Tests des configurations du système de caméras

Le dispositif pour les tests préliminaires a été simplifié de manière à se concentrer uni- quement sur le rendu des configurations. Ainsi, seul l’écran du fond a été utilisé. La position ainsi que l’orientation de la tête du sujet n’étaient pas suivies, mais considérées comme fixes : au centre de l’écran et à 1,89 m de distance de celui-ci, les trois axes de son orientation coïn- cidant avec ceux du repère de la CAVE. Son point de regard, utilisé pour certains calculs, en particulier dans le cas de configurations convergentes, n’a pas été suivi avec les lunettes ETG qui seront utilisées à l’Institut Philippe-Pinel, mais présupposé correspondre au centre du cube de la scène affichée. Celle-ci a elle aussi été choisie la plus simple possible : un cube translucide, pouvant tourner sur lui-même ou se déplacer dans l’espace, est affiché devant 2 rectangles rouges situés en profondeur au niveau de l’écran. Le cube mesure 3 cm de côté afin de faciliter pour le participant la visée de son centre. La fenêtre d’affichage, mesurant 2,89 m x 1,93 m12_{, a été centrée horizontalement dans l’écran et positionnée verticalement}

en fonction de la taille de l’observateur, de manière à ce que sa ligne de vue intersecte le centre lorsqu’il regarde devant lui.

Le programme de test, basé sur le programme pulsar de Bourke(Bourke, 1999b) a été codé en C++ avec la bibliothèque graphique OpenGL. Les propriétés des deux caméras virtuelles sont définies en utilisant les mesures précises citées ci-dessus. Leurs plans de projection étant fixés au niveau de l’écran, la distance focale qui les sépare de ceux-ci est celle entre la tête de l’observateur, ou plus précisément la marque au sol correspondant à sa position verticale, et l’écran. Les dimensions du tronc de projection au niveau de la distance focale sont alors égales à celles de la fenêtre d’affichage. L’utilisation de ces mesures pour les calculs des angles d’ouverture des caméras et du ratio des dimensions des troncs de projection assure la correspondance entre les distances réelles et virtuelles. Mis à part dans le cas de la simulation des globes oculaires, les caméras sont placées dans la scène virtuelle le long de la droite reliant les deux yeux.

Configurations du système de caméras

Les quatre configurations comparées au cours de ces tests préliminaires sont les suivantes : – Caméras parallèles, troncs asymétriques

– Caméras parallèles, troncs symétriques

– Caméras parallèles, troncs asymétriques et simulation des globes oculaires – Caméras convergentes

Pour le cas parallèle, le choix de troncs de projection symétriques ou asymétriques correspond aux configurations « parallèle » et « images translatées » décrites en section 2.3.1. Nous avons également eu l’idée de simuler les globes oculaires, en particulier les déplacements des pupilles intervenant lors des mouvements de convergence oculaire, en positionnant les caméras au niveau de celles-ci.

Les propriétés des caméras virtuelles qui diffèrent selon la configuration sont les suivantes : position de la caméra, distance focale, vecteur avant, vecteur haut et limites en X, Y et Z du tronc de projection (celles en X et en Y étant déterminées pour une distance selon l’axe Z donnée). Les prochains paragraphes illustrent la disposition des caméras ainsi que les images stéréoscopiques générées pour chaque configuration, le détail des calculs spécifiques des paramètres pouvant être consulté en annexe A. Le fait que la hauteur en Y des yeux de l’observateur coïncide avec celle de son point de regard et du milieu de la fenêtre simplifie ici les schémas et calculs, nous autorisant à rester dans le plan XZ.

Caméras parallèles, troncs asymétriques et symétriques

La figure 3.7 illustre l’influence de la DIC sur le rendu et les disparités entre les images stéréoscopiques. Deux DIC sont ici représentées, en lignes pleines et en pointillés, les couleurs bleue et orange permettant de distinguer les images destinées à l’œil gauche de celles destinées à l’œil droit. Dans le cas de la seconde configuration, les troncs des caméras sont symétriques et fixes. Les images gauche et droite obtenues sont ensuite projetées sur le même écran, ce qui revient à les translater, augmentant ainsi la disparité naturelle due à l’écartement entre les centres de projection, et conduisant à des disparités beaucoup plus importantes que dans le cas des troncs asymétriques. C’est ce phénomène qui nous a amenés à ne pas retenir cette configuration, malgré le fait que nous l’avions atténué en offrant la possibilité à l’observateur de choisir 3 DIC pour 3 profondeurs du point de regard (c’est-à-dire du centre du cube) différentes.

