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Réalités virtuelles et représentation architecturale

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Submitted on 15 Dec 2017

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Réalités virtuelles et représentation architecturale

Clément Sauvage

To cite this version:

Clément Sauvage. Réalités virtuelles et représentation architecturale. Architecture, aménagement de l’espace. 2017. �dumas-01649155�

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RÉALITÉ VIRTUELLE

ET

REPRÉSENTATION ARCHITECTURALE

ET

REPRÉSENTATION ARCHITECTURALE

Sous la direction de Laurent Lescop Mémoire de Master Clément Sauvage

Clément Sauvage Ensa Nantes

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Clément Sauvage

MÉMOIRE DE MASTER EnsaNantes 2017

Sous la direction de Laurent Lescop

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La rédaction de ce mémoire est fondée sur la rencontre entre deux thématiques qui me tiennent à cœur : la représentation en architecture et l’univers du jeu vidéo. Au cours de mes études, j’ai eu la possibilité de ménager du temps pour affiner au fur et à mesure mes techniques de représentation. De mon point de vue, même si la conception d’espaces reste au centre de la réflexion architecturale, la communication d’un projet ne doit pas être pour autant négligée. En effet, c’est elle qui permet la compréhension/l’intelligibilité d’un projet et notamment sa validation, ou non, par des tiers.

Durant mon cursus, j’ai appris à maîtriser des logiciels d’édition d’image, mais également des outils de conception 3D sur ordinateur. Plus récemment encore, j’ai pu mettre à profit mes connaissances dans le domaine de la création d’espace pour la conception d’un jeu vidéo. L’arrivée sur le marché de moteurs de jeu en libre accès m’a permis d’expérimenter une nouvelle forme de représentation. Plus visuelle et interactive que les précédentes, elle constitue le point de rencontre entre mes études et ma passion pour l’univers vidéo ludique. La création d’un espace ne dépend pas des mêmes contraintes et des mêmes attentes s’il a vocation à être parcouru virtuellement. Jusqu’à présent, la création d’espaces numériques pour mes projets se limitait à des objets en tridimensionnels plus ou moins statiques. Mais grâce à l’héritage du jeu vidéo, ces espaces peuvent être parcourus et doivent donc répondre à de nouvelles exigences.

Les équipements de réalité virtuelle connaissent un essor fulgurant depuis ces dernières années. Certains articles sur internet vont même jusqu’à dire que 2017 sera l’année de la réalité virtuelle. Les avancées

AVANT PROPOS

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technologiques ont rendu possible l’aboutissement d’interfaces fiables pour supporter les contenus en VR. Plus encore, elles sont désormais abordables pour le grand public. Même si l’industrie du jeu vidéo n’est pas initiatrice de cette technologie, elle a amplement participé à sa popularité. D’ailleurs, beaucoup de domaines ont très rapidement compris l’intérêt de tels dispositifs. Étant attractive pour le public, elle constitue une nouvelle forme de média pour véhiculer des informations (l’application Présidentielles 2017 VR est un exemple évocateur…) et l’architecture n’a pas tardé à s’emparer du mouvement. On peut voir que de nombreuses balades architecturales virtuelles sont aujourd’hui disponibles sur plusieurs plateformes.

Ce travail de mémoire cherche donc à s’interroger sur la pertinence d’un tel médium utilisé pour la représentation architecturale dans le contexte actuel.

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Avant Propos

Introduction générale

PARTIE I : La Réalité Virtuelle

Introduction

1.Origines de la Réalité Virtuelle

a. Tentative de Définition

b. Origine du terme Réalité Virtuelle c. Histoire brève de la Réalité Virtuelle

d. Différences Réalité Virtuelle/Réalité Augmentée

2.Quelques champs d’application de la VR

a. Militaire b. Industrie c. Enseignement

3. Fonctionnement des Casques nouvelle Génération

a. Stéréoscopie b. Écrans et Lentilles

c. Systèmes de tracking et manettes

4. Influence du secteur vidéo ludique

a. Les débuts de la VR dans le jeu vidéo b. Une évolution progressive

Conclusion

PARTIE II : Architecture et Représentation

Introduction

1.La Représentation de l’Architecture

a. La Représentation : Une évolution du statut de l’Architecte b. Les Fonctions de la Représentation en Architecture c. Le sens d’une Représentation

2.La perspective : une imitation du réel ?

a. L’intégration du point de vue du spectateur dans la représentation b. Force communicative avec le public

c. Une évolution de l’image

3.La Réalité Virtuelle : le corps et l’espace

a. Le sentiment de présence c. Le spectateur acteur Conclusion p.5 p.11 p.18 p.19 p.21 p.22 p.30 p.33 p.34 p.36 p.39 p.41 p.44 p.48 p.51 p.59 p.64 p.66 p.72 p.75 p.78 p.80 p.82 p.89 p.91 p.94

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PARTIE III : La Réalité Virtuelle et l’Architecture

Introduction

1.Mise en place de l’outil VR en Architecture

a. Une arrivée progressive b. Les Moteurs de jeux c. Les logiciels de Texturing

2.Une évolution des pratiques

a. Mutualisation des savoir-faire b. Attrait du public

c. Les enjeux de la communication VR en Architecture

Conclusion générale Médiagraphie Remerciements p.98 p.100 p.105 p.110 p.117 p.119 p.121 p.127 p.134 p.138

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INTRODUCTION GÉNÉRALE

La représentation d’un édifice fait partie intégrante de la pratique architecturale. Elle consiste à reproduire sous forme de documents graphiques ou volumétriques les données relatives à un édifice et permet, entre autres, d’anticiper sur une architecture à venir. C’est une tâche ardue puisqu’il s’agit de retranscrire à la fois les éléments techniques et sensibles d’un bâtiment. On retrouve alors deux grandes familles de représentation : les documents analytiques qui visent à restituer les dimensions réelles d’un édifice (tels que les géométraux par exemple) et les représentations plus « globales » qui donnent des dimensions apparentes et traduisent le plus souvent des ambiances architecturales.

C’est donc cette seconde catégorie qui va nous intéresser dans ce mémoire. En effet, le rôle de la représentation architecturale dans le processus de communication d’un projet n’est pas à négliger. De nos jours, la réalisation d’un projet (de son ébauche jusqu’à sa construction) passe par de nombreuses étapes qui doivent être discutées par des dizaines intervenants. L’architecte doit donc s’assurer de la lisibilité des documents graphiques afin de faciliter les échanges entre les différents corps de métier et les professionnels du bâtiment. Mais la vie d’un édifice ne s’arrête pas au terme de sa construction. En effet, il sera par la suite investi par ses occupants et leurs pratiques/usages. Il est donc essentiel qu’un architecte puisse également communiquer sur un projet en utilisant des procédés à la portée du public visé.

Depuis des siècles, les méthodes pour représenter l’espace architectural n’ont jamais cessé d’évoluer. L’architecte a toujours cherché à communiquer son architecture, et c’est dans cette dynamique que la perspective semble être un outil adapté pour s’adresser au public.

