généralisée à d’autres espaces d’interaction. Seuls [Mulder et Boschker, 2004] décrivent des espaces d’interaction multi-sensoriels. Néanmoins, cette description n’est pas un modèle générique qui s’adapte à différents dispositifs immersifs, ni à d’autres techniques d’interac-tion. Elle ne propose pas non plus de solution pour intégrer ces espaces d’interaction dans le monde virtuel, ni pour les faire percevoir aux utilisateurs. Ces aspects plus conceptuels de modélisation et intégration dans l’environnement virtuel, des espaces d’interaction réels qui entourent chaque utilisateur sont traités dans le chapitre 5.
Chapitre
2
Architectures des environnements
virtuels collaboratifs
Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s’intéressent principalement à la colla-boration distante. Pour permettre à des utilisateurs situés sur des lieux géographiquement éloignés de collaborer, il faut mettre en œuvre un environnement virtuel distribué entre ces différents sites. Nous avons établi au chapitre précédent que pour permettre une colla-boration efficace, tous les utilisateurs doivent percevoir en même temps un état cohérent de l’environnement virtuel, même si les modifications de cet environnement virtuel doivent être propagées sur le réseau entre les différents sites. Il faut donc définir comment modé-liser les objets présents dans le monde virtuel et où les traiter afin d’assurer une bonne cohérence de l’environnement virtuel. Nous avons aussi conclu au chapitre précédent qu’il serait intéressant de modéliser l’environnement virtuel indépendamment des composants logiciels utilisés pour le restituer aux utilisateurs (ces composants logiciels peuvent être différents en fonction des dispositifs matériels utilisés par chacun des utilisateurs).
Nous étudions dans la section 2.1, les systèmes existants qui mettent en œuvre un environnement virtuel distribué, ainsi que les mécanismes utilisés pour assurer une bonne cohérence de cet environnement. Puis, nous détaillons dans la section 2.2, les architectures logicielles qui permettent de modéliser une application collaborative indépendamment de la partie réseau et des composants logiciels particuliers utilisés par chacun des utilisateurs. 2.1 Environnement virtuel distribué et maintien de cohérence Depuis le milieu des années 80 jusqu’à nos jours, un grand nombre d’environnements virtuels distribués a été conçu pour répondre aux besoins spécifiques d’applications diverses et variées. Ces environnements virtuels distribués comme tout système distribué nécessitent de maintenir la cohérence entre les états de chacun des utilisateurs.
Dans un premier temps, nous présentons dans la partie 2.1.1, une rapide description d’ordre générale des différents systèmes étudiés dans cette section. Puis, nous montrons dans le reste de la section que les caractéristiques, en terme de cohérence et de performance d’un environnement virtuel distribué, sont fortement corrélées au choix de l’architecture du système. En effet, parmi les différents choix techniques possibles, certaines solutions per-mettent de répondre plus ou moins bien aux différents besoins d’un environnement virtuel
collaboratif distribué. Par exemple, certaines architectures permettent de maintenir une forte cohérence entre les différents états de l’environnement virtuel mais introduisent de la latence lorsque les utilisateurs interagissent. À l’inverse, d’autres architectures autorisent quelques incohérences entre les états de l’environnement perçus par les différents utilisa-teurs mais offrent un temps de réponse bien meilleur lors des interactions. Généralement, les états de l’art existants classent les environnements virtuels distribués en fonction soit de la façon dont les ordinateurs sont connectés entre eux [Delaney et al., 2006b][Joslinet al., 2004], soit de la façon dont les données relatives à l’environnement virtuel sont distribuées sur ces ordinateurs [Macedonia et Zyda, 1997][El Zammar, 2005]. Même si ces deux ca-ractéristiques sont souvent liées entre elles, il existe de plus en plus de solutions hybrides qui mixent ces deux choix en fonction des besoins de l’environnement virtuel collaboratif. Comme présenté dans [Fleuryet al., 2010b], nous avons donc choisi de classer les solutions existantes, d’une part, en fonction du type d’architecture réseau du système (partie 2.1.2) et, d’autre part, en fonction de la distribution des données (partie 2.1.3). Enfin, dans la partie 2.1.4, nous présentons les mécanismes qui permettent d’assurer une bonne cohérence de l’environnement virtuel.
2.1.1 Systèmes étudiés
Parmi les systèmes étudiés, les deux plus anciens sont Reality Build for Two [Blan-chard et al., 1990] et MR Toolkit [Shaw et Green, 1993].Reality Build for Twoest souvent considéré comme le premier environnement virtuel distribué. Il permet de mettre en rela-tion dans un même monde virtuel deux utilisateurs équipés de HMD et de gants de réalité virtuelle leur permettant d’interagir. Il a été développé par la société VPL Research, Inc. fondée par Jaron Lanier et spécialisée dans ce genre de dispositifs de visualisation et d’inter-action. MR Toolkit est un système plus expérimental développé par l’université d’Alberta au Canada. Il permet de mettre en relation plusieurs utilisateurs distants dans un même environnement virtuel collaboratif. Il a été utilisé, par exemple, pour mettre en place une démonstration d’un jeu de Handball à plusieurs joueurs.
