Casques de Réalité virtuelle

Le casque de RV est l’ élément central de celle-ci. C’ est à celui-ci que l’utilisateur va s’ attarder sans porter attention au reste. Il s’ agit donc d’un élément important lors du choix du matériel dans le développement de RV. Il n’ existe pas pour l’instant une très grande variété de casques de RV, mais il y en a tout de même plusieurs sur le marché.

Il existe plusieurs versions de celui-ci dont deux kits de développement. Il y a aussi le casque OSVR fabriqué par Razer. Il y aussi d’ autres versions qui nécessitent un cellulaire comme écran à l’ intérieur du casque et une version en cours de développement par Playstation de Sony qui se nomme Projet Morpheus. Il s’ agit ici des principaux casques qui ont été explorés, bien qu’ il y en ait d’ autres.

Vision 

La vision est la partie qui permet à l’utilisateur de visualiser le contenue de la RV. Elle contient bien entendu un écran. L’ affichage sur cet écran sera divisé en deux afin d’afficher une image de chaque côté. Ceci est nécessaire, car l’écran est tellement proche du visage qu’il faut une image différente pour chacun des yeux. De plus cela permet aux yeux de l’utilisateur de faire une synthèse entre les deux images résultant en une vision en 3 dimensions. Ceci fait en sorte que le contenu apparait comme réellement présent devant l’utilisateur. Il s’ agit de la première étape pour une plus grande immersion dans la RV. Par contre cela fonctionne seulement si la gestion des deux images est faite correctement. De plus, une gestion qui n’ est pas faite correctement peut résulter en cyber-malaise car le cerveau ne sera pas capable de faire une synthèse correctement.

Puisque l’écran dans le casque est très proche des yeux, il n’ est pas possible, sans ajout de lentilles, de bien voir ce qu’il y a à l’ écran. Cela est dû au fait que l’écran est à une distance plus petite que le puncturn proximum de l’homme. Il s’agit là du point le plus près des yeux à partir duquel l’homme est capable de bien distinguer un objet. Pour corriger cela, des lentilles sont aj outées entre l’écran et les yeux. Celles ci vont faire en sorte que l’écran va apparaître comme étant plus loin qu’il ne l’est en réalité. De plus, elles vont faire en sorte que le champ de vision apparait plus grand. Ceci donne l’impression à l’utilisateur que l’écran prend tout son champ de vision. Ce qui résulte en un environnement plus immersif pour lui puisqu’il ne peut voir que l’écran. Cependant, l’utilisation de lentilles entraîne certaines déformations sur l’image perçue. Cela entraîne une diminution de l’immersion. Pour augmenter l’effet d’immersion, il faut soit modifier les lentilles afin de mmimiser la distorsion ou bien annuler la distorsion à l’aide d’une modification du rendu à l’ écran. Bien entendu la deuxième demande plus de calcul et ralentit tout le processus d’ affichage, mais offre une meilleure correction. Par exemple, dans le casque OSVR, la distorsion est minimisée à l’aide des lentilles, mais elle est quand même perceptible. Dans un autre cas, l’Oculus ne minimise pas la distorsion. Ce qui oblige l’utilisateur à corriger cette distorsion à l’aide du rendu à l’écran et rend celle-ci presque imperceptible.

Il Y a deux types de distorsions présentes dues aux lentilles. La première est une aberration géométrique puis la deuxième une aberration chromatique. L’aberration géométrique est une distorsion de type coussinet « pincushion ». Celle-ci est corrigée à l’aide de la distorsion inverse qui est de type barillet « barrel ».

Capteurs

Les différents casques de réalité virtuelle sont également munis de différents capteurs qui permettent de mesurer les mouvements de la tête. Sans quoi celui -ci serait simplement un dispositif de visionnement 3D au même titre qu’un téléviseur 3D. Ces capteurs sont généralement le gyroscope, accéléromètre et magnétomètre. Habituellement, il y a aussi un thermomètre afin d’ améliorer la précision des mesures des autres capteurs. Les derniers casques sont aussi en général expédiés avec une caméra de positionnement.

Puisque la plupart des capteurs ont une sortie qui varie aussi en fonction de la température, les données mesurées par ceux-ci n’est pas totalement fiable. Connaissant le comportement en fonction de la température des différents capteurs, le thermomètre permet de corriger les mesures et ainsi éliminer la dépendance à la température. Ceci est en général fait automatiquement par le SDK du casque et est totalement transparent pour le développeur.

Le premier capteur est le gyroscope. Celui -ci est capable de mesurer les mouvements angulaires sur les trois axes cartésiens du casque. Il permet donc de complètement déterminer l’orientation de l’objet en trois dimensions.

Le deuxième capteur qui est l’accéléromètre permet de mesurer l’accélération dans les différents axes du casque. Celui-ci est donc en mesure de trouver la direction du sol grâce au fait qu’il mesure l’ accélération gravitationnelle. Donc peu importe la position de la tête, il peut retrouver la position du sol. Il retrouve donc un point de référence fixe qui permet de partiellement déterminer l’ orientation de la tête. Il permet aussi en théorie de retrouver la position de la tête à l’aide d’une double intégrale qui transforme l’accélération en position.

Cette mesure est bien théorique due au fait qu’une intégrale sur un système bruité entraîne des divergences. Comme un accéléromètre n’est pas totalement sans bruit, on retrouve donc une divergence sur la vitesse après la première intégrale et une divergence encore plus importante sur la position après la deuxième. Cette erreur grandit significativement avec le temps de simulation et rend cette mesure inutilisable sans autres mesures qui permettent de corriger la divergence.

Le troisième capteur est le magnétomètre qui permet de mesurer le champ magnétique sur les différents axes cartésiens. Celui-ci permet donc de mesurer le champ magnétique terrestre. Dans ces conditions, il permet d’agir en tant que boussole. Comme dans le cas de l’accéléromètre, il permet de retrouver un point de référence fixe qui est le nord. Il est donc en mesure de partiellement déterminer l’orientation du casque.

Table des matières

Chapitre 1 – Introduction 
1.1 Contexte
1.2 Problématique
1.3 Objectifs et méthodologie
1.4 Structure du mémoire
Chapitre 2 – Réalité virtuelle 
2.1 Composante de la Réalité virtuelle
2.2 Casques de Réalité virtuelle
2.2.1 Vision
2.2.2 Capteurs
2.3 Logiciel
2.3.1 Moteur graphique
2.3.2 Moteur physique
2.4 Conclusion
Chapitre 3 – Conception logiciel/matérielle de RV 
3.1 Architecture du programme
3.1.1 Interface graphique
3.1.2 Scène
3.1.3 Caméra
3.1.4 Entrées
3.1.5 Importation de modèles
3.1.6 Textures
3.1.7 Mémoire tampon de trame (Frame Buffer)
3.1.8 Nuanceur (Shader)
3.2 Architecture matérielle
3.2.1 OpenCL
3.2.2 Implémentation d’un moteur de collision
3.3 Conclusion
Chapitre 4 – Application de la RV 
4.1 Introduction de l’environnement matériel
4.2 Performances logicielles
4.2.1 Performance sur différentes plateformes
4.2.2 Comparaison ancien et nouveau moteur
4.3 Résultats de l’implémentation matérielle
4.4 Application aux T,CA
4.5 Conclusion
Chapitre 5 – Conclusion général

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