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Contrairement aux géométraux qui restituent une vision fragmentée d’un édifice, la perspective tend à le représenter dans son ensemble tout en se rapprochant d’une vue de l’espace tel qu’il se parcourt.

La perspective propose donc un scénario qui permet de situer l’architecture dans son contexte et de comprendre les interactions qu’elle entretient avec celui-ci. Cependant, elle reste qu’une représentation 2D d’un espace tridimensionnel ; un problème qui peut se résoudre par l’emploi de maquettes volumétrique, mais là encore se pose la question de l’échelle. Même si l’outil maquette permet d’appréhender de manière plus concrète les espaces en 3D, celle-ci demeure qu’une simple version réduite. Dans un domaine comme l’architecture, la relation du corps à l’espace est primordiale. D’ailleurs, comme l’explique Jean Nouvel, les maquettes, en raison de leur petite taille, ne peuvent recréer les mêmes sensations et émotions qu’un espace réel :

« Bien que certains fassent cela très bien, une simple maquette

agrandie est quelque chose d’épouvantable, parce qu’elle n’évoque aucune émotion en fonction de la distance, en fonction du toucher ou en fonction du détail.1 »

Par ailleurs, l’arrivée de l’outil informatique dans la pratique de l’architecte au milieu des années 90 n’a pas entrainé d’évolution notable dans la manière de représenter les édifices. En effet, les logiciels CAD ou CADD (computer-aided design/ and drafting), selon la définition d’Autodesk, sont conçu de manière à « automatiser » ou « remplacer » le dessin à la main :

« CAD, or computer-aided design and drafting (CADD), is the use

of computer technology for design and design documentation. CAD

1 Nouvel, Jean. « Jean Nouvel, Luzern », Architektugalerie Luzern, Lucerne : 1998, p.46-47.

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software replaces manual drafting with an automated process.2 »

Ces logiciels permettent donc de simplifier et d’automatiser des tâches répétitives qui devaient s’effectuer originellement à la main, mais ils ne changent pas pour autant notre manière de représenter un édifice. D’une certaine manière, ces logiciels n’exploitent pas complètement la puissance de calcul offerte pas nos ordinateurs.

Pendant le processus de conception, l’architecte est contraint de décomposer l’espace sous forme de plans et de coupes afin de maîtriser les imbrications spatiales. En revanche, dans la restitution de cet espace (et plus généralement dans la communication d’un projet), pourquoi celui-ci devrait-il être réduit à une représentation fragmentée en deux dimensions ? De plus, l’utilisation de l’ordinateur ne reste qu’une étape dans la manipulation des données 2D et 3D relatives à un édifice, qui seront remises à plat lors de la projection ou l’impression dans le cadre d’une présentation.

Ce n’est qu’avec l’arrivée d’ordinateur de plus en plus performant qu’un nouveau genre de visualisation a donc vu le jour : les expériences en Réalité Virtuelle. Une approche beaucoup plus immersive, qui permet de mieux cerner les qualités spatiales d’un lieu tout en ajoutant une dimension interactive. Les dispositifs de réalité virtuelle existent depuis un bon nombre d’années, mais ce n’est que très récemment, grâce à l’initiative de plusieurs entreprises et Kickstarter, que ce secteur connait un véritable essor. Des casques nouvelle génération sont désormais accessible au grand public et proposent des expériences immersives relativement convaincantes.

A ce jour, le secteur qui a permis de populariser ces technologies au grand public est celui du jeu vidéo. De grosses sommes d’argent

2 Source : https://www.autodesk.com/solutions/cad-software

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sont investies et les constructeurs cherchent à se démarquer en développant des technologies de plus en plus fiables, tout en baissant leur prix.

Le milieu de l’architecture n’a donc pas mis longtemps à adopter ce nouveau type de média. On a pu voir notamment l’apparition de visites immersives et interactives dans des architectures virtuelles. Cela offre donc une nouvelle perception de l’espace et réinterroge ainsi des modes de représentations plus traditionnels.

C’est dans ce nouveau contexte qu’on peut alors se demander en quoi la réalité virtuelle permettrait-elle de faire évoluer la représentation architecturale ?

Dans la première partie de ce mémoire, je vais principalement me pencher sur le sujet de la réalité virtuelle en abordant son histoire, sa définition ou encore le lien qu’elle entretient avec le secteur du jeu vidéo, ce dernier ayant largement participé à sa popularité.

Dans un second temps, j’aborderai le thème de la représentation en architecture. Je reviendrai alors sur son origine, ses fonctions et son rôle dans le processus de communication d’un projet.

Pour finir, je parlerai de l’impact de la réalité virtuelle en architecture aujourd’hui, tout en revenant sur sa principale application ainsi que les enjeux qui en découlent.

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PARTIE I

La Réalité Virtuelle

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Avec la popularisation récente des notions comme Réalité virtuelle, Réalité Augmentée ou encore Réalité Mixte, il est courant de voir des confusions faites avec le maniement de ces termes. Il est donc important de savoir faire la distinction entre chacun d’eux, même si certains tendent à se recouper.

Aujourd’hui, le secteur de la réalité virtuelle est en pleine expansion. De grands groupes comme Google, Facebook ou encore Sony investissent toujours plus d’argent dans la recherche et le développement de ce domaine, afin de proposer leurs solutions. L’industrie du jeu vidéo a également joué un rôle majeur dans la diffusion des équipements immersifs et du terme « réalité virtuelle ». Même si elle n’a jamais, à proprement parlé, initiée de nouvelles technologies, elle en a facilité le développement et la diffusion au grand public.

Les équipements de réalité virtuelle ne sont pas récents. On y accorde un intérêt nouveau depuis quelques années, car c’est une technologie devenue suffisamment abordable et fonctionnelle pour que le grand public y ait accès. Depuis l’apparition des premières expériences de réalité virtuelle dans le début des années 60, celle-ci est passée par de nombreuses étapes au cours de son histoire, chacune d’entre elles venant progressivement enrichir le fonctionnement des dispositifs de VR.

Dans cette première partie, je vais m’attacher à définir au mieux le terme et revenir sur son histoire. Je vais également aborder quelques exemples d’applications pour bien comprendre les possibilités offertes

INTRODUCTION

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par cette technologie. En toute fin, je reviendrai sur le rôle essentiel de l’industrie du jeu vidéo qui explique, selon moi, le développement de la VR.

Définir le terme de « réalité virtuelle » est une tâche délicate. Au fil de mes recherches, je me suis rendu compte que le terme de réalité virtuelle était impliqué dans des secteurs de recherche divers et variés tels que le domaine des sciences et des techniques comprenant l’informatique, la robotique ou encore la mécanique. Le secteur des sciences humaines en fait également parti puisqu’il faut le rappeler, l’homme est au centre des problématiques relatives à la réalité virtuelle. De nombreuses définitions sont proposées, chacune abordant des termes spécifiques inhérents à leur domaine d’expertise. Un mécanicien va porter son attention sur la partie matérielle des dispositifs de VR alors qu’un ergonome va centrer sa définition sur l’Homme. Il est également important de préciser que la définition véhiculée par les médias se résumant à un utilisateur portant un visiocasque est une représentation très réductrice du terme. Toutes ces définitions ne sont pas fausses, mais elles sont cependant incomplètes. Je n’ai pas la prétention ici de faire la définition la plus adaptée à tous les domaines de recherche. Néanmoins il me semble important de proposer une définition qui constituera la base de ma réflexion.

