grandes dimensions ,KUNZLERet RUNDE[2005]
1.5.2.3 Les interfaces auditives
La simulation de sources sonores est un paramètre complémentaire à la simulation visuelle et la simulation haptique pour la réalisation d’environnements virtuels, la per-ception sonore s’ajoutant à la perper-ception visuelle et haptique pour générer un environne-ment plus naturel. Néanmoins, les travaux portant sur la simulation de sources sonores
virtuelles reste relativement peu important par rapport à ceux consacrés aux simulations visuelles et haptiques. Les interfaces auditives sont regroupées en deux grandes familles : Les haut-parleurs souvent fixes, ils sont disposés dans la pièce. Ils permettent le partage
d’information sonore par plusieurs personnes.
Les casques audio mobiles, ils sont portés par l’utilisateur. Ils permettent l’individuali-sation des informations sonores par chaque personne.
Les rendus sonores peuvent être :
u Mono-auraux : un seul haut-parleur est utilisé. Ceci est suffisant, pour produire des sons simples comme des alarmes par exemple.
u Stéréophoniques : nous utilisons un casque ou encore deux haut-parleurs. Le rendu est partiellement spatialisé (droite-gauche).
u Spatialisés : nous utilisons deux haut-parleurs ou plus pour placer une source sonore virtuelle n’importe où dans l’espace. Un casque audio peut être aussi exploité, mais si l’utilisateur bouge la tête, il faut, en temps réel, récupérer la position de la source ce qui oblige à utiliser un localisateur.
CONCLUSION
Dans cette première partie, nous avons remarqué la difficulté à donner une définition unique à la réalité virtuelle. En effet, la réalité virtuelle s’appuie sur de multiples domaines de recherche. Ceci a pour conséquence que la réalité virtuelle a du mal encore à exister en tant que discipline à part entière. Suite à cet état de l’art sur les définitions de la réalité vir-tuelle, nous nous sommes intéressés aux différents domaines d’applications. Nous avons porté ensuite notre attention sur les interfaces matérielles rencontrées en réalité virtuelle. Toutes ces interfaces sont développées autour des différentes technologies ayant chacune leurs avantages et inconvénients. Ceci nous a permis d’aborder les principaux problèmes inhérents à ces interfaces sous des angles différents. Néanmoins, le problème commun à toutes ces interfaces est la calibration. En effet, afin de parvenir à une exploitation plus efficace, il est impératif de connaître leurs propriétés, avantages et inconvénients. Le but est de proposer, dans la mesure de possible, un moyen d’améliorer la confiance accordée à ces interfaces ainsi que leurs performances.
Calibration d’un système de tracking en
réalité virtuelle
Résumé
Ce deuxième chapitre est consacré à l’exploration des méthodes utilisées pour la calibration des systèmes de tracking de réalité virtuelle. La calibration est cru-ciale pour garantir une bonne qualité de tracking. En effet, elle doit être effec-tuée avec soin puisque son issue peut affecter les performances et la précisons des mesures retournées par le système. La première section propose de revenir sur les protocoles expérimentaux permettant la caractérisation d’un système de tracking. Dans une deuxième section, nous présentons les différentes techniques proposées pour corriger les erreurs de tracking. Cet état de l’art ne nous limite pas uniquement au domaine de la réalité virtuelle, mais nous amène souvent à explorer d’autres domaines de recherche comme par exemple le domaine de la chirurgie guidée par image ainsi que le domaine de la robotique.
