La réalité virtuelle ? Un jeu vidéo vous en donne une petite idée. Manette en main, vous dirigez votre propre personnage dans un environnement virtuel, le plus souvent en 3D. Avec la wii, les mouvements que vous accomplissez réellement devant votre écran de télévision sont instantanément traduits dans le jeu. Mais l’immersion n’est pas totale, et si la concentration mentale du joueur acharné que vous êtes apporte ses compensations, vous restez dans votre salon avec une perception aiguë du monde qui vous entoure.
Il faut aller plus loin pour parler véritablement de réalité virtuelle. L’immersion doit s’opérer avec tous les sens, dans un monde virtuel avec lequel il est possible d’interagir en temps réel. Elle se produit par l’intermédiaire de casques ou de plateformes de réalité virtuelle. Là, le jeu est d’un autre niveau, il est même l’apanage de spécialistes des plus sérieux.
– Utiliser le virtuel pour mieux agir dans le réel
– Un train électrique plus vrai que nature
– Quand la passion d'adolescence grandit…
Au laboratoire IRTES-SeT de l’UTBM, la plateforme de réalité virtuelle fait partie d’un dispositif où se rencontrent fiction et réalité pour assister la conception de produits de consommation ou de postes de travail. En mettant en situation interactive l’être humain, le produit et l’environnement, elle est au service de la démarche de l’équipe ERCOS, qui consiste à placer l’homme au cœur de la conception. L’innovation réside dans cette dimension tout autant que dans l’aspect technologique proprement dit.
Le processus se déroule selon différentes étapes, que l’on souhaite imaginer ou tester une nouvelle cafetière, une voiture électrique ou un poste d’emballage de fromages. Il est au départ entièrement réel. La métrologie humaine permet de qualifier l’ergonomie, l’utilisabilité des produits existants. Ce diagnostic est instructif, il vient en préalable à la simulation numérique d’un nouveau concept pour lequel sont mis à l’épreuve faisabilité ergonomique, possibilités techniques et design.
L’étape suivante voit entrer sur la scène virtuelle un être humain en chair et en os : un concepteur pour tester la mise en situation d’un produit pour l’instant toujours en version numérique, ou un utilisateur / opérateur, qui va par exemple répéter les gestes de travail qu’il exécute habituellement pour juger sur pièces l’intérêt d’une nouvelle solution limitant la pénibilité d’un poste et les risques de troubles musculo-squelettiques.
La plateforme de réalité virtuelle immersive de l'IRTES-SeT à l'UTBM
Le concept est désormais prêt à passer au stade de prototype réel. Le scénario comporte un produit et un utilisateur réels, immergés dans un contexte virtuel. « La solution proposée sera jugée acceptable si elle répond à un cahier des charges multicritères, déclare Jean-Claude Sagot, responsable de l’équipe ERCOS à l’IRTES-SeT, et directeur du département de formation EDIM (Ergonomie, design et ingénierie mécanique) de l’UTBM. Le bien-être et le confort, la santé, l’acceptation du produit, sa viabilité technique et économique, sans oublier le respect de la compétitivité de l’entreprise. »
Parce qu’il intègre une dimension humaine, le processus appelle au contrôle de sa fiabilité et de la reproductibilité de ses conclusions. Florence Bazzaro est enseignant-chercheur à l’UTBM. Ses travaux mêlent sciences cognitives et réalité virtuelle pour apporter un éclairage scientifique sur le comportement de l’être humain mis en situation virtuelle. « On sait par exemple que la perception des distances en réalité virtuelle est sous-estimée par rapport à la perception réelle. Mes recherches ont pour but de définir les limites et les potentialités de la réalité virtuelle au vu de la réalité des comportements humains. »
Le souci de la compréhension de l’homme s’exprime aussi au cœur du programme de la formation EDIM, où des étudiants suivent des enseignements de réalité virtuelle. « Partir des mêmes éléments de connaissance favorise la coopération entre les différents acteurs de la conception », explique Jean-Claude Sagot. La plateforme de réalité virtuelle immersive est ainsi à la disposition de l’enseignement comme de la recherche.