La réalité virtuelle peut se définir comme la simulation d’un environnement 3D généré par un ordinateur. Cette technologie permet de plonger un utilisateur dans un environnement artificiel (adapté du réel ou de l’imaginaire) créé numériquement. L’utilisateur ressent sa présence physique au sein de l’environnement par

1

ORIGINES DE LA RÉALITÉ VIRTUELLE

Tentative de définition

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l’intermédiaire d’écrans d’affichage ou d’autres dispositifs. Mais plus importants encore, les dispositifs de réalité virtuelle permettent à l’utilisateur d’interagir avec l’environnement 3D et/ou des objets présents dans celui-ci.

La réalité virtuelle transporte l’utilisateur dans un environnement artificiel en coupant les stimuli que celui-ci entretient avec son environnement physique réel. De cette manière, il se concentre pleinement sur l’expérience virtuelle. Une expérience de réalité virtuelle crée artificiellement des expériences sensorielles qui peuvent être de l’ordre de la vue, du toucher, de l’ouï et plus rarement de l’odorat. L’émergence de systèmes haptiques1 permet, grâce à des

interfaces adéquates, de produire des « retours d’effets » relatifs au toucher comme des tremblements. La création d’interfaces comportementales2 favorise le sentiment de présence ou « d’être là »

au sein de l’environnement virtuel, un aspect que l’on abordera plus tard (Partie II: 3.a) dans cet exposé.

Une autre part importante de la définition proposée réside dans le caractère interactif des dispositifs de VR. Que ce soit dans le but de simuler un environnement réel, imaginaire ou symbolique, ce n’est pas le contenu qui est important pour définir la réalité virtuelle, mais c’est le degré de liberté que l’on va donner au spectateur pour interagir avec ce contenu. « Au fondement de la réalité virtuelle, la personne perçoit

et agit physiquement. Bien évidemment, il en découle que la personne a aussi une activité cognitive. Mais avoir une activité cognitive dans un

1 Dictionnaire : Linternaute ; Haptique : adj. (du grec haptein, saisir) Sens 1 : Psychologie. Qui se rapporte à la sensation du toucher. Ressenti d’un être vivant au niveau de son cerveau et de la surface de contact au moment où il touche un objet, une surface.

2 Interface comportementale : Elles sont composées « d’interfaces sensorielles » et « d’interfaces motrices ». Les interfaces sensorielles informent l’utilisateur par ses sens de l’évolution du monde virtuel. Les interfaces motrices informent l’ordinateur des actions motrices de l’homme sur le

monde virtuel. Fuchs, Philippe, Guillaume Moreau, and Alain Berthoz. Le traité de la réalité

virtuelle. Paris : Les Presses de l’École des Mines, 2003, p.8-9.

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environnement virtuel sans activité physique (sensori-motrice) est hors du domaine de la réalité virtuelle. »3

L’origine française du terme serait attribuée au poète, acteur et metteur en scène français Antonin Artaud, qui l’aurait utilisé pour la première fois dans « Le Théâtre et son double » en 1938. Cependant, l’emploi du terme de réalité virtuelle dans ses essais sur le théâtre ne correspond pas à la signification qu’on lui donne aujourd’hui.

C’est en juillet 1989 que Jaron Lanier, responsable de la société VPL

Research spécialisée dans les périphériques d’immersion, utilisera le

terme en anglais Virtual Reality pour définir un dispositif permettant de représenter le monde de façon réaliste, immersive, en temps réel et en trois dimensions. Ce qui donnera quelques années plus tard, une traduction littérale de l’anglais au français : réalité virtuelle.

Néanmoins, on peut constater que la signification du terme Virtual

Reality, en anglais, diffère de la signification française. En effet,

d’après le BBC English Dictionnary (HaperCollins Publishers, 1992),

Virtual : means that something has all the effects and consequences of a particular thing but is not officially recognized as being that thing4.

En d’autres termes, l’expression Virtual Reality ferait référence à une « quasi-réalité » qui aurait le comportement et l’apparence d’une réalité, mais qui n’en est pas une.

3 Fuchs, Philippe, Guillaume Moreau, and Alain Berthoz. Le traité de la réalité virtuelle. Paris : Les Presses de l’École des Mines, 2003, p.6.

4 Traduction : Désigne quelque chose qui a tous les effets et conséquences d’une chose particulière, mais qui n’est pas officiellement reconnu comme étant cette chose.

Origine du terme Réalité Virtuelle

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Dans les médias, le mot virtuel se réfère à ce qui est de l’ordre du numérique et de l’immatériel, alors qu’en anglais le terme est plus nuancé. Ce flottement dans la signification a donné lieu à de nombreuses polémiques quant à la pertinence de cette expression. Puisque le terme de « réalité virtuelle » utiliserait le procédé rhétorique de l’oxymore en opposant le réel à l’immatériel.

De nombreux auteurs comme Gilles Deleuze ont mis en avant le fait que le contraire de virtuel est actuel et non réel1. En ce sens, le

virtuel est donc bien une composante de la réalité. Le virtuel serait en quelque sorte le réel avant que celui-ci ne s’actualise. De cette manière, l’expression de Réalité virtuelle ne constitue pas systématiquement un oxymore. Une formulation admissible pourrait être « virtualité réaliste ».

À ce jour, l’expression de réalité virtuelle est la plus largement reconnue et diffusée dans les publications francophones. Je ne vais donc pas revenir sur sa pertinence et utiliser cette expression pour le reste de cet exposé.

Les équipements de réalité virtuelle sont intimement liés aux technologies informatiques. À mesure que les technologies évoluaient, ces dispositifs se sont perfectionnés jusqu’à arriver aux systèmes que l’on connait aujourd’hui. Plusieurs étapes ont donc marqué leur développement, depuis les premières expériences de réalité virtuelle dans les années 50 jusqu’à maintenant.

1 Deuleuze, Gilles. Parent, Claire. « L’actuel et le virtuel », dialogues. Paris : Fammarion, 1996.

Histoire brève de la Réalité Virtuelle

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Affichage 3D

Le Sensorama, conçu en 1956, constitue l’une des premières expériences de réalité virtuelle. Il fut l’une des premières tentatives d’équipement qui permettait de nous soustraire du monde réel pour nous transporter dans un autre. De ce fait, il disposait déjà à l’époque d’un affichage en 3D, un son stéréo, un générateur d’odeurs et également un siège qui vibrait en fonction de ce qui se déroulait à l’écran. Le Sensorama est l’invention du cinéaste Morton Heiling, qui réalisa plusieurs courts métrages en lien avec sa création.

