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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée de l'article de même titre et du même auteur, paru dans les Techniques de l'ingénieur en 2014.
RÉSUMÉ
Cet article présente un tour d'horizon des techniques et des technologies utilisées pour capter et interagir en environnement virtuel. Sont présentés les différents capteurs capables d'obtenir, soit une position, soit une orientation, soit les deux combinés. Après un rappel mathématique de manipulation des données issues des capteurs, sont décrits les capteurs selon la technologie utilisée (mécanique, électromagnétique, optique ou hybride). Les capteurs bas coût sont aussi présentés, ainsi que les solutions de localisation du corps dans son ensemble, avant de terminer avec les différentes solutions d'interfaces de commandes.
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Olivier HUGUES : Ingénieur de recherche - Secteur privé - Note de l'éditeur : Cet article est la version actualisée de l'article de même titre du même auteur, publié par les Techniques de l'ingénieur en 2014.
INTRODUCTION
L’objectif de cet article est de présenter un état de l’art des techniques et technologies mises en œuvre pour obtenir la position et/ou l’orientation, en temps réel, d’un objet dans un espace donné. Dans le domaine de la réalité virtuelle mais aussi en réalité mixte, ces informations sont utilisées pour connaître la position d’une partie du corps de l’utilisateur (tête, main…) ou son orientation, la position du corps dans son ensemble ou la position d’un solide, lui-même manipulé par l’utilisateur. La connaissance de la position et de l’orientation de ces éléments permettra ensuite d’adapter le comportement du système ou la position des entités virtuelles entre elles en fonction des positions respectives des objets suivis.
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MOTS-CLÉS
Etat de l'art localisation et commande interaction en réalité virtuelle suivi de position pour la réalité virtuelle
VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2007 par Philippe FUCHS
- Version archivée 2 de févr. 2014 par Olivier HUGUES
DOI (Digital Object Identifier)
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Accueil > Ressources documentaires > Technologies de l'information > Le traitement du signal et ses applications > Réalité virtuelle > Interfaces de localisation et de commande > Capteurs
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3. Capteurs
De façon générale, le capteur exprime les paramètres de translation et de rotation (lorsqu’il en est capable) dans un repère interne. La documentation du capteur concerné renseignera l’utilisateur sur la position et la configuration de ce repère. Nous allons aborder les capteurs utilisant la classification selon les technologies mécaniques, électromagnétiques, optiques et hybrides.
3.1 Technologie mécanique
Avec ce type de capteur, il existe en permanence une liaison mécanique entre l’objet suivi et son environnement, tout en laissant libre les degrés de liberté de l’objet. En général, la liaison mécanique est composée d’une chaîne de plusieurs barres articulées autour de liaisons pivots ou rotules (figure 2). L’architecture mécanique est souvent identique à celle de robots manufacturiers, mais elle est plus légère afin de supprimer le plus possible les contraintes de mouvement et d’inertie de l’objet suivi (dans la figure 2, l’objet suivi est la main). Le capteur évalue l’orientation des différentes liaisons qui constitue son bras pour déterminer la position et l’orientation de l’outil manipulé par l’utilisateur. Dans certains dispositifs, les liaisons peuvent aussi être motorisées et donc limiter leur plage de fonctionnement dynamiquement (en plus des limitations mécaniques du bras). Dans de tels dispositifs, l’utilisateur pourra percevoir un « retour d’effort » en atteignant une butée dépendante de ce qu’il est en train de manipuler dans l’environnement virtuel.
Les capteurs mécaniques présentés dans la suite ne peuvent déterminer qu’un seul et unique paramètre d’orientation, de vitesse ou d’accélération. Ils sont rarement vendus séparément, mais ils sont associés pour donner des capteurs à trois ou six degrés de liberté. Les différents types de capteurs mécaniques exploités pour la réalité virtuelle sont les inclinomètres, les gyroscopes, les gyromètres et les accéléromètres. La miniaturisation de ces capteurs atteint un tel niveau que ceux-ci sont tous intégrés dans de minuscules puces électroniques, implémentées dans de très nombreux cas d’application. On en trouve par exemple dans les automobiles, dans les montres, les téléphones...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LUMBROSO (H.) - Mécanique du point : 114 problèmes résolus. - 1re année MPSI.PCSI.PTSI. Dunod (1998).
-
(2) - CLAY (A.), COUTURE (N.), NIGAY (L.), DE LA RIVIÈRE (J.-B.), MARTIN (J.-C.), COURGEON (M.), DESAINTE-CATHERINE (M.), ORVAIN (E.), GIRONDEL (V.), DOMENGER (G.) - Interactions and systems for augmenting a live dance performance. - ISMAR, IEEE Computer Society, http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00752227 (2012).
-
(3) - WANG (J.F.), CHI (V.), FUCHS (H.) - A real-time optical 3D tracker for HMD systems. - Computer graphics, n° 2, p. 24 (1990).
-
(4) - WANG (N.), PALJIC (A.), FUCHS (P.) - An evaluation of rendering and interactive methods for volumetric data exploration in virtual reality environments. - SPIE Visualization and Data Analysis (2012).
-
(5) - Direction de FUCHS (P.) - Le Traité de la Réalité Virtuelle. - Presse de l’École des Mines de Paris, troisième édition (2006).
- ...
VRPN : (Virtual-Reality Peripheral Network) est une bibliothèque qui permet d’interfacer tous type de dispositif physique (capteurs, interface de commande, manette, joystick…) avec le système de réalité virtuelle, le tout en réseau.
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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