3. Techniques et outils employés
3.4. Plateforme expérimentale
Dans cette section, nous décrivons la plateforme expérimentale développée pour réaliser les expérimentations présentées dans cette thèse. Elle permet un rendu sonore spatial en temps réel et elle inclue le suivi de la tête, la restitution binaurale et multicanale de champs sonores ainsi que des effets de réverbération simplifiés.
Cette plateforme est similaire à d’autres solutions existantes telles que l’IKA-SIM, le DIVA et le VAP entres autres. La valeur ajoutée de la plateforme proposée dans le cadre de cette thèse, est sa capacité à combiner une spatialisation sonore et des indications auditives supplémentaires.
3.4.1. Architecture logicielle
La Figure 3.9 montre le schéma de l’architecture matérielle de la plateforme expérimentale. Les divers composants et leur connectivité sont montrés dans ce schéma.
Les caractéristiques les plus importantes de ces composants sont montrées dans le Tableau 3.1. La dernière colonne comprend des caractéristiques ayant un impact important sur les expériences. Ces informations sont importantes pour deux raisons. Premièrement, elles permettent la différenciation de la solution technologique utilisée des autres solutions disponibles sur le marché. Deuxièmement, elles permettent d’estimer la performance de chaque composant et de l’ensemble du système.
La Nintendo Wiimote (Nintendo [2008]) est un dispositif de commande sans fil avec retour de vibration et interface Bluetooth. Ce dispositif permet à l’utilisateur de communiquer facilement avec le système.
Le Xsens MTi (Xsens [2009]) est un traqueur d’orientation basé sur des accéléromètres à 3 degrés de liberté (DDL) : 360º en roulis et en lacet et 180 º en tangage. L’interface du traqueur utilise la norme USB. Ce traqueur est fixé sur le casque pour permettre de capturer l’orientation de la tête de l’utilisateur. La résolution du traqueur permet un suivi de la tête approprié pour l’écoute spatiale puisque la résolution du capteur (1º) est nettement supérieure à la précision typique de l’utilisateur humain pour la localisation de sources sonores spatiales (10º-25º).
La diffusion du son est effectuée à l’aide d’un casque audio de type fermé qui permet un bon niveau d’isolation avec l’environnement acoustique réel. Le casque permet la diffusion audio à haute fidélité, il est confortable et relativement léger.
Le Novint Falcon est une interface haptique à faible coût de 3 degrés de liberté produite par Novint Technologies Inc [2007]. Ce dispositif permet de capturer la position d’un curseur en trois dimensions et de restituer une force linéaire. Il est important de mentionner que ce dispositif est utilisé comme mécanisme de positionnement et non pas pour étudier le rendu haptique. Dans les expériences réalisées, cette interface a été utilisée pour indiquer la direction dans l’espace.
α
)
1
(
100
95
.
0
=
×
−α
p
Les caractéristiques de la carte graphique et de la station de travail sont fournies dans le Tableau 3.1 pour donner une description complète de la plateforme.
Figure 3.9. Schéma de l’architecture matérielle de la plateforme expérimentale utilisée.
Tableau 3.1. Architecture matérielle
Fonction Dispositif Description Interface Vitesse Autres caractéristiques Traitement
audio
Creative Sound Blaster X-Fi Pro
Carte son PCI 194 kHz Processeur de 24 bits, effets EAX
Sortie audio Sennheiser HD 201 Casque audio Analo- gique
- Dynamique fermé Interaction
dans l’espace 3D
Nintendo Wiimote IHM sans fil Bluetooth ≈100 Hz 10 boutons, retour de vibration
Novint Falcon Interface haptique USB 480 Mbps 3 DDL ; espace de travail: 10.2cm×3 ; résolution>400 dpi ; force > 0.9 kg Suivi de mouvement
XSens MTi Traqueur basé sur
accéléromè- tres
USB 120 Hz 2.5 degrés de liberté ; erreur<1.0º Carte graphique NVIDIA Quadro FX 560 Carte graphique PCI 24 Hz 128 MB Station de travail HP xw8400 CPU - 2×1.6 GHz 2 GB en RAM 3.4.2. Architecture logicielle
Le schéma de l’architecture logicielle est montré dans la Figure 3.10. Les principales caractéristiques des composants logiciels sont détaillées dans le Tableau 3.2.