Head Tracking

En 1961, deux ingénieurs, Comeau et Bryan développèrent le premier casque de visualisation, HDM pour Heard mounted display en anglais, appelé le Headsight. Le casque comprenait un écran vidéo et un système de traçabilité que les ingénieurs ont relié à une caméra. Le système de tracking magnétique permettait de déterminer la direction de la tête. Même si ce dispositif a contribué à l’évolution de la VR, il fut initialement créé pour la télévision.

Crédit image: © Morton Heilig / Courtesy of Scott Fisher

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Stéréoscopie 3D

La stéréoscopie serait née au même moment que la photographie dans la première moitié du XIXe siècle. Il s’agit d’un mécanisme très simple permettant de donner une illusion de profondeur en affichant en face de chaque œil la même image, mais légèrement décalée. Il fut notamment popularisé dans les années 60 par la visionneuse GAF

ViewMaster qui proposait des sujets variés comme l’art, l’histoire, les

animaux, la botanique, etc. Mais c’est l’acquisition de la licence par

Walt Disney Studios qui contribuera beaucoup au succès du produit.

Crédit image: © Philco Corporation

Crédit image: © www.antiquitoys.com

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Interface comportementale

Lorsque l’on évoque le sujet de la réalité virtuelle, les équipements tels que les visiocasques sont mis en avant. Cependant, une autre invention bien antérieure à l’invention des casques constitue la première interface « comportementale »1 entre l’homme et la machine.

Un objet tellement ancré dans notre vie quotidienne que l’on tend à l’oublier : la souris. Inventée en 1963 par l’ingénieur américain Douglas Engelbart, celle-ci permet de retranscrire un mouvement du corps humain, celui de la main, directement sur l’écran d’affichage d’un ordinateur. À l’avènement de la micro-informatique, c’est la première interface motrice entre la machine et l’homme qui exploite un des mouvements du corps.

Ivan Sutherland

I. Sutherland est un ingénieur en informatique américain qui consacra le début de sa carrière à la création d’un système de réalité augmentée baptisée le Sketchpad. Fabriqué en 1965, il s’agissait du premier logiciel de conception assisté par ordinateur. Les images 3D générées grâce à Sketchpad étaient somme toute très basiques, mais constituaient alors les premières bases de réalité virtuelle avant même que l’expression ne soit inventée des années plus tard.

Cet ingénieur est également reconnu pour avoir travaillé sur le projet Sword of Damocles en 1968. Un appareil qui est considéré comme étant le premier casque de réalité virtuelle et augmentée. Le dispositif était primitif, que ce soit en matière d’interface utilisateur ou au niveau du réalisme des graphismes. Le système de Sutherland permettait d’afficher des images générées par un programme informatique dans un casque disposant d’une stéréoscopie 3D. Cependant, le poids du

1 Définition Partie I: 1.a

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casque additionné au système permettant de suivre les mouvements de la tête rendait l’ensemble très lourd, ce qui inspira son nom.

Miniaturisation

Comme nous l’avons vu dans l’exemple précédent, ces dispositifs nécessitaient l’utilisation de technologies lourdes et encombrantes à mettre en œuvre. Basée sur une interface très fine entre le corps et la machine, la miniaturisation de ces technologies a joué un rôle important dans la liberté de mouvement offerte à l’utilisateur.

Steve Mann créa en 1980 le premier ordinateur « sac à dos », Eye

Tap, qui permettait à l’utilisateur de porter la machine avec lui. Même

si cet équipement n’était pas très maniable, il pouvait cependant supporter tous les composants nécessaires pour transmettre des données en temps réel directement dans les lunettes. S. Mann a démontré grâce à ses prototypes qu’il était possible de développer ce genre de technologie sans qu’elle soit nécessairement volumineuse.

Crédit image: © “Sword of Damocles” par le professeur Ivan Sutherland.

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Interactions

The Reality Built for Two fut le premier système de réalité virtuelle à

être commercialisé. Il a été développé par la société VPL Research qui fut fondée par un des pionniers de la réalité virtuelle : Jaron Lanier. Pour rappel, il s’agit de l’homme qui a popularisé l’expression anglaise

Virtual Reality à la fin des années 80.

Le RB2 disposait d’un DataGlove qui permettait aux utilisateurs d’interagir avec des objets virtuels affichés par l’intermédiaire du casque EyePhones. Malgré l’objectif souhaité de diffuser cette technologie au grand public, il fallait cependant mettre la main à la poche et débourser l’équivalent de 100 000 dollars pour se le procurer.

Écrans LCD et traqueur de mouvement

La NASA a également joué un rôle clé dans le prolongement de la recherche et du développement de ces technologies. En effet, de nombreuses entreprises considérants que cette technologie était encore trop onéreuse à mettre en place à l’époque, n’ont pas donné suite à l’expérience. La NASA a, par exemple, contribué à l’amélioration des écrans d’affichage en remplaçant les écrans LED par des écrans à

Crédit image: © VPL Research

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cristaux liquides, réduisant ainsi considérablement la taille de ceux-ci. Elle a également travaillé sur des lentilles optiques permettant d’agrandir l’angle de vu et ainsi d’améliorer les qualités immersives des casques. Pour finir, elle a également apporté de nombreuses avancées en s’associant à plusieurs compagnies privées pour améliorer le système de tracking.

Ouverture au grand public

Le secteur du jeu vidéo n’a pas tardé longtemps à voir apparaitre ses premiers casques de réalité virtuelle. Mais ici, l’enjeu était de taille, surtout pour l’époque. Il fallait que l’ensemble soit ludique, mais également accessible à un prix abordable pour sa commercialisation. C’est en 1991 que le SEGA VR fut développé, mais le projet s’arrêta peu de temps avant sa sortie prévue en 1994. La technologie n’était pas encore rodée et les équipes de développement ont rencontré de nombreux problèmes. Notamment celui de la synchronisation entre les mouvements de la tête et les graphismes qui pouvait donner des nausées aux utilisateurs.

La firme Nintendo travailla également sur le sujet avec son projet Virtual Boy. Sortie en 1995, ce casque fut un véritable échec commercial, poussant la société à ne pas poursuivre son développement. Ces naufrages sont principalement expliqués par les contraintes techniques, économiques et de santé publique qu’impliquait le développement de telles interfaces. Une partie est consacrée à ce sujet au chapitre Partie: I 4.a.

Même si le secteur du jeu vidéo a dû essuyer de nombreux échecs par le passé, il n’empêche que ces casques sont resté dans l’inconscient collectif des joueurs. Les possibilités d’interactions additionnées aux qualités immersives ont motivé certains d’entre eux à poursuivre leur rêve de se voir un jour entièrement immergé dans des univers qu’ils affectionnent.

