Visualisation en EV

Certaines caract´eristiques des syst`emes immersifs permettent d’am´eliorer l’immersion et le r´ealisme de la simulation. Tout d’abord, la vision st´er´eoscopique permet de percevoir la sc`ene en trois dimensions. Ensuite, le calcul des images en fonction du point de vue de l’utilisateur, que nous appellerons point de vue dynamique, qui grˆace aux syst`emes de suivi de mouvements (tracking) permet `a l’utilisateur de voir les diff´erentes parties d’un objet lorsqu’il se d´eplace autour.

1.2.3.1 St´er´eoscopie

Les techniques de rendu st´er´eoscopique sont largement d´ecrites dans la litt´erature [12][32]. Les techniques de rendu st´er´eoscopique utilisent des syst`emes actifs ou passifs, dont le prin-cipe g´en´eral est de pr´esenter un point de vue diff´erent de la sc`ene virtuelle `a chaque œil. Le cerveau fusionne les deux images, ce qui permet de voir une image unique en trois dimensions. Sur les syst`emes `a base de projections sur grand ´ecrans comme le plan de travail virtuel (PTV), le rendu st´er´eoscopique est effectu´e en projetant deux images diff´erentes correspon-dant chacune `a un point de vue diff´erent sur la sc`ene. Une des ces images est destin´ee `a l’œil droit, l’autre `a l’œil gauche. La perception tridimensionnelle est assur´ee par le cerveau qui fusionne ces deux images. Il est n´ecessaire de filtrer ces images, car `a l’œil nu ces deux images sont visibles simultan´ement.

Ceci est r´ealis´e grˆace `a des lunettes actives ou passives, dont le but est de permettre `a chaque œil de voir une seule des deux images affich´ees `a l’´ecran. Les lunettes actives se basent sur le principe d’une visualisation successive des deux images sur chaque œil. Pour cela, les lunettes actives occultent la visibilit´e grˆace `a un syst`eme `a cristaux liquides et `a une synchronisation avec l’affichage. Les lunettes passives sont constitu´ees de deux filtres polarisants, chacun ne laissant passer qu’une polarisation donn´ee, correspondant aux polarisations diff´erentes des deux images ´emises par l’´ecran.

1.2.3.2 Accommodation, convergence

Certaines propri´et´es du fonctionnement de l’œil humain sont particuli`erement importantes dans le cadre de la vision 3D sur des syst`emes de visualisation. Ces propri´et´es influent sur la perception de la distance, ou mˆeme sur l’efficacit´e du rendu st´er´eoscopique.

L’œil humain effectue deux op´erations simultan´ees : l’accommodation et la convergence. L’accommodation est les ph´enom`ene de d´eformation du cristallin afin que les images soient nettes sur la r´etine, la convergence est le d´eplacement des yeux vers le point vis´e du regard, lorsque le point vis´e est proche les yeux “louchent” du fait de la convergence. L’homme a appris `a effectuer les deux op´erations de mani`ere d´ependante l’une de l’autre, et une trop

forte disparit´e de l’une ou l’autre de ces actions m`ene `a une vision diplopique. La vision diplopique, ou diplopie, est la perception de deux images pour un seul objet.

Les caract´eristiques de convergence et d’accommodation sur des objets virtuels sont diff´ e-rentes de celle rencontr´ees en vision d’objets r´eel. Sur les syst`emes d’affichage st´er´eoscopiques, l’accommodation des yeux se fait sur la surface d’affichage, alors que la convergence se fait vers l’objet virtuel affich´e.

1.2.3.3 Point de vue dynamique

Le point de vue dynamique sur les syst`emes immersifs permet de simuler le changement de point de vue de l’utilisateur lorsqu’il se d´eplace par rapport `a la sc`ene. Les mouvements de sa tˆete sont acquis grˆace `a un syst`eme de suivi de mouvements, et la sc`ene est pr´esent´ee en fonction de ces mouvements.

Le point de vue de l’utilisateur est cr´e´e grˆace `a :

– une cam´era virtuelle, asservie `a la position de la tˆete de l’utilisateur.

– une pyramide de vue, ´egalement modifi´ee lors du d´eplacement de la tˆete de l’utilisateur (Figure 1.11). Au temps t1 (sch´ema de gauche), la pyramide de vue est sym´etrique et perpendiculaire `a l’´ecran et `a la camera. Au temps t₂ = t₁+ dt, l’utilisateur s’est d´eplac´e a gauche. La g´eom´etrie de la pyramide de vue est recalcul´ee. La pyramide de vue n’est plus sym´etrique, ceci permet `a l’utilisateur de voir la face gauche du cube qu’il ne voyait pas dans la position initiale.

L’effet sur l’affichage est illustr´e sur l’exemple d’un cube sur la Figure 1.12, l’utilisateur a d´eplac´e sa tˆete vers la gauche, le point de vue sur le cube a chang´e, et la coh´erence entre l’espace r´eel et l’espace virtuel est gard´ee : la pointe du stylus et la main de l’utilisateur sont toujours au mˆeme endroit par rapport au cube.

Ceci porte `a 4 le nombre de cam´eras virtuelles, chaque cam´era ob´eit au mˆeme principe de calcul de la perspective, avec des propri´et´es particuli`eres. Les deux cam´eras associ´ees `a un mˆeme ´ecran repr´esentent les yeux de l’utilisateur, elles sont donc d´ecal´ees d’une distance correspondant `a la distance interoculaire, et subissent les translations et rotations effectu´ees par la tˆete de l’utilisateur.

1.2.3.4 Superposition des espaces r´eel et virtuel

La st´er´eoscopie et le point de vue dynamique ont pour cons´equence de permettre de super-poser l’espace r´eel et l’espace virtuel. Cette propri´et´e est centrale dans notre approche. L’espace virtuel est celui o`u sont per¸cus les objets affich´es en trois dimensions.

La superposition de ces deux espaces implique que la perception d’un objet virtuel peut ˆetre coh´erente avec celle du monde r´eel. Sur le plan de travail virtuel par exemple, on peut afficher

(a) Position initiale de la cam´era virtuelle (b) Position de la cam´era apr`es mouvement de l’utilisateur

(c) Vue de la cam´era, position intiale (d) Vue de la cam´era, apr`es mouvement de l’utilisateur

Fig. 1.11 – Modification de la pyramide de vue pour le calcul de la perspec-tive en fonction de la position de la tˆete de l’utilisateur. Pour simplifier, cette Figure ne montre que la pyramide de vue pour l’´ecran vertical.

Fig. 1.12 – Le suivi du point de vue est une technique permettant de pr´esenter `

a l’utilisateur un point de vue dynamique sur l’objet, coh´erent avec la position de sa tˆete. Le sch´ema pr´esente deux points de vue diff´erents sur un cube virtuel et sur la main correspondant `a deux positions distinctes de la tˆete.

un cube virtuel en un point de l’espace et placer un cube r´eel de mˆeme taille au mˆeme endroit. La superposition des espaces r´eel et virtuel implique que ces deux cubes restent superpos´es mˆeme lorsque l’utilisateur se d´eplace autour7.