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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)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Automatique - Robotique > Robotique > Perception, planification et interface en robotique > Interfaces de localisation et de commande > Conventions mathématiques
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Capteurs
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2. Conventions mathématiques
Les capteurs de localisation spatiale déterminent les paramètres liés aux degrés de liberté d’un repère dans un espace à trois dimensions. Mais certains capteurs, pour des raisons techniques, ou encore pour limiter les coûts ou l’encombrement, ne mesurent que trois paramètres (il est souvent plus simple de mesurer les rotations que les translations). Le formalisme mathématique le plus classiquement utilisé décompose les degrés de liberté ainsi :
-
trois coordonnées de translation de l’objet par rapport à la référence ;
-
trois coordonnées de rotation de l’objet par rapport à la référence.
De façon générale, c’est la notation mathématique sous forme matricielle des « coordonnées homogènes » qui est utilisée pour manipuler ces paramètres. Cette matrice, appelée « matrice de passage » ou « matrice de changement de base » est une matrice 4 x 4. La matrice correspond à la transformation mathématique jTi (se lit « transformation de j vers i ») nécessaire sur chaque axe du repère Rj de l’objet suivi en question pour atteindre le repère Ri de référence (figure 1).
La matrice jTi intègre donc directement le vecteur colonne (1 x 3) de translation jTri entre les deux repères ainsi que le vecteur (3 x 3) de rotation jRri . De plus, on trouve un facteur d’échelle, permettant les homothéties.
L’utilisation de cet outil mathématique est due à son intérêt principal : les changements de repères isométriques.
En effet, cette notation permet très simplement de « transporter » un vecteur écrit dans le repère j vers le repère i par une simple multiplication. Et c’est exactement ce que fait le logiciel de réalité virtuelle lorsqu’il obtient, grâce au capteur, la pose d’un repère associé à un objet réel, pour connaître la pose de ce même objet, dans le repère de référence : une (ou plusieurs) multiplication(s) matricielle(s) des coordonnées sous forme homogène.
Maintenant que l’on a rappelé comment le logiciel...
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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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