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Utilisateurs Multiples

Dans un cadre professionnel, une autre contrainte des casques de réalité virtuelle repose sur leur immersion individualisée. Même si des interactions Homme-machine sont permises, il est cependant très compliqué de se retrouver à plusieurs dans un même environnement virtuel. Pour pallier ce problème, la technologie du CAVE (Cave

Automatic Virtual Environment) fut développée dans les années 90 à

l’Université de L’Illinois par une équipe de chercheurs et d’étudiants fraichement diplômés. Le prototype qui fut présenté au SIGGRAPH en 1992 était composé d’un cube de 3m de côté dans lequel était projeté en haute résolution un environnement virtuel. L’utilisateur se retrouve ainsi immergé dans l’environnement projeté à l’intérieur du cube. Il peut également interagir avec celui-ci en temps réel grâce à un système de lunette et de capteurs. Les propriétés immersives sont bien entendu différentes des casques de VR, mais son fonctionnement autorise une pluralité d’utilisateurs au même instant, ce qui est un réel atout dans des secteurs comme l’industrie ou le design pour favoriser les prises de décision.

Le Cave permet de visualiser l’ergonomie d’un objet sans passer à la fabrication à l’échelle 1, ce qui constitue un gain de temps et d’argent important. Néanmoins, il faudra être en mesure de débourser plusieurs centaines de milliers d’euros pour installer ce système, ce qui limite son utilisation aux quelques gros industriels pouvant se l’offrir.

SEGA VR Crédit image: © Sega Corporation

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Depuis quelques années déjà, ces deux technologies suscitent l’intérêt de la part du public et des professionnels. Néanmoins, on peut remarquer à travers les différents articles et publications sur internet qu’il existe de nombreuses confusions à ce sujet. Ces deux termes sont souvent confondus alors qu’ils sont bien différents.

La réalité virtuelle et la réalité augmentée ont beaucoup de choses en commun. Elles ont toutes les deux la particularité remarquable d’altérer notre perception du monde, mais c’est sur la perception de notre présence qu’elles diffèrent.

Le sentiment de présence dans un environnement virtuel se manifeste dans le fait de réagir physiquement, psychologiquement et émotionnellement dans celui-ci, comme si les évènements et objets virtuels présentés étaient réels.

Alors que la réalité virtuelle permet de transposer un utilisateur dans un environnement entièrement virtuel en coupant sa perception du monde extérieur (cf. : définition Partie I: 1.a), la réalité augmentée quant à elle propose une expérience bien différente. Elle vient ajouter des couches d’information virtuelles au-dessus de l’environnement physique réel. Ces informations, calculées préalablement par un ordinateur, sont rendues visibles par l’intermédiaire d’un visiocasque, un écran ou tout autre système de projection.

Rien de mieux pour illustrer le principe de réalité augmentée que de parler du succès récent de l’application Pokémon Go. Grâce à cette application, des objets virtuels tels que les Pokémons vont être rendus visibles sur l’écran de notre smartphone. Ces objets virtuels viennent donc se superposer au monde réel créant ainsi cette interaction entre les deux.

Différences Réalité Virtuelle/Réalité Augmentée

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Entre VR et AR on entend également aujourd’hui parler de réalité mixte. De la même manière que la réalité augmentée, l’utilisateur dispose d’un casque qui lui permet de visualiser des informations digitales par-dessus son environnement. Mais la différence réside dans le fait que les équipements de réalité mixte permettent d’interagir avec ces objets virtuels et de les modifier. On peut notamment parler du système Hololens par Microsoft qui permet de visualiser des hologrammes interactifs par l’intermédiaire de lunettes.

Pokémon GO / Développeur : Niantic Crédit image: © Nintendo

Système Hololens Crédit image: © Microsoft

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Dans un article, P. Milgram définit la réalité mixte comme un continuum réalité-virtualité qui relie le purement réel au purement virtuel. Le schéma ci-dessous1 montre cette relation entre le réel et le

virtuel par l’intermédiaire de ce continuum.

Alors que la réalité virtuelle propose un contenu à forte dominante virtuelle, la réalité augmentée se rapproche d’un contenu où le monde réel a une place majoritaire. La réalité mixte vient alors occuper l’espace entre les deux.

Pour résumer, on peut dire que :

Réalité virtuelle: Immerge l’utilisateur dans un environnement complètement artificiel.

Réalité Augmentée: Ajoute une couche d’informations virtuelles au monde réel afin d’ « augmenter » ce dernier.

Réalité Mixte: Insère des objets numériques dans le monde réel tel que l’utilisateur puisse interagir directement avec ceux-ci.

1 Schéma Illustration : Paul Milgram, Haruo Takemura, Akira Utsumi, Fumio Kishino, Agmented Reality : Aclass of displays on the reality-virtuality continuum. In Proceedings of the SPIE Conference on Telemanipulator and Telepresence Technologie, volume 2351 de Proceedings of SPIE, pages 282-292, Boston, Massachusetts, USA, November 1994.

Représentation simplifiée du continuum Réalité-Virtualité Crédit image: © P. Milgram

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La réalité virtuelle, dans le secteur militaire, tient une place importante depuis les années 80. Elle permet de développer toutes sortes de scénarios et simulations sur lesquels les soldats peuvent s’entrainer. La RV est une aide précieuse dans le cadre d’entrainements au combat ou d’autres situations dangereuses dans lesquelles les soldats doivent apprendre à réagir de façon rapide et appropriée.

Une simulation de réalité virtuelle permet à l’utilisateur de s’entrainer sans risque. Il peut ainsi reproduire plusieurs fois un même scénario, avec des simulations basées sur des évènements réels, dans un contexte parfaitement contrôlé. Cette méthode d’entrainement a également pour avantage d’être moins couteuse que des simulations en situation réelle, spécialement celles concernant des véhicules. Même si le développement de ces technologies reste cher, il permet de faire des économies sur le long terme.

Les premiers exemples de casque utilisés dans l’armée ne servaient pas à visualiser des environnements virtuels. Ils étaient connectés à une caméra, disposée sur un moteur, qui pouvait détecter les mouvements de la tête. L’utilisateur, en portant ce casque, pouvait ainsi contrôler les mouvements de la caméra en tournant sa tête dans différentes directions. L’une des premières utilisations de cette technique a été réalisée par Bell Helicopter Comapny qui eut l’idée de disposer une caméra infrarouge sous un hélicoptère. Grâce à celle-ci, le pilote pouvait jeter un œil au terrain situé sous son véhicule pendant un vol de nuit, lui permettant ainsi de se poser en toute sécurité, même dans des conditions difficiles.

Aujourd’hui, les utilisations de la réalité virtuelle dans le secteur militaire sont encore plus variées. Elles permettent par exemple

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QUELQUES CHAMPS D’APPLICATION DE LA VR

Militaire

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de visualiser des champs de bataille et de déterminer des stratégies de combat en temps réel. C’est par exemple le cas avec The Dragon Battlefield

Visualization System.

Il est également surprenant de noter que l’armée a déjà travaillé à plusieurs reprises avec des studios de jeux vidéo. Cette collaboration ayant pour objectif de créer des scénarios toujours plus réalistes et immersifs.

Pandemic Studios, entreprise qui a été notamment responsable du

développement de la célèbre série de jeux vidéo Star Wars : Battlefront, a créé une simulation complexe ou les soldats pouvaient s’entrainer en équipe. Cette simulation fonctionnait sur une Xbox et prenait place dans des environnements urbains ou les équipes devaient remplir une série d’objectifs. Pandemic Studios diffusera par la suite une version commerciale de cette simulation sous le nom de Full Spectrum Warrior en 2004.

