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Éléments constitutifs des environnements virtuels 3D
Environnements virtuels 3D - Typologie et interopérabilité

Auteur(s) : Rozenn BOUVILLE

Relu et validé le 25 juin 2021

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RÉSUMÉ

Les environnements virtuels 3D sont utilisés dans de nombreux domaines, avec des usages multiples, du divertissement à l’apprentissage en passant par la conception assistée par ordinateur pour l’industrie. Si leur nombre ne cesse de croître chaque année, un problème récurrent freine leur adoption et leur diffusion. Il est en effet très difficile d’importer des données dans un environnement virtuel autre que celui pour lequel ces données ont été créées. Ceci ralentit la création d’environnements virtuels 3D, augmente leur coût de production et limite leur accès aux utilisateurs. Cet article analyse les raisons de ce manque d’interopérabilité en détaillant les composants de ces environnements et les solutions existantes.

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Auteur(s)

  • Rozenn BOUVILLE : Docteur en informatique et ingénieur de recherche - Équipe Hybrid, INSA de Rennes et IRISA, Rennes, France

INTRODUCTION

Les environnements virtuels 3D sont des applications de réalité virtuelle qui ont, au fil des années, gagné en nombre et en diversité d'usages. Cette technologie a en effet trouvé des applications dans divers domaines qui vont du divertissement à des usages professionnels de haute précision. Leur diversité et leur nombre posent un problème pour lequel il n'existe pas de solution universelle : il est impossible de communiquer d'un environnement virtuel à un autre. Il est en effet extrêmement difficile d'échanger des données entre deux environnements virtuels, mais également d'accéder à plusieurs environnements virtuels par l'intermédiaire d'une même application cliente.

Cet état de fait pose de nombreux problèmes qui freinent la diffusion et l'adoption des environnements virtuels 3D :

  • la réutilisation de données. L'impossibilité d'échanger et de partager directement des données d'un environnement virtuel à un autre empêche la réutilisation des données et plus précisément des contenus des environnements virtuels. En effet, bien qu'il existe une offre assez étendue d'outils permettant de produire des contenus 3D, leur manipulation est souvent peu intuitive. Il est donc très intéressant de pouvoir réutiliser des modèles existants car leur réalisation est une tâche coûteuse et consommatrice de temps ;

  • la réutilisation et l'interchangeabilité des composants. Comme il est pratiquement impossible de réutiliser directement des contenus 3D, il en va de même pour les composants logiciels qui permettent de générer l'environnement virtuel. Ceux-ci sont en effet compatibles avec un petit sous-ensemble d'autres composants et de contenus 3D, ce qui limite leur réutilisation pour un autre environnement virtuel. Il est, par conséquent, souvent nécessaire de développer de nouveaux composants pour chaque environnement virtuel, ce qui majore encore leur coût et leur temps de production ;

  • le recours à la conversion. Une solution couramment utilisée pour réutiliser les contenus et les composants consiste à convertir les données utilisées, mais la conversion est souvent synonyme d'erreurs et de pertes de données qui peuvent rendre les contenus convertis inexploitables ;

  • les problèmes de portage. Le manque d'interopérabilité pose aussi problème lorsqu'un environnement virtuel doit être porté sur un autre système (nouveau client ou nouveau terminal) ;

  • les difficultés d'accessibilité. Les environnements virtuels 3D sont généralement accessibles au travers d'une application cliente qui leur est propre. Pour accéder à un autre environnement virtuel, il est nécessaire d'utiliser une autre application cliente.

L'interopérabilité permet de résoudre tous ces problèmes de façon à accroître et à simplifier l'utilisation des environnements virtuels 3D.

La première partie de cet article présente une typologie des environnements virtuels 3D ainsi que les propriétés qui les caractérisent.

La deuxième partie détaille les différents composants des environnements virtuels 3D, les contenus 3D mais aussi les composants logiciels nécessaires à la restitution des contenus.

La troisième partie explique les enjeux de l'interopérabilité et liste les solutions existantes pour les environnements virtuels 3D.

L'objectif de cet article est de présenter aux lecteurs la diversité d'usages et la diversité technologique des environnements virtuels 3D, d'expliquer cette diversité pour enfin exposer les solutions disponibles permettant de pallier les problèmes qu'elle engendre.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te5908


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2. Éléments constitutifs des environnements virtuels 3D

Cette section détaille les éléments constitutifs d'un environnement virtuel 3D : les contenus 3D, d'une part, et les composants logiciels de rendus. Ces derniers ont pour rôle de restituer les objets et la scène tridimensionnelle modélisée dans les contenus.

2.1 Contenus 3D

Pour l'ensemble des environnements virtuels présentés dans le paragraphe 1.2, les éléments essentiels qui les constituent sont les contenus 3D. La réalisation de ces contenus est une tâche majeure de la création d'un environnement virtuel, c'est en effet à travers ces contenus que l'utilisateur va percevoir le niveau de réalisme et l'étendue qui caractérisent le monde qu'il va explorer. Nous verrons tout d'abord l'ensemble des caractéristiques que peuvent avoir les contenus des environnements virtuels 3D, puis nous ferons un tour d'horizon des formats 3D utilisés pour encoder ces contenus. Nous verrons ensuite quelle structure commune est utilisée pour la majorité de ces contenus.

HAUT DE PAGE

2.1.1 Description des contenus 3D

Afin de décrire le rendu visuel d'un objet ou de l'environnement, les contenus des environnements virtuels 3D contiennent principalement trois types d'informations : des informations pour décrire des modèles 3D, des informations sur la scène qui englobe ces modèles, et des informations sur l'animation et l'interactivité de la scène. Nous ne présentons pas ici les informations qui concernent d'autres types de rendu (acoustique, tactile...).

La description d'un modèle 3D se fait au travers de plusieurs paramètres qui définissent l'unicité de la représentation de cet objet dans l'environnement virtuel ciblé.

  • Géométrie

    Ce paramètre décrit la forme de l'objet, celle-ci peut être une forme géométrique parmi des...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HEILIG (M.L.) -   Sensorama simulator.  -  US Patent (1962).

  • (2) - CRUZ-NEIRA (C.), SANDIN (D.J.), DeFANTI (T.A.), KENYON (R.V.), HART (J.C.) -   The CAVE : audio visual experience automatic virtual environment.  -  Commun ACM, 35(6), p. 64-72 (1992).

  • (3) - BARTLE (R.A.) -   Designing virtual worlds.  -  New Riders (2004).

  • (4) - FUCHS (P.), MOREAU (G.) 74 auteurs -   Le Traité de la réalité virtuelle.  -  Troisième édition, 4 volumes, « L'Homme et l'environnement virtuel », « Interfaçage, immersion et interaction en environnement virtuel », « Les outils et les modèles informatiques des environnements virtuels » et « Les applications de la réalité virtuelle ». Les Presses des Mines, ISBN 2-911762-62-2, 63-0, 64-9 et 65-7, fév. 2006.

  • (5) - STEPHENSON (N.) -   *  -  Le samouraï virtuel.

  • ...

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