Elle comprend notamment un système de visualisation à trois écrans composé de deux murs de 2,10 m x 3,36 m et d’un sol de 3,36 m² pour une vision stéréoscopique, un système optique de capture de mouvements de l’utilisateur (tête, main, pieds), et des gants de données pour la récupération de la gestuelle des doigts.
Des équipements de haute technologie dont peut également se prévaloir l’Institut des systèmes interactifs et communicants (ISIC) de la Haute Ecole Arc. Ici, la plateforme de réalité virtuelle prend l’allure d’une sphère de 3 m de diamètre pour une immersion encore plus totale. La virtusphère est capable de tourner dans toutes les directions, guidée par les mouvements de l’utilisateur qui, placé dans son ventre, reçoit le soutien d’une rampe à laquelle s’accrocher en cas de défaillance… Les images de l’environnement virtuel lui sont communiquées par l’intermédiaire d’un
casque. « On peut se mettre dans la peau d’un robot et le commander de façon intuitive. Le test est plus concluant qu’avec un joystick et se révèle au plus proche de la réalité d’utilisation, un aspect essentiel pour le domaine de la téléprésence par exemple », raconte Didier Rizzotti, responsable de l’ISIC-Arc. Avec une image à 360° sans raccord, la virtusphère offre indéniablement des possibilités particulières par rapport aux autres systèmes de réalité virtuelle. Il n’en existe que deux exemplaires en Europe, la seconde étant hébergée en Allemagne.
La virtusphère de l'ISIC-Arc, pour une immersion à 360°
Autres forces de l’ISIC : un super calculateur travaillant avec une dizaine de cartes graphiques pour la production d’images et le calcul intensif, et un scanner 3D pour reproduire un objet réel et l’injecter dans un environnement virtuel sous forme de modèle virtuel. Il est temps, à ce stade, d’aborder la notion de réalité augmentée, dont le principe est fondé sur l’ajout d’éléments. Cette fois il s’agit de modifier l’apparence d’un objet ou d’un contexte réels grâce à un additif virtuel. Si la technologie est ici plus récente et n’atteint pas encore le degré de maturité de la réalité virtuelle, elle est déjà largement utilisée et se montre prometteuse. L’ISIC la manipule dans différentes applications, et ses premières réalisations, à destination de musées en Suisse, sont très explicites. La projection d’une image-texte se superposant parfaitement à l’inscription à demi effacée d’une dalle antique rend sa lecture aussi aisée que si la dalle venait d’être gravée. Mêmes conclusions pour un vase aux motifs fanés reprenant vie, ou pour une pièce d’archéologie incomplète qui retrouve ses contours d’origine.
L’illusion est créée grâce à des lunettes spéciales. Semi-transparentes, elles permettent de voir la scène réelle en même temps que l’image supplémentaire apportée par un écran qu’elles dissimulent. Captant des motifs disposés autour de l’objet comme autant de points de repère, une caméra, également placée dans les lunettes, enregistre toute variation dans l’angle de visualisation de ces motifs, correspondant aux mouvements effectués par la personne qui porte les lunettes. La caméra est ainsi à même de guider la projection de l’image virtuelle et d’adapter en permanence sa superposition à l’objet réel, quelle que soit la position prise pour regarder l’objet. « Ces applications patrimoniales correspondent aux prémices de la réalité augmentée.
La santé est un domaine que nous sommes aujourd’hui en mesure d’aborder », raconte Didier Rizzotti. Ainsi, une expérience sur les « membres fantômes » est actuellement en test au CHUV de Lausanne, pour soulager de leurs douleurs des personnes amputées. « Des phénomènes de distorsion apparaissent chez ces personnes qui imaginent leur membre disparu tordu ou plus grand qu’il ne l’était en réalité. C’est ce décalage qui crée la douleur. » Or, la vue est le sens qui prime sur les autres : en redonnant une existence visuelle au membre perdu, la réalité augmentée corrige les impressions erronées ressenties par le patient. Et elle fait mieux que les miroirs habituellement utilisés en thérapie. Les personnes peuvent commander leurs deux membres, réel et virtuel, de façon indépendante, comme s’ils cohabitaient toujours, par exemple pour saisir un ballon virtuel ou jouer avec.
