Interfaces comportementales

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mentale peut être capable d'induire un tel sentiment chez le sujet. La présence est donc une notion difficile à définir car liée à "l'expérience", autrement dit "vous comprenez le sentiment de présence

une fois que vous y êtes confronté et que vous le vivez" (M. Abrash).

L'immersion peut ainsi permettre d'impliquer physiquement un individu dans une activité naturelle

et réaliste conditionnée par l'environnement simulé. Nous reviendrons sur cette particularité dans la

suite du manuscrit.

2.3 Interfaces comportementales

Comme dit précédemment, les interfaces comportementales sont utilisées pour permettre une interaction et une immersion de l’utilisateur dans l’EV. La réalité virtuelle exploite et développe quatre catégories d’interfaces (Fuchs 1996) : les dispositifs de capture de position et de mouvement (capteurs, gant, combinaison, etc.), les dispositifs de présentation visuelle (grand écran, casque, etc.), les dispositifs de retour proprioceptifs et cutanés (touché, chaleur, etc.), les dispositifs d’entrée et de présentation sonore (son spatialisé, reconnaissance vocale, etc.). Nous nous concentrons ici sur quelques exemples d'interfaces comportementales et de dispositifs de réalité virtuelle classiquement considérés comme immersifs (principalement d'un point de vue visuel).

2.3.1 Dispositifs "Immersifs"

Les visiocasques ou HMD (Head Mounted Display)

Historiquement, les HMD ont été les premiers systèmes immersifs et ont porté l’image de la RV. Le visiocasque permet une immersion visuelle totale de l'utilisateur et donc un isolement essentiel pour l’immersion. Un certain nombre de défauts ont souvent été reprochés à ces systèmes (poids élevé, champs de vision limité, troubles et fatigues visuelles dues à une fréquence de rafraîchissement trop faible des images). Cependant, les important progrès techniques réalisés ces dernières années ont permis de résoudre ces problèmes. La Figure 2-2 présente différents types de casques immersifs ainsi que leurs évolutions avec le temps.

Les salles immersives ou CAVE

Les CAVE et salles immersives permettent également d’immerger un utilisateur dans un environnement à l'échelle 1 (Figure 2-3). Ce sont les systèmes immersifs les plus imposants. Ils associent plusieurs écrans disposés orthogonalement sur lesquels est projetée une scène en relief entourant l’utilisateur immergé. Les CAVE peuvent disposer d’un nombre plus ou moins important de faces de projection : de 2 jusqu'à 6 pour un cube complet.

Contrairement aux casques, les projections sur écrans de ces dispositifs implique un retour visuel du monde réel. La vision n'est pas totalement coupée du monde extérieur et l'utilisateur peut donc voir son corps pendant les simulations (nous reviendrons sur ce point dans la suite du manuscrit). L’avantage de ces salles est qu’elles permettent à plusieurs utilisateurs de visualiser simultanément le même environnement virtuel. Cependant ces dispositifs nécessitent souvent un bâtiment ou une structure dédiée. Ce sont donc des systèmes complexes et onéreux (contrairement aux casques immersifs), ce qui explique qu’ils ne sont souvent rencontrés que dans les grands groupes industriels ou les instituts de recherche. Nous pouvons également citer le développement de nouveaux systèmes tels que le Hyve-3D (Hybrid Virtual Environment 3D) développé par le laboratoire de

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recherche Hybridlab de l'Université de Montréal5. Bien que ce dispositif n’ait pas les mêmes fonctions immersives qu’un CAVE, il permet une vision de l'environnement à l'échelle 1 (Figure 2-3), pour un coût financier moindre et une plus grande facilité de déplacement.

2.3.2 Dispositifs d'interaction

Parmi les dispositifs d’interaction nous retrouvons les interfaces haptiques permettant de confronter l'utilisateur à des contraintes physiques générées par un environnement virtuel (bras à retour d'effort, systèmes à câbles, etc.) (Buoguila et al. 2001), et les interfaces de localisation permettant de détecter les mouvements corporels de l'utilisateur. Nous nous intéressons ici à ces dernières.