Le secteur de l’industrie n’a pas tardé à adopter la technologie du CAVE peu de temps après sa création. Cette technologie permet d’interagir avec des objets 3D dans un système complètement immersif. De nombreux modèles existent, mais la première version du CAVE est composée d’une pièce d’environ 3 mètres de côté. Une image représentant un environnement virtuel est projetée sur chaque face du cube. L’utilisateur se positionne à l’intérieur du cube de façon à être immergé dans cet environnement. L’utilisateur dispose également de lunettes avec des capteurs qui permettent de déterminer les mouvements de sa tête. L’image projetée sur les faces du cube va ainsi s’adapter et bouger en fonction des mouvements de la tête de l’utilisateur.

Cette technologie dispose de nombreux avantages par rapport aux les casques de réalité virtuelle. Elle permet à l’utilisateur de visualiser des objets virtuels et physiques simultanément. L’utilisateur peut ainsi conserver la perception de son corps et de ses mains au sein de l’environnement immersif. Le CAVE permet également d’avoir recours à plusieurs utilisateurs au même moment.

Industrie

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Grâce au CAVE, les ingénieurs peuvent tester leurs prototypes sans avoir à les réaliser en maquette physique. Même si les dispositifs de CAVE restent très chers (entre 1 et 5 millions d’euros en moyenne), ils constituent un investissement qui sera amorti sur la durée. En évitant de réaliser des maquettes physiques à chaque étape du prototypage, le CAVE reste un gain de temps et d’argent conséquent. D’après David Defianas, expert en réalité virtuelle chez PSA Peugeot Citroën, ces économies « permettent de s’affranchir des seuls calculs ».

« Déjà, si je dois faire une simulation de crash, je ne vais pas mettre

un être humain dans la voiture. Et puis, je vais vous assoir virtuellement dans une voiture que je suis en train de concevoir, vous aurez un ressenti tout de suite et vous pourrez émettre un jugement immédiatement, vous pourrez la toucher, avec des techniques de retour d’effort, alors que je ne dispose d’aucune pièce physique. »1

Après avoir fait ses preuves durant de nombreuses années, la technologie du CAVE pose aujourd’hui la question de la conception à distance. Comme il s’agit d’un système permettant de faciliter les prises de décisions, il pourrait être intéressant de voir plusieurs ingénieurs discuter autour d’un prototype en 3D aux quatre coins du globe.

1 Extrait de l’article : http://lexpansion.lexpress.fr/high-tech/comment-la-realite-virtuelle-est-entree-dans-les-entreprises-francaises_1723490.html

Représentation du sytème CAVE Crédit image: © Visbox, Inc. | CAVE Systems

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Depuis quelques années déjà, de nouvelles pratiques pédagogiques apparaissent en utilisant des outils de réalité virtuelle. Ces nouvelles méthodes exploitent les qualités immersives des dispositifs de VR pour les mettre au service de l’enseignement. À la manière des simulations militaires, la réalité virtuelle est utilisée, par exemple, pour placer les étudiants dans des scénarios de la vie professionnelle. Des scénarios qui sont souvent difficiles ou onéreux à mettre en place dans le cadre des études. On en retrouve des exemples aux États-Unis, mais également en France.

Des compagnies comme zSpace, Alchemy VR ou Immersive VR

Education s’activent à produire du contenu et des outils supportant

la réalité virtuelle, à destination des écoles et des enseignants. Une grande partie du contenu proposé était premièrement centré sur des sujets comme la biologie, l’anatomie, la géologie ou encore l’astronomie. Une expérience du nom de World of Comenius project, a été menée dans une école de République tchèque. Cette expérience proposait des cours de biologie à l’aide d’un casque Oculus Rift DK2 couplé au Leap Motion controller. Dans cette application, les étudiants sont transportés dans une classe virtuelle où est disposé un squelette interactif. Grâce au Leap Motion, les étudiants sont en mesure de manipuler tous les éléments du squelette en utilisant leurs mains.

En France, le programme Virtualteach a été lancé il y a quelques années lors d’un appel à projets du ministère de l’Éducation nationale. Ce programme comprend aujourd’hui une dizaine de lycées pilotes en France, qui testent ces nouvelles manières d’enseigner. Le projet est coordonné par le centre de recherche et développement CLARTE qui conçoit des dispositifs et logiciels de 3D immersives pour les élèves des lycées. Selon Thomas Lopez, chef du projet Virtualteach chez CLARTE :

Enseignement

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« La réalité virtuelle permet d’explorer les nouvelles façons

d’apprendre, et de travailler sur la mémoire kinesthésique, la mémoire du ressenti »1

Deux dispositifs ont déjà été conçus pour ce programme : La

V-Station et le V-Screen. Le V-Screen se compose d’un écran géant, d’un

vidéoprojecteur qui diffuse des images stéréoscopiques et des lunettes qui permettent de visualiser ces images. Il permet aux élèves de la filière d’interagir et de visualiser avec des environnements virtuels de taille réelle. Il propose des scénarios de chantiers qui immergent les élèves dans un contexte professionnel. « Ce système est très adapté à

la formation aux gestes professionnels, par exemple pour les métiers du bois ou de la charpente »2 explique Thomas Lopez.

Le projet Google Expedition est également un exemple en matière d’éducation. Il permet aux enseignements d’emmener les élèves dans des lieux où ils n’auraient pas pu aller jusqu’alors. Il est aussi très intéressant économiquement, car il utilise le Google Cardboard qui est, aujourd’hui, l’alternative la plus économique en matière d’expérience de réalité virtuelle. Ce projet propose aux élèves des vues à 360° des endroits les plus insolites de la planète. L’application Mars is a Real

Place VR, propose également de découvrir le paysage martien en

gardant les pieds sur Terre.

Pour certains, ces nouvelles méthodes d’enseignement seraient une réponse au manque de stimuli intellectuel de l’enseignement « traditionnel ». Elles permettraient aux enfants de découvrir des sujets de façon plus ludique et interactive avec des outils de leur époque.

1 Extrait de l’article : http://www.letudiant.fr/educpros/enquetes/quand-la-realite-vir-tuelle-augmente-l-enseignement.html 2 Ibid.

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Tout au long de leur histoire, les supports de réalité virtuelle ont pris différentes formes selon les domaines auxquels ils étaient appliqués. Le Kickstarter de l’Oculus Rift en 2012 a participé à l’émergence d’une nouvelle génération de casques de réalité virtuelle. On a, de la même manière que les générations de console de jeux vidéo, une nouvelle génération de dispositifs destinés à supporter la VR, mais cette fois-ci dans un cadre vidéo ludique. Cette nouvelle génération doit s’adapter au marché du jeu vidéo et donc suivre des contraintes budgétaires pour être économiquement viable. En effet, ces casques doivent être accessibles au plus grand nombre.

