Fonctionnement des casques nouvelle génération

ORIGINES DE LA RÉALITÉ VIRTUELLE

Tentative de définition

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 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 haptiques permet, grâce à des interfaces adéquates, de produire des « retours d’effets » relatifs au toucher comme des tremblements. La création d’interfaces comportementales 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 environnement virtuel sans activité physique (sensori-motrice) est hors du domaine de la réalité virtuelle. »

Origine du terme Réalité Virtuelle

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 thing.
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.
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 réel . 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.

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 » 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

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

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 VRfut 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.

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.

Différences Réalité Virtuelle/Réalité Augmentée

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.

QUELQUES CHAMPS D’APPLICATION DE LA VR

Militaire

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.

Enseignement

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 VRou Immersive VR Educations’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 Virtualteacha 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 Virtualteachchez CLARTE :« La réalité virtuelle permet d’explorer les nouvelles façons d’apprendre, et de travailler sur la mémoire kinesthésique, la mémoire du ressenti ».

Une évolution progressive

L’arrivée sur le marché du jeu vidéo de cette nouvelle génération de casques a participé à l’émergence d’une nouvelle façon de jouer sans pour autant remplacer les précédentes. Il appert que peu de licences phares du jeu vidéo utilisent ces nouveaux périphériques tant ils reposent sur un changement radical de la manière de jouer. L’attrait pour réalité virtuelle est certain, mais comme tout secteur brassant des quantités astronomiques d’argent, chaque « évolution » marque une étape qui demande du temps à s’intégrer. Il y a 10 ans de cela, la célèbre firme Nintendotravaillait sur la conception d’une nouvelle console supposée révolutionner notre façon de jouer. La console Wii, mise sur le marché en décembre 2006 en Europe, proposait des manettes équipées de capteurs permettant de détecter leur position et leur orientation dans l’espace. Elle fut la meilleure vente de sa génération de console, mais cette technologie resta cantonnée à cette firme tant la façon de jouer était dépendante des jeux proposés. Nintendo possède des licences phrases qui ont marqué l’histoire du jeu vidéo, comme Mario ou encore Zelda. Cette exclusivité a permis à la firme de développer des jeux basés sur le fonctionnement de la console proposée. L’entreprise Sonya également cherché à suivre la mode lancée par Nintendo en proposant pour sa console Playstation 3 les manettes PS Move qui reposaient sur le même principe. Ce fut un échec commercial, car la console ne disposait pas de titres assez fort pour justifier l’utilisation d’un tel type de manettes. Il est d’ailleurs amusant de constater que Sony a recyclé l’emploi de ses PS Move en les proposant pour l’utilisation du casque Playstation VR.

CONCLUSION

Après une vingtaine d’années passées dans l’ombre des laboratoires de recherche et des industriels, la réalité virtuelle affiche un grand retour dans le monde vidéo ludique. Désormais, un matériel de pointe relativement abordable et fonctionnel se retrouve à la portée de tous, permettant ainsi la diffusion de ce genre d’expérience immersive.
Comme nous venons de le voir, la réalité virtuelle ne se borne pas au domaine du jeu vidéo et tend à prendre de plus en plus d’importance dans le processus d’apprentissage. Les propriétés immersives des casques offrent des simulations réalistes permettant de réaliser des entrainements sans la contrainte du coût et du danger. Même si l’utilisation de la VR reste discrète dans les autres domaines, le milieu du jeu vidéo a largement contribué à son succès auprès du public.
Parmi tous les modèles présents actuellement sur le marché, trois modèles se démarquent. Ayant tous des fonctionnements similaires, ils disposent cependant de certaines particularités qui peuvent privilégier leur utilisation par rapport à d’autres. Le principal atout de ces casques repose sur l’existence de manettes permettant d’interagir avec un environnement virtuel. Mais tout cela a un coût, et dépenser plusieurs centaines d’euros n’est pas forcément indispensable pour profiter une d’expérience virtuelle. De nos jours, même nos smartphones disposent de la technologie nécessaire pour visualiser des environnements à 360°. Il est donc plus simple est bien plus rentable dans certains cas d’acheter simplement le support qui nous permettra de les visualiser.
Tout dépendra des objectifs d’un projet, mais si les interactions avec l’environnement virtuel ne sont pas l’objectif premier, des solutions à moindre coût sont également à la portée de tous. Grâce au développement de caméras permettant une prise de vue à 360 degrés et des lecteurs adaptés, ce type de dispositif tend à se développer rapidement.

Table des matières

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
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

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