Sommaire
Introduction. . . 39 2.1 Les protocoles expérimentaux de calibration des systèmes de tracking . 39
2.1.1 Supports physiques/virtuels pour l’acquisition des mesures de ré-férence . . . 40
2.1.2 Systèmes de tracking complémentaires pour l’acquisition des me-sures de référence. . . 44
2.2 Classification des protocoles de collecte de données . . . 52
2.2.1 Collecte de données dynamique versus statique. . . 52
2.2.2 Collecte de données automatique versus manuelle . . . 52
2.3 Classification des erreurs . . . 53
2.3.1 Les erreurs statiques . . . 53
2.3.1.1 Distorsions statiques . . . 53
2.3.1.2 Les erreurs aléatoires ou Gigue (Jitter) . . . 53
2.3.2 Les erreurs dynamiques . . . 54
2.3.3 L’erreur totale de tracking . . . 55
2.4.1 L’interpolation tri-linéaire . . . 55
2.4.2 L’interpolation par le point le plus proche . . . 57
2.4.2.1 Méthode de pondération linéaire . . . 57
2.4.2.2 Méthode de pondération exponentielle . . . 57
2.4.2.3 Méthode de pondération basée sur le carré de la distance. 58
2.4.2.4 Autres méthodes de pondération . . . 58
2.4.3 Interpolation polynomiale . . . 58
2.4.4 Les polynômes de Bernstein . . . 60
2.4.5 Technique de Hardy HMQ (Hardy’s multi-quadric method) . . . 60
2.4.6 Technique basée sur les réseaux de neurones . . . 61
2.5 Comparaison des techniques de calibration . . . 63 Conclusion. . . 64
INTRODUCTION
Les systèmes de tracking sont devenus indispensables depuis qu’ils sont exploités ma-joritairement comme dispositifs d’entrée dans les systèmes d’interaction 3D. Le rôle d’un système de tracking est de retourner les coordonnées d’une entité dans l’espace 3D : soit uniquement la position, soit la position et l’orientation. Dans le cas d’un système de tra-cking parfait (comme nous l’avons mentionné dans la section1.5.1.1.1), la position de l’entité retournée par le système est égale à la position réelle de cette dernière dans l’es-pace 3D. Néanmoins dans la réalité, il n’existe pas un système idéal et en conséquence, un décalage peut exister entre les coordonnées perçues par le système et les vraies coor-données. Ces erreurs sont généralement fonction dépendante de la distance de l’entité à suivre par rapport aux sources de tracking. Ces erreurs peuvent souvent être corrigées. Nous appelons cette procédure : la calibration.
2.1 LES PROTOCOLES EXPÉRIMENTAUX DE CALIBRATION DES
SYSTÈMES DE TRACKING
Pour caractériser la distribution des erreurs, nous avons besoin d’un protocole expé-rimental permettant l’acquisition des mesures. En effet, il existe une multitude de tech-niques qui permettent de recueillir les données d’un système de tracking. Certaines de ces techniques feront l’objet de la section suivante. Néanmoins, la technique optimale n’est pas nécessairement universelle mais plutôt elle est étroitement liée au type de l’appli-cation en question. Les méthodes de calibration se distinguent par le type d’équipement utilisé et par le modèle mathématique appliqué pour la caractérisation et la correction des erreurs qui entachent les mesures. Différents équipements ont été utilisés, nous citons les supports physiques ou virtuels ou encore les systèmes de mesure complémentaires tels que les systèmes de tracking optiques ultrasoniques ou mécaniques. Toutes ces méthodes utilisent deux séries de mesures :
{pi} ⊂ P ⊂ R3 et
{qi} ⊂ Q ⊂ R3,i = 1, ..., n
Où {pi} désigne l’ensemble de mesures de "tracking" dans l’espace de suivi P (enta-ché d’erreurs), {qi} désigne l’ensemble de mesures de référence dans l’espace vrai Q (non entaché d’erreurs). Certaines techniques de correction d’erreurs imposent souvent cer-taines restrictions sur la topologie des mesures pi et qi. Les mesures doivent être prises selon une mire soit dans l’espace de suivi ou l’espace vrai. Plusieurs approches ont été dé-veloppées. Une première approche consiste à déplacer le système de "tracking" dans une mire à trois dimensions rectilinéaire dont les coordonnées des nœuds sont préalablement connues dans l’espace vrai et à enregistrer les coordonnées correspondantes retournées par le système de tracking. Dans la deuxième approche, le système de tracking est déplacé dans une mire à trois dimensions rectilinéaire dans l’espace de suivi et les coordonnées vraies correspondantes du système sont enregistrées. Une troisième approche consiste à déplacer le système de tracking d’une façon aléatoire ou irrégulière et à enregistrer à la fois les coordonnées vraies et mesurées par le système tracking à chaque emplacement puis les ré-échantillonner sous la forme d’une mire à trois dimensions rectilinéaire.
2.1.1 Supports physiques/virtuels pour l’acquisition des mesures de
ré-férence
Un support physique typique (figure2.1), souvent utilisé pour l’acquisition des me-sures des systèmes de tracking magnétique, est constitué d’une planche de bois ou de plexiglas perforée et montée sur une charpente de bois mobile. Les perforations per-mettent de fixer le capteur à un endroit dont les coordonnées, sont préalablement connues.
Support latéral
Planche perforée
Plexiglas
Base