Entre Sony, HTC ou encore Facebook, de nombreuses entreprises travaillent aujourd’hui pour proposer leur version de casque de VR. Tous disposent d’un fonctionnement similaire. J’ai donc décidé de parler de cette génération, en expliquant les principes de fonctionnement des casques Oculus Rift, HTC Vive et plus récemment

Playsation VR, qui sont devenus en quelque sorte des icônes de cette

génération d’appareil.

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FONCTIONNEMENT DES CASQUES NOUVELLE

GÉNÉRATION

À gauche: HTC Vive fabriqué par la société HTC en colaboration avec Valve Corporation À droite: Oculus Rift DK2 fabriqué par la socité Oculus, filiale de Facebook

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Stéréoscopie

La 3D stéréoscopique est une méthode utilisée pour donner une illusion de profondeur à une image ou à une vidéo. Cette illusion est rendue possible en s’appuyant sur notre vision binoculaire. C’est-à-dire que nos yeux produisent deux images différentes d’un même sujet. Ces deux images sont générées avec un décalage de 65mm qui correspond à la moyenne de la distance entre les deux pupilles chez un être humain adulte. C’est notre cerveau qui vient ensuite recomposer ces deux images pour en restituer distances et profondeur.

Le principe de la stéréoscopie est certainement apparu avant l’invention de la photographie. Des dessins datant du XVIe siècle, réalisés par le peintre Jacopo Chimenti, représentent un même sujet sous deux angles de vue légèrement décalée. Ces deux dessins mis côte à côte s’adaptent respectivement à la position de l’œil gauche et de l’œil droit (Illustration). Même si rien ne permet d’attester que ces dessins aient été réalisés dans le but de restituer une image en relief, elles restent cependant une mise en application des principes de la vision binoculaire découverts deux siècles plus tôt par Léonard de Vinci.

Depuis la découverte de ce phénomène, l’application du principe de la stéréoscopie a pris de multiples formes. L’une des plus célèbres est la représentation en Anaglyphe. Deux prises de vue capturées avec

Jacopo Chimenti Crédit image: © Handbuch der Stereoskopie, Berlin-Leipzig 1927

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un écart correspondant à 65mm sont ensuite recomposées dans un même cadre. Pour que nos yeux puissent interpréter l’image, il faut respectivement que la prise de vue correspondant à l’œil gauche soit uniquement interprétée par l’œil gauche et l’image captée pour l’œil droit, interprétée par l’œil droit. Pour se faire, un traitement sur les deux images va être réalisé avant de les recomposer. Pour rappel, la restitution d’images et de vidéos se fait à partir des couleurs rouge, verte et bleue, plus communément appelées RVB. Afin de faire la différence entre les deux prises de vue, on va supprimer sur l’image correspondant à l’œil gauche les couleurs bleue et verte pour ne garder que le rouge, et inversement sur la vue de droite où l’on va retirer le rouge pour ne conserver que les couleurs bleue et verte. Cette image, une fois recomposée, va pouvoir être interprétée à l’aide de lunettes possédant deux filtres de couleur : un filtre rouge pour l’œil gauche et un filtre cyan pour l’œil droit, le cyan étant la couleur résultante de la somme du vert et du bleu. Ce procédé, bien que très simple à produire, entraine une fatigue visuelle importante lors d’une exposition prolongée. De plus, il dégrade de façon significative les couleurs de l’image observée.

Un autre procédé bien plus abouti est utilisé de nos jours dans les salles de cinéma pour les projections en 3D : la projection en lumière polarisée. Ce procédé s’appuie sur une des caractéristiques physiques

Principe de la Stéréoscopie Anaglyphique Crédit image: © Arte

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de la lumière qui a la particularité de se déplacer dans l’espace sous la forme d’ondes. Les ondes lumineuses peuvent être polarisées, c’est-à-dire orientées dans l’espace. Pour restituer une image stéréoscopique grâce à ce système, il faut se munir de deux projecteurs, chacun d’entre eux possédant un filtre polarisant. Le projecteur de gauche va projeter l’image filmée à gauche en le polarisant à l’horizontale et le projecteur de droite va projeter l’image de droite, polarisée à la verticale. Des lunettes polarisantes sont utilisées par le spectateur pour visualiser ces images. Le filtre gauche des lunettes ne laisse passer que les ondes horizontales et le filtre de droite uniquement les verticales. Le cerveau interprète ensuite ces images pour redonner l’illusion du relief.

Dans le cas des casques de réalité virtuelle, un autre procédé est mis en place. De la même manière que les systèmes précédents, deux prises de vues différentes vont être effectuées par des caméras physiques ou virtuelles afin de restituer les deux images. Sauf que cette fois-ci, les deux images ne vont pas être assemblées pour être projetées sur un même écran. L’image captée pour l’œil droit va être uniquement visualisée par l’œil droit et l’image de gauche seulement par l’œil gauche. Le principe utilisé ici se rapproche plus du fonctionnement naturel de la vue et tous les casques disponibles actuellement sur le marché utilisent ce procédé. Malheureusement, la forte proximité entre l’écran et les yeux entraine d’autres problèmes que nous allons voir dans le paragraphe suivant.

Dans cette expérience de réalité virtuelle, les utilisateurs ne regardent pas directement un écran situé devant eux, mais utilisent un casque qui projette une petite image pour chaque œil. Le cerveau rassemble ensuite ces deux images pour créer une expérience visuelle en trois dimensions. C’est le principe de la stéréoscopie évoqué précédemment.

Une des prouesses technologiques de ces casques réside dans

Écrans et Lentilles

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l’écran d’affichage. En effet, les écrans standards sont conçus de telle manière à ce qu’ils soient observés à une certaine distance pour éviter à l’œil humain de discerner les pixels. Dans le cas des casques, l’écran est disposé à quelques centimètres des yeux, il a donc fallu trouver des astuces pour réduire cet écart entre les pixels.

Pour concevoir les écrans, deux stratégies ont été mises en place pour réduire cet effet de grille appelé également le side-door effect en anglais. Pour les casques HTC Vive et Oculus Rift, les constructeurs ont décidé d’adopter une technologie développée par Samsung. Appelée écran PenTile, cette technologie modifie la matrice des pixels, c’est-à-dire la disposition des pixels sur un écran. La différence avec les écrans standards réside dans le placement des couleurs. Un pixel est constitué de trois barres de couleurs primaires (3 sous pixels), qui s’atténuent et se mélangent de façon à créer la couleur souhaitée. Un écran PenTile dispose les couleurs d’un pixel de manière à ce que le vert soit deux fois moins large que les autres couleurs (2 sous pixels). Mais il est également deux fois plus présent sur toute la surface de l’écran réduisant ainsi l’écart entre chaque couleur. Cet artifice tend à réduire l’effet de grille, mais il se fait quand même sentir sur les deux modèles de casque.