Figure 3.10. Schéma de l’architecture logicielle de la plateforme expérimentale développée.
Tableau 3.2. Architecture logicielle
Fonction Composant Version Description Auteur
Audio FMOD EX API &
Designer 4.33 & 4.23 Librairie de traitement de son Firelight Technologies Graphique OpenGL & GLUT 2.1 & 3.7 Librairie graphique Silicon Graphics &
Mark Kilgard Interaction WiiYourself ! 1.01 Interface pour la Wiimote Brian Peek
Haptic Device
Abstraction Layer (HDAL)
2.1.3 Interface pour Novint Falcon
Novint
Technologies Inc.
Suivi de
mouvement
MTi Xsens Comm Protocol
1.2 Interface pour les traqueurs MTi/MTx
Xsens Développement Microsoft Visual C++
2003
7.0 Environnement de
développement
Microsoft
FMOD (FMOD Technologies [2005]) est une libraire de traitement de son en temps réel. Elle est couramment utilisée dans le développement de jeux vidéo. FMOD permet la communication avec les dispositifs de lecture, de traitement et de diffusion audio. La librairie offre la possibilité d’utiliser différentes techniques d’audio telles que le positionnement géométrique, le filtrage fréquentiel et la réverbération. Les effets de réverbération sont produits à l’aide de la technologie EAX (Environmental Audio eXtensions, Creative-Labs [1999]).
FMOD Designer est un module complémentaire de la bibliothèque qui permet la création des collections de sons et des collections d’effets sonores paramétrées. Nous avons créé une collection de son et une collection d’effets sonores qui sont utilisées en ligne dans notre système.
L’application logicielle a été développée sur le Microsoft Visual C++ (Microsoft [2003]). Le gestionnaire de contenus est le module logiciel principal de la plateforme qui permet la gestion des ressources et la spécification de l’expérimentation. Le gestionnaire reconnaît des fichiers de configuration et permet la génération des fichiers de résultats. Les fichiers de configuration permettent de définir les ressources à utiliser et de spécifier ses conditions de fonctionnement. Par exemple, il permet d’indiquer le type de système de diffusion sonore à utiliser et de configurer la connectivité des différents dispositifs. Le fichier de spécification de l’expérimentation est utilisé pour définir et reconfigurer les différents aspects de chaque préparation expérimentale sans avoir besoin de modifier le code de l’application. Ainsi, ce fichier permet de changer les conditions expérimentales, le nombre d’essais et les conditions initiales de chacun. Le générateur de séquences aléatoires permet de créer et de sauvegarder les séquences dans lesquelles les essais expérimentaux et les conditions expérimentales sont effectués. L’enregistrement de ces séquences permet d’éviter qu’un utilisateur exécute la même séquence de essais pour deux conditions expérimentales différentes.
D’autres composants sont utilisés pour développer les différentes fonctionnalités du système. Le module graphique a été développé à l’aide des librairies OpenGL (Segal et Akeley [2006]) et GLUT (Kilgard [1996]). Celles-ci sont des librairies graphiques génériques utilisées pour le rendu tridimensionnel et pour la gestion de la communication avec la carte graphique et l’interface graphique du système d’exploitation.
Le composant logiciel pour la communication avec le traqueur (MT Communication Protocol) via USB est fourni par XSens (Xsens [2009]). La communication avec la Wiimote est effectuée à l’aide de la librairie Wiiyourself (Peek [2009]). Ce composant logiciel est basé sur le protocole de communication sans fil Bluetooth en utilisant la librairie USB HID API (Delahoussaye [2010]).
Le taux de rafraichissement de l’image et de l’audio est supérieur à 25 Hz. Ce facteur est important pour la mise à jour des positions des sources sonores. L’ensemble des composants logiciels et matériels constitue une solution à faible coût pour le rendu de son spatialisé en environnement virtuel.