La réalité augmentée matérialise un membre amputé
Dans un tout autre domaine, la plus récente des applications de réalité augmentée proposées par l’ISIC concerne l’usinage sur une machine-outil TORNOS, afin d’en démontrer les capacités sans qu’elle produise de copeaux comme elle le ferait en réalité. Une solution pratique pour une démonstration sur un salon professionnel ! La machine est bien réelle, mais son action s’exerce sur une pièce virtuelle. La caméra, fixe, est placée dans la machine et on peut suivre sur
un écran placé à côté le déroulement de l’opération. La difficulté réside ici dans la synchronisation de la pièce virtuelle avec les mouvements de la machine, ainsi que dans la façon de gérer les occlusions apparaissant lorsque les composantes réelles de cette dernière passent devant l’image virtuelle.
Les applications de la réalité augmentée sont donc multiples et l’ISIC en fait une brillante démonstration. « Nous espérons voir naître de nos travaux une start-up qui serait susceptible à l’avenir de valoriser notre savoir-faire dans une démarche industrielle et commerciale », rapporte Didier Rizzotti.
La Fête de la science à Montbéliard était cette année une excellente occasion de se frotter à la réalité augmentée. Les étudiants du master 2 Produits et services multimédia de l’UFR STGI ont mis les bouchées doubles pour en faire la
démonstration. Une équipe a choisi de fabriquer de toutes pièces un jeu vidéo sur le thème de l’Égypte antique : Ramsès Run est une course folle dans les dédales des pyramides aux décors de pierre plus vrais que nature. Un autre groupe n’a pas hésité à se salir virtuellement les mains en proposant la réalisation d’une peinture sur une toile imaginaire. Une œuvre que chacun des artistes en herbe du public aura eu à cœur de sauvegarder avant de la voir effacée à la manière d’une ardoise magique pour le Picasso suivant.
« Les étudiants ont travaillé en situation réelle, avec un délai imposé et des contraintes techniques. Outre la mise au point du produit de réalité augmentée lui-même, il leur a fallu gérer la réalisation de l’installation, depuis la création d’une affiche explicative jusqu’à la mise en place de liens internet en passant par la manière de placer le public sur un stand de 9 m² pour qu’il puisse interagir avec l’écran, sans interférer dans la projection des images », raconte Benoît Piranda, responsable du master.
Car si la technique est au cœur des procédés innovants utilisés en réalité augmentée, elle est avant tout pour les étudiants un support à leur créativité et à la conception d’une chaîne de fabrication dont ils connaissent chaque maillon. « La plus-value de cette formation, dont il n’existe que peu d’équivalents en France, c’est la maîtrise de la conception du contenu d’un produit multimédia. Les étudiants sont capables de décomposer les étapes à réaliser et d’y associer les personnes-ressources et les bonnes compétences. Ce sont d’ailleurs des tâches qu’ils peuvent prendre en charge car ils apprennent aussi la polyvalence et font preuve d’une grande capacité à créer. » Ces gestionnaires de projets affûtés aux technologies les plus modernes intéresseront en priorité les services et agences de communication pour la création publicitaire, événementielle ou de spectacle.
Une start-up, l’idée a justement fait son chemin de l’autre côté de la frontière, de Belfort à Strasbourg. Installée dans les deux villes, VOXELIA est une émanation du laboratoire IRTES-SeT de l’UTBM, et travaille toujours main dans la main avec les informaticiens de l’équipe ICAP. Tous sont spécialistes de la génération automatique d’univers virtuels, VOXELIA représentant un vecteur de valorisation de cette technologie auprès du monde économique.
Retour au tout début des années 2000… L’équipe ICAP travaille en intelligence artificielle sur la simulation de trafics, le déplacement de foules… Quelques tours de passe-passe mathématiques et informatiques plus tard, et les simulations virtuelles sont mises en images via une plateforme de réalité virtuelle.