Illustration du side-door effect sur un casque Oculus Rift DK1 à gauche et sur l’amélioration du casque DK2 à droite

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Le Playstation VR se démarque de ses concurrents en proposant une meilleure alternative pour considérablement réduire le

side-door effect. Au lieu d’utiliser 2 écrans (un pour chaque œil), le Playstation VR utilise qu’un seul écran pour projeter les deux images

correspondantes aux deux yeux. Il conserve la matrice RVB de base qui possède 3 sous pixels : 1 rouge, 1 vert et un bleu. Ainsi, à résolution égale, l’écran du Playsation VR contient beaucoup plus d’informations au niveau des pixels. On obtient un rendu qui est légèrement plus flou que sur les deux autres casques, mais le ressenti de l’effet de grille est très largement amoindri.

Un autre problème vient du fait que l’œil humain n’est pas capable de faire la mise au point sur des objets trop proches de lui. Il est donc nécessaire d’avoir recours à l’utilisation de lentilles. Les lentilles viennent régler les problèmes de mise au point, mais également le processus de fatigue oculaire dans une moindre mesure.

Pour avoir un affichage correct et sans déformation, il est nécessaire que l’œil se trouve au centre de la lentille. C’est pour cette raison que la plupart des casques disposent d’une molette permettant de régler cet écart et ainsi l’adapter à chaque utilisateur.

Contrairement aux lunettes de vue qui doivent corriger des défauts peu importants, les lentilles utilisées dans les casques doivent être de taille suffisamment importante pour corriger les écarts de mise au

Illustration d’une matrice de pixel d’un écran OLED à droite et d’un matrice de pixel standard à gauche Source: http://capricciosaossai.blog51.fc2.com

RGB Stripes

PenTile RGB

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point. L’épaisseur des lentilles peut donc engendrer des aberrations chromatiques liées au décalage des couleurs en fonction de leur fréquence. Ces aberrations ont d’ailleurs poussé les constructeurs de casque HTC et Oculus Rift à se tourner vers des solutions comme les lentilles de Fresnel. Ces lentilles, plus fines, ont été conçues pour permettre à l’œil de faire une mise au point sur des objets à très courte distance. Mais un défaut subsiste, la lumière peut se refléter dans les couches du matériau créant ainsi un effet de lens-flare relativement important.

Les lentilles jouent un grand rôle dans les capacités immersives d’un casque. En effet, comme les lentilles amplifient l’image qui remplit le champ de vision, l’utilisateur ne fixe pas un rectangle comme il le ferait devant un écran. Par ailleurs, la vue doit changer en fonction de la position et de l’orientation de la tête de l’utilisateur. Pour ce faire, les casques utilisent un ensemble de capteurs permettant de détecter où regarde l’utilisateur. Il y a l’accéléromètre, qui est chargé de détecter l’accélération linéaire et la position de la tête par rapport au sol. Le gyromètre, qui permet de calculer la vitesse angulaire et ainsi déterminer la vitesse et la position de l’utilisateur ainsi que l’inclinaison de sa tête. Et pour finir, le magnétomètre, qui se charge de déterminer les rotations de la tête. Ce dernier fait partie du gyroscope et agit en quelque sorte comme une boussole. À savoir que dans le cas du

Google CardBoard ou tout autre dispositif VR utilisant un téléphone

portable, ce sont les capteurs déjà présents dans le smartphone qui sont utilisés.

Pour son système de tracking, le casque Oculus Rift repose sur le système Constellation qui est déjà très répandu en informatique. Ce système est basé sur le même principe que les QR-code que l’on retrouve dans la réalité augmentée. Il utilise une caméra infrarouge qui va détecter les capteurs LED présents dans le casque. Ces capteurs

Systèmes de tracking et manettes

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émettent une lumière infrarouge qui sera perçue par la caméra et qui pourra ainsi déduire la position de l’utilisateur par rapport à celle-ci. La personne utilisant le casque pourra alors se déplacer dans un rayon d’environ un mètre en fonction de la position de cette caméra. De plus, des manettes sont mises à disposition depuis la deuxième version du casque Oculus Rift DK2 pour nous permettre d’interagir dans un environnement virtuel. Ces manettes censées représenter la position de nos mains dans l’espace arrivent tardivement en comparaison des autres systèmes de réalité virtuelle disponible sur le marché du jeu vidéo. En effet, le casque Oculus Rift a initialement été développé pour vivre une expérience immersive assise ou « statique ». La première version du casque ne disposait pas de manettes à proprement parler. L’utilisateur devait se mouvoir et interagir dans l’environnement virtuel grâce à une manette de console de jeu vidéo standard.

Dès les premières versions, le HTC Vive possédait des manettes s’adaptant à l’expérience VR, ce qui facilitait les interactions et les mouvements au sein de l’environnement virtuel. Même si le système n’était pas totalement au point dès sa sortie, il amorça un nouveau genre d’interactions qui rencontra un franc succès dans la communauté vidéo ludique, habituée aux manettes standards depuis déjà plusieurs générations de console. La compagnie Valve, propriétaire du modèle, continue de travailler activement sur de nouveaux prototypes permettant d’amplifier les sensations ressenties lorsqu’il y a contact avec un objet virtuel1. Le HTC Vive utilise également une technologie

infrarouge pour son système de tracking. Mais cette dernière est très différente de celle utilisée pour le système Constellation. Ce système, appelé Lighthouse, est composé d’un puissant groupe de LED infrarouge, d’un laser à balayage horizontale et d’un laser à balayage vertical. Les LED et lasers disposés dans la pièce vont réagir avec les capteurs du casque et ainsi calculer la position de l’utilisateur dans la pièce. Des capteurs sont également positionnés sur les deux

1 http://www.tomshardware.fr/articles/vive-htc-realite-virtuelle-manette,1-61514.html

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manettes du HTC Vive. La technologie du casque a également pour avantage d’accorder un certain degré de liberté dans les mouvements. Son système de capteur permet à l’utilisateur de se mouvoir dans un espace d’environ 5x5m ce qui en fait un avantage conséquent face à ses concurrents.

Le Playstation VR quant à lui a facilement trouvé son public. Développé pour la console du même nom, le casque est disponible à un prix abordable puisqu’il ne nécessite pas l’utilisation d’un ordinateur puissant. Il faut cependant être en possession de la Playstation 4, la console la plus vendue de sa génération. Le système de tracking du

PSVR est différent de ses deux autres concurrents. Il est basé sur une

caméra qui capture les mouvements du casque et des manettes, mais ce système est bien moins précis et fluide que des capteurs lasers. Cependant, il est suffisamment efficace pour ne pas entrainer des problèmes de nausées pendant de longues périodes d’utilisation. Comme l’Oculus Rift, le PSVR est conçu pour une utilisation relativement statique. Il ne dispose pas du même degré de liberté et de précision du HTC Vive puisqu’il dépend de la position d’une caméra, mais il reste malgré tout le casque le plus accessible pour ceux ayant la volonté de se plonger dans une expérience VR vidéo ludique.

Casque Playstation VR Commercialisé et fabriqué par Sony

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Illustration du side-door effect sur un casque Oculus Rift DK1 à gauche et sur l’amélioration du casque DK2 à droiteECOLE NATIONALE SUPERIEURE D'ARCHITECTURE DE  NANTES DOCUMENT SOUMIS AU DROIT D'AUTEUR

Références

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