipulé tandis que l’autre utilisateur ne contrôle que les rotations. Cette technique est décrite dans [RSJ02], par exemple.

Afin de fournir un comportement homogène aux utilisateurs avec la technique de la moyenne, l’implémentation de cette technique travaille sur les mouvements des uti-lisateurs (cf. figure 5.8). Les raisons de ce choix sont les mêmes que pour la technique de la moyenne. D’ailleurs, des instabilités du capot apparaissent bien plus souvent avec cette technique, en comparaison de la moyenne, dès que les utilisateurs prennent le contrôle. En effet, la moyenne, par nature, atténue les mouvements involontaires des utilisateurs ; avec la Séparation, chaque utilisateur est en prise directe avec certains degrés de liberté de l’objet manipulé.

Fig. 5.8 – Deux utilisateurs manipulent un capot virtuel de voiture par la technique de la séparation des degrés de liberté. L’utilisateur debout est en train de manipuler l’orientation du capot. L’autre utilisateur est accroupi parce qu’il manipule les trans-lations de l’objet alors que ce dernier se trouve près du sol virtuel.

5.3.2 Méthode

5.3.2.1 Conditions expérimentales

Les deux utilisateurs se tenaient face à un grand écran affichant des images stéréo-scopiques. Le projecteur Barco projetait des images en 1400 x 1050 sur une surface de 3 m de long par 2 m de hauteur. L’écran était entouré de 5 caméras infrarouge de la société A.R.T. effectuant des captures de mouvements à 48 Hz pendant que l’affichage fournissait une fréquence de 48 Hz pour chaque œil. La zone scrutée par les caméras infrarouge était de 4 x4 m. Les utilisateurs portaient des lunettes actives à cristaux

li-quides et partageaient le même point de vue de la scène. Le point de vue n’était donc pas soumis à la position ou à la direction de la tête d’un des utilisateurs.

Nous avons utilisé un seul PC, composé de deux CPU Intel Pentium 4 Xeon à 3,80 Hz et d’une carte NVIDIA Quadro FX4500. L’implémentation logicielle est décrite au chapitre 6. La caméra virtuelle de la scène se déplaçait automatiquement en suivant le capot virtuel. Elle ne se déplaçait que sur la profondeur de la scène et ne changeait pas d’orientation. Elle permettait aux participants de l’expérience d’avoir une bonne vue du capot et de son environnement immédiat pour le manipuler plus efficacement. Durant l’expérience, les participants n’avaient pas besoin d’effectuer plus de deux pas en avant.

Aucun son n’était produit mais des particules jaunâtres, inspirées de [SLMA06], étaient émises lorsque le capot virtuel entrait en contact avec un autre objet virtuel. L’éclairage donnait lieu à des ombres projetées sur le sol et tout objet de la scène. Les ombres aidaient les utilisateurs à mieux évaluer la profondeur.

5.3.2.2 Procédure

L’expérimentation a fait appel à 24 participants (20 hommes et 4 femmes). Leurs âges s’étalaient de 20 à 55 ans (une personne de 41 ans et une personne de 55 ans) pour une moyenne de 26,4 ans. Peu d’entre eux (environ 21%) ont déclaré avoir une expérience en réalité virtuelle. La plupart des participants étaient des étudiants en informatique, des ingénieurs informaticiens, des chercheurs ou enseignants en informa-tique.

La tâche à effectuer est présentée sur la figure 5.9. Lorsque la manipulation com-mence, les participants doivent déplacer le capot virtuel de voiture le long d’une forme en Z pour l’extraire. Cette forme oblige les participants à fréquemment orienter le ca-pot virtuel. De cette façon, les participants doivent coordonner leurs mouvements pour translater et orienter le capot.

Une fois que le capot virtuel a été extrait de la forme en Z, les participants doivent avancer d’un pas ou deux (en marchant) pour aller déposer le capot virtuel sur son support virtuel. Ce support est composé de deux tiges qui devront être alignées avec les deux trous situés aux extrémités du capot virtuel. En outre, une forme en T est placée sur un côté du support pour forcer les utilisateurs à suivre les étapes suivantes :

1. orienter le capot virtuel pour le mettre en position quasi-verticale ;

2. aligner un trou du capot virtuel avec la tige qui est juste à côté de la forme en T ; 3. translater le capot virtuel vers le sol ;

4. en même temps, continuer à translater le capot virtuel tout en l’orientant pour le mettre à l’horizontal.

Pour chaque technique, les participants ont reçu des explications concernant son fonctionnement. Puis, les participants ont eu quelques minutes pour essayer la technique avant de passer aux tests mesurés. Les participants étaient libres de poser des questions à l’opérateur de l’expérience durant les tests uniquement.

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Fig. 5.9 – Étapes de la manipulation du capot par le RTD-3. Colonne de gauche : deux utilisateurs accomplissent la tâche avec le RTD-3. Colonne de droite : les mouvements correspondant au capot sont affichés. Les étapes de la manipulation sont : 1) la position initiale, 2) le capot passe le coude de la forme en Z, 3) passage entre la forme en T et une tige verticale, 4) positionnement final du capot sur le support. (Les images sont ici monoscopiques pour favoriser leur lecture.)

5.3.2.3 Plan expérimental

L’expérimentation a fait appel à 12 couples de participants. Chaque couple a testé les 3 techniques. Les participants étaient divisés en 6 groupes, ce qui correspond aux 6 ordres de présentation des 3 techniques. Deux scènes virtuelles étaient employées : l’une étant le « miroir » de l’autre³. Chaque couple de participants devait passer un total de 3 techniques × 2 scènes virtuelles × 2 essais = 12 essais. Le premier couple d’utilisa-teur a suivi l’ordre : RTD (R), Moyenne (M), puis Séparation (S). Le deuxième couple a suivi l’ordre MSR. Par suite, les ordres pour les autres couples étaient : SRM, RSM, SMR et MRS. Une fois ce cycle terminé, il était recommencé jusqu’à sa fin.

À la fin de l’expérimentation, chaque utilisateur devait remplir un questionnaire comportant des évaluations subjectives (utilisant une échelle de Likert à 7 valeurs) pour chacune des 3 techniques selon les critères suivants :

1. préparation à une tâche similaire dans la réalité (Préparation) ; 2. réalisme de la tâche (Réalisme) ;