Olivier Lamotte, ingénieur de recherche à l’IRTES-SeT, explique que « la plateforme est un outil de visualisation, elle n’est que l’expression graphique des simulations numériques obtenues par intelligence artificielle ». Mais dès lors, les scénarios d’évacuation du site du festival des Eurockéennes ou les tests d’encombrement de rues généré par de nouveaux itinéraires de bus prennent leur pleine signification grâce à l’image, et deviennent accessibles aux décideurs de tout horizon. C’est cet ensemble de compétences qui fait la plus-value de l’équipe ICAP comme de VOXELIA.
La génération automatique d’univers virtuels représente un important investissement en termes de temps, mais constitue un capital d’images réutilisables et déclinables. « Une fois le modèle élaboré, deux heures ont été nécessaires pour représenter les 140 km de la LGV Rhin – Rhône, quand des infographistes auraient passé plusieurs semaines pour les réaliser manuellement », raconte Olivier Lamotte. « Et plus les objets à représenter sont nombreux, plus la simulation est complexe et nécessite de calculs, témoigne à son tour Renan Zéo, l’un des fondateurs et responsables de VOXELIA. C’est une performance technologique que nous maîtrisons bien. »
Résultat : des maquettes numériques avec lesquelles créer des scénarios à l’infini, et qu’il est possible d’améliorer et de mettre à jour régulièrement, de façon automatique, avec une grande précision dans le détail. Bitume ou concassé, la nature du sol est traduite en informations numériques, tout comme la typologie haussmannienne de la façade d’un bâtiment ou la tuile mécanique des toits d’un quartier, pour une maquette au plus proche de la réalité, servant non seulement un fidèle rendu, mais aussi et surtout à une exploitation des plus fiables. Les informations proviennent du SIG (Système d’information géographique), des cadastres, des vidéos Google Car ou encore de prises de vues aériennes pour les maquettes de villes, et des fichiers de conception et de réalisation d’ouvrages, comme dans le cas de la LGV.
Les 140 km de la LGV Rhin-Rhône fidèlement reproduits dans un univers virtuel
Le long des 140 km de voies reproduites, les sapins et autres conifères donnent une impression crédible de décor comtois, mais sont plantés au hasard, n’ayant aucune incidence sur les simulations. En revanche, les profils des voies sont vrais, les conditions météorologiques de pluie, de neige ou de vent plausibles, car ce sont des paramètres entrant pleinement en compte dans les tests virtuels de confort de conduite, de vitesse ou encore de visibilité. Idem pour tous les éléments techniques constituant la ligne : dimensions et écartement des traverses, forme et épaisseur des rails, positionnement des poteaux électriques d’alimentation de la caténaire, présence d’ouvrages d’art…, l’univers virtuel de la LGV est la réplique exacte de sa réalité.
Fruit d’un partenariat entre ALSTOM TRANSPORT, l’IRTES-SeT et VOXELIA, le simulateur de conduite est la copie conforme d’une cabine de pilotage Prima II avec son pupitre, ses boutons, ses alarmes et ses écrans d’ordinateur. Le tout pour une simulation de trajet des plus réalistes. « Il s’agit bien de simulation et non d’animation, précise Olivier Lamotte. Nous pouvons anticiper le comportement réel d’un train, connaître la capacité d’une locomotive à tracter une charge inhabituelle ou calculer sa vitesse dans les pentes. » L’incidence de la construction de nouveaux bâtiments en milieu urbain ou l’impact d’un nouveau carrefour sur la circulation se prêtent de la même manière à des scénarios d’anticipation.
Le simulateur de conduite est la réplique exacte de la cabine de pilotage Prima II
La société HÉRITAGE VIRTUEL baigne elle aussi dans ces mondes parallèles qu’elle s’emploie à créer. Pierre Rupp et Loïc Thirion Lopez, ses cofondateurs, ont tous deux suivi les enseignements en histoire de l’université de Franche-Comté dont ils sont diplômés, mais sont autodidactes pour tout ce qui concerne la technique. Leur passion pour les jeux vidéo, les logiciels de retouches d’images, la photo, la vidéo et la 3D, aidée par quelques petits jours de formation, est passée au fil des ans du statut de loisir à celui d’activité professionnelle, avec la farouche volonté de toujours mieux maîtriser la technologie.