L’environnement virtuel à vocation militaire SIMNET [Calvinet al., 1993] est également un des plus anciens. Il aurait été instancié par le DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) dés 1983 avec le support de l’armée américaine. Il a été utilisé pour connecter différents simulateurs de véhicule (chars, hélicoptères, avions, etc.) au travers d’un réseau à grande échelle (WAN) pour effectuer des simulations de combat. Le but de ce projet était de prouver qu’un environnement virtuel distribué pouvait être utilisé pour entraîner des soldats de façon rentable. SIMNET a aussi été utilisé pour tester et évaluer de nouvelles techniques de combat ou de nouveaux types de véhicule lors de batailles virtuelles. Le système NPSNET [Macedonia et al., 1994] a également été conçu pour les simulations militaires avec un nombre de participants importants sur des réseaux à grande échelle. Il a été développé par la Naval Postgraduate School (NPS)à Monterey en Californie (USA). La distribution de l’environnement virtuel est basée sur une décomposition en différents objets et sur des événements entre ces objets. Cet environnement virtuel distribué a été l’un des précurseurs au niveau de la distribution réseau avec l’utilisation du multicast, de mécanismes de réductions des communications réseaux et de l’informatique parallèle pour distribuer les traitements sur les machines des différents utilisateurs.
Les systèmes RING [Funkhouser, 1995], BrickNet [Singh et al., 1995] et VIPER [Tor-guet et Caubet, 1995] se concentrent principalement sur la distribution sur le réseau. RING
Environnement virtuel distribué et maintien de cohérence
a été conçu par le laboratoire de télécommunications AT&T Bell. Il propose d’intégrer un grand nombre d’utilisateurs dans un même environnement virtuel en réduisant les commu-nications sur le réseau et les traitements en fonction de ce que voit chaque utilisateur. Il s’adapte donc particulièrement bien aux environnements virtuels où il y a de nombreuses occlusions comme un bâtiment ou une ville. Bricknet a été développé à l’université natio-nale de Singapour(NUS) et sa particularité réside principalement dans le fait que chaque utilisateur peut avoir des objets virtuels privés ou publiques. Il a permis de développer un environnement virtuel pour la formation à distance où des élèves peuvent avoir chacun des objets privés pour réaliser les manipulations demandées, mais ils peuvent aussi par-tager ces objets lorsqu’ils ont besoin de les montrer à d’autres élèves ou à l’instructeur. Enfin, VIPER a été conçu à l’université Paul Sabatier de Toulouse et propose de modéliser un environnement virtuel distribué en se focalisant sur les échanges (symbolisés par des stimulus) entre les entités virtuelles.
Le système VISTEL(Virtual Space teleconferencing system)[Yoshidaet al., 1995] a été développé par l’ATR Research Labau Japon. Comme son nom l’indique, ce système propose d’étendre un système de téléconférence en un espace virtuel dans lequel les utilisateurs ne font pas seulement que parler, mais peuvent aussi partager des objets 3D pour améliorer leurs possibilités de collaboration.
La plate-forme logicielle SPLINE (Scaleable PLatform for Interactive Environments) [Waters et al., 1997], développée par le Mitsubishi Electric Research Lab, permet de créer des environnements virtuels distribués adaptés à la collaboration entre plusieurs utilisateurs distants. Les applications de ce système portent principalement sur les relations sociales dans un monde virtuel avec les utilisateurs qui interagissent au travers de leur avatar. L’application la plus célèbre, appelée “Diamond Park", permet à des utilisateurs de se promener à vélo dans un parc virtuel en pédalant sur des vélos dans le monde réel.
Les systèmes PaRADE [Roberts et Sharkey, 1997] et DIVE [Frécon et Stenius, 1998] s’attaquent tous les deux au problème des réseaux hétérogènes : ils ont pour but de connec-ter entre eux, dans un même environnement virtuel, des utilisateurs qui utilisent des réseaux aux caractéristiques différentes. PaRADE (Predictive Real time Architecture for Distribu-ted Environments)a été conçu à l’université de Reading en Angleterre. Il permet d’intégrer dans un même monde virtuel des utilisateurs avec des machines de puissance hétérogène, connectées soit par un réseau local (LAN), soit par une réseau étendu (WAN). Il cherche à minimiser la bande passante utilisée par un environnement virtuel distribué en mettant en place des techniques pour prévoir les événements qui peuvent survenir dans l’environ-nement virtuel. DIVE (Distributed Interactive Virtual Environment) a été développé par le Swedish Institute of Computer Science. DIVE est basé sur un ensemble de processus de communication exécutés sur les machines des différents utilisateurs connectées par un réseau LAN ou une réseau WAN. Chaque processus représentant soit un utilisateur hu-main, soit une application autonome, communique avec une base de données qui stocke une description des objets du monde virtuel afin de garantir sa cohérence.
Le système SPIN-3D [Dit Picardet al., 2002] a été développé par le laboratoire d’infor-matique fondamentale de Lille dans un projet financé par France Télécom R&D. Il permet de créer une salle de réunion virtuelle où chacun des utilisateurs est représenté par un avatar situé autour de la table d’une salle de réunion. Les utilisateurs peuvent interagir ensemble et partager des documents durant la session collaborative. La particularité de SPIN-3D réside dans le fait que seul les objets virtuels partagés et les documents partagés sont synchronisés entre les utilisateurs sur le réseau, et non toute la scène virtuelle.