Caméras parallèles, troncs asymétriques et simulation des globes oculaires

L’idée nous est venue pour cette configuration d’essayer de reproduire le plus fidèlement possible le mouvement des yeux, en positionnant les caméras au niveau des pupilles et en modifiant donc leurs propriétés en fonction de l’orientation des yeux, c’est-à-dire en fonction du point de regard. La figure 3.8 illustre les différences entre les caméras gauche et droite

Figure 3.7 Impact de la distance inter-caméras sur les images stéréoscopiques obtenues avec la configuration parallèle, troncs asymétriques (en haut) ou troncs symétriques (en bas).

en raison du fait que le point de regard est excentré par rapport au plan médian. À noter que malgré la modification des troncs nous n’altérons pas l’orientation des caméras, qui sont toujours dirigées perpendiculairement à l’écran. Le rendu obtenu avec cette configuration ne nous ayant pas semblé suffisamment différentiable de celui atteint sans simulation du globe oculaire, nous avons finalement décidé de ne pas la retenir.

Point de regard

Figure 3.8 Positions et troncs de projection des caméras virtuelles dans le cas de la configu- ration parallèle, troncs asymétriques et simulation des globes oculaires.

Caméras convergentes

Contrairement aux autres configurations, ici les caméras virtuelles sont orientées vers le centre du petit cube utilisé dans la scène, et non perpendiculairement à l’écran de devant.

Leurs plans de projection ne sont donc plus parallèles à cet écran, mais le fait que le cube soit toujours situé à la hauteur des yeux de l’observateur assure qu’ils restent parallèles à l’axe Y. L’angle dièdre cause des distorsions trapézoïdales qui sont de plus en plus importantes à mesure que l’on s’éloigne de la droite d’intersection des plans le long de ceux-ci, tel qu’expliqué en section 2.3.2. Afin de diminuer les distorsions perçues par l’utilisateur, nous plaçons cette droite d’intersection en alignement avec son point de regard, en faisant se croiser les plans de projection sur la droite partant du centre des yeux et ayant pour direction la moyenne des directions des deux lignes de vues. Nous plaçons également l’intersection dans le plan de l’écran, de manière à ne pas générer de déformation de la taille du cube. En effet, si les plans s’étaient croisés au niveau du cube, alors l’affichage sur l’écran des images stéréoscopiques obtenues aurait conduit à un cube trop petit si celui-ci s’était trouvé devant l’écran, et trop grand s’il s’était trouvé derrière.

Cette configuration n’a pas été retenue car elle ne peut pas s’appliquer au cas d’une voûte de réalité virtuelle composée d’écrans plats positionnés à 90◦ les uns des autres. En effet, il faut considérer que les images vont devoir être calculées pour chacun des écrans. Or, comme nous pouvons le remarquer sur la figure 3.9, si l’une des caméras se retrouvait par exemple parallèle à l’un des écrans il serait impossible de calculer l’image correspondante à projeter sur celui-ci.

Figure 3.9 Exemple de cas où une image serait indéfinie pour l’un des écrans avec la confi- guration convergente.

Distance inter-caméras

Comme remarqué au cours de la revue de littérature, la distance inter-caméras est un paramètre influant fortement sur les performances d’une configuration, aussi bien en termes de confort que de perception de la profondeur (voir section 2.3.3). Ce paramètre intervient dans chacune des configurations présentées ci-dessus.

En dehors de la DIP anatomique, qui s’avère une valeur pertinente pour la DIC mais que nous n’avons pas explorée au cours de ces tests préliminaires, nous avons décidé de permettre à l’observateur de choisir lui-même sa DIC, à l’aide du clavier et selon les critères

cités ci-dessus.

Nous avons également envisagé qu’une seule DIC, fixe quelle que soit la distance par rapport à l’objet regardé, pouvait s’avérer trop restrictive. En effet, les disparités horizontales étant plus importantes en nombre de pixels sur l’écran pour des objets proches, un observateur pourrait trouver plus confortable de diminuer la DIC au moment de regarder ces objets, ou au contraire pourrait souhaiter l’augmenter afin de percevoir de manière plus importante leurs volumes. C’est pourquoi deux des configurations testées offraient la possibilité de choisir 3 DIC différentes pour 3 distances du point de regard, c’est-à-dire du cube. Une barre en bois verticale positionnée au niveau du cube, mais légèrement excentrée afin de ne pas occulter son affichage sur l’écran, faisait office d’indice réel de profondeur pour permettre à l’utilisateur de choisir les DIC selon sa perception des distances, en plus de son confort visuel. Une fois les 3 DIC enregistrées, une interpolation en fonction de la distance au cube permettait d’obtenir la DIC adéquate pour un point de regard situé à n’importe quelle profondeur dans l’espace. Les impressions subjectives recueillies auprès d’un participant nous ont poussés à retenir, pour l’expérimentation finale, les choix d’une ou de trois DIC pour le paramètre de la distance inter-caméras, auxquels vient s’ajouter la DIP anatomique.