Figure 2-2. Evolution des Visiocasques ou HMD (Head Mounted Display).

Figure 2-3. Gauche : système de type CAVETM. Droite : concept Hyve-3D développé par le laboratoire de recherche Hybridlab de l'Université de Montréal (Dorta et al. 2009; Dorta et al. 2012).

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Figure 2-4. Opérateur portant un système de capture de mouvement optique avec marqueurs.

Interfaces de localisation (captures de mouvements)

De nombreux systèmes permettant de tracker les mouvements du corps humain sont disponibles, et développés à partir de différentes technologies. Nous pouvons citer par exemple les systèmes mécaniques, électromagnétiques, inertiels, ou encore les systèmes optiques, que nous présentons ici.

Les systèmes optiques sont traditionnellement composés de marqueurs positionnés sur le corps (Figure 2-4), permettant de détecter en temps réel la position des membres dans l'espace. Ces marqueurs peuvent être actifs ou passifs. Le principe de fonctionnement des marqueurs actifs est celui "d'émetteur-récepteur", c.-à-d. que les marqueurs émettent directement un signal infrarouge capté par des cellules photosensibles. Les marqueurs passifs sont généralement des boules réfléchissantes captées par triangulations à l'aide de plusieurs caméras. Les caméras émettent un rayonnement infrarouge, réfléchi par les marqueurs dont la surface est composée d'une matière réfléchissante, puis renvoyé à ces mêmes caméras. Ces systèmes sont très utilisés car présentant de nombreux avantages. Ils ne requièrent pas de câble et permettent donc plus de liberté de

mouvement, le taux d'échantillonnage est élevé permettant d'avoir un suivi très "propre" et précis

des données, pour suivre plusieurs sujets.

2.3.3 Le pseudo-haptique

Les interfaces à retour d'effort (ou haptiques) permettent d'appliquer à l'utilisateur des contraintes physiques générées par un environnement virtuel. Ces dispositifs peuvent s’avérer intéressants pour permettre une interaction « physique » avec l’EV. Cependant, ces techniques faisant appel à des dispositifs physiques, le comportement de l'opérateur en interaction avec le monde virtuel n'est généralement pas représentatif de ce qu'il serait dans le monde réel.

Le retour pseudo-haptique est une technique permettant de simuler les sensations haptiques sans recourir à des dispositifs de retour physiques direct, et donc sans contraindre directement le comportement naturel de l’utilisateur. Les sensations haptiques sont virtuellement simulées en capitalisant les propriétés de la perception humaine. La vision est utilisée pour modifier la perception haptique et engendrer une illusion de retour d'effort physique sur l'utilisateur. Il peut être utilisé

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pour simuler différentes propriétés comme la raideur d'un ressort virtuel, le poids d'un objet, ou la texture d'une image par exemple (Lecuyer 2009).

Figure 2-5. Simulation pseudo-haptique de la force d'un écoulement de fluide sur la main de l'utilisateur. Gauche : l'opérateur bouge la main pour compenser l'impact virtuel de l'écoulement du fluide. Droite : vision

de la main virtuelle dans le visiocasque (Pusch et al. 2009).

Dans Gomez Jauregui et al. (2014), le principe du pseudo-haptique est utilisé pour simuler la perception de poids en modifiant en l'animation visuelle d'un mannequin virtuel. Dans Pusch et al. (2009), le pseudo haptique est utilisé pour simuler la force d'un écoulement sur la main d'un sujet visuellement immergé dans un environnement virtuel à l'aide d'un visiocasque (Figure 2-5). Ainsi, l'utilisation des propriétés pseudo-haptique peut être très intéressante car un individu peut ressentir une sensation d'effort en étant immergé dans un monde virtuel sans avoir besoin d'interfaces physiques (bras à retour d'efforts par exemple). Ainsi, l'encombrement est moindre, les mouvements non contraints et l'interaction du sujet avec l'EV plus naturel.

De notre point de vue, ce principe de pseudo haptique directement appliqué aux mouvements de