Quelques années de développement à l’incubateur de Franche-Comté ont donné une bonne assise à l’entreprise et sa réputation, après sept ans d’activité, n’est plus à faire. Les réalisations concernent l’industrie, l’architecture et le patrimoine bien sûr, avec les collectivités publiques pour principaux clients.
Reconstitution de la place Saint-Étienne à Toulouse telle qu’elle apparaissait en 1890, de la ville de Besançon lorsqu’elle a été redessinée par Vauban, témoignage de l’évolution de la ville de Quimper à travers les âges, de Cherbourg avant qu’elle soit dévastée par les bombardements, visite du théâtre de Chaillot à des époques clés de sa transformation…, la fibre historique a toujours différents contenus multimédia pour s’exprimer. « L’histoire récente est évidemment la plus facile à aborder. Lorsqu’on remonte le temps, les archives font souvent défaut et cela devient compliqué de reconstituer une abbaye ou un château vieux de plusieurs siècles dont il ne reste que des ruines », raconte Loïc Thirion Lopez.
Valorisation du patrimoine et réalité augmentée font très bon ménage. Lorsque Francesco Termine et son équipe de la Haute école de gestion Arc proposent leurs solutions exploitant la réalité augmentée à différents sites touristiques en Suisse, c’est l’enthousiasme. Leurs visites vont désormais s’enrichir de pages d’histoire et de scènes tirées du passé pour un voyage dans le temps express. Grâce au dispositif MTIS (Mobile tourist information system) et à une tablette qu’ils dirigent vers un point précis, les visiteurs en balade vont s’immerger dans une réalité parallèle, par l’intermédiaire d’une image, d’une vidéo ou d’une forme en 3D.
À la Chaux de Fonds, un bâtiment désaffecté reprend vie par écran interposé sous forme d’un atelier horloger très actif au début du XXe siècle. À Porrentruy, un buste s’anime sur son socle sous les traits d’un comédien qui se substitue au personnage de bronze pour raconter une tranche de l’histoire de la ville. Des traces de fossiles au fond d’une fontaine renaissent sous la forme des organismes qu’ils ont été un jour, une superposition saisissante pour réussir à les identifier. À Orbe, des mosaïques sont prétexte à faire renaître l’immense villa romaine dont elles sont les seuls vestiges, et d’en découvrir le luxueux intérieur en compagnie de Lucius, son propriétaire-acteur. Plusieurs itinéraires, très différents dans leurs contenus puisqu’il y est question de chevaux tout autant que de vieilles pierres, ont pu être testés au cours de l’été.
La Chaux de Fonds, 26 mai 1913
Père du projet MTIS, Francesco Termine ose à peine avouer le « retour fantastique » qu’ont suscité certaines applications. « La réalité augmentée est utilisée sur certains points d’intérêt de nos parcours touristiques, c’est une technique d’illustration permettant une interaction ludique entre le visiteur et le site. »
Car l’application est le fruit d’une collaboration de spécialistes : archivistes, archéologues, historiens, informaticiens, comédiens… chacun a son rôle à jouer dans la production de ce guide touristique du futur. L’expérience, concluante, menée à la Haute Ecole Arc avec le soutien financier d’arcjurassien.ch, appelle de nouveaux développements. Francesco Termine espère qu’elle donnera lieu à la création d’une start-up, pour la poursuite d’un scénario… bien réel celui-là.
Contact :
Jean-Claude Sagot / Florence Bazzaro
Laboratoire IRTES-SeT – Équipe ERCOS – Département EDIM
UTBM
Tél. (0033/0) 3 84 58 30 70 / 34 59
Laboratoire IRTES-SeT – Équipe ICAP
UTBM
Tél. (0033/0) 3 84 58 33 44 – olivier.lamotte@utbm.fr
Département DISC — Département d’informatique des systèmes complexes — Institut FEMTO-ST
Université de Franche-Comté / ENSMM / UTBM / CNRS
Tél. (0033/0) 3 81 99 47 74
Tél. (0041/0) 32 930 20 20
ISIC — Institut des systèmes interactifs et communicants
Tél. (0041/0) 32 930 22 09
Tél. (0033/0) 3 70 99 50 06
Tél. (0033/0) 3 81 25 29 89