La Réalité Virtuelle

Sommaire

 

I-          Introduction

II-         Définition

A-         Qu’est-ce que la Réalité Virtuelle ?

B-         En quoi cela consiste ?

C-         Autres techniques

III-       Le casque VR

A-         L’écran

B-         Les lentilles

C-         Les capteurs de mouvements

D-         La spatialisation du son

E-         Les accessoires

IV-       L’environnement virtuel

A-         La latence et les feedbacks

B-         Travail d’optimisation

V-        Différents domaines d’applications

A-         L’éducation

B-         La formation

C-         La médecine

D-         Le divertissement

E-         Le jeu vidéo

VI-       Histoire de la réalité virtuelle

A-         Origine de la projection en trois dimensions

B-         Les premières inventions

C-         Les années 80 : différentes expérimentations

D-         Les expériences ratées des années 90

E-         La renaissance de la VR lancée par Oculus

VII-     Conclusion

VIII-    Sources

 

I-               Introduction

Imaginez être capable de voyager sans avoir à mettre un pied dehors, retourner à l’Antiquité, visiter l’espace ou le fond de l’océan, s’immerger entièrement dans un jeu vidéo avec un réalisme impressionnant simplement en posant un casque sur sa tête. Avec les avancées technologiques dans le monde de la réalité virtuelle, ces expériences immersives ne sont qu’un avant-goût de ce qui est et sera bientôt possible de faire à l’avenir.

          En effet la réalité virtuelle n’est pas seulement un nouvel accessoire de divertissement, c’est une nouvelle manière d’aborder le monde du multimédia grâce à la simulation. En étant immergé dans la VR, on n’est plus simple spectateur mais vraiment acteur du monde virtuel que l’on perçoit et avec lequel on interagit. Ainsi, la frontière entre le virtuel et la réalité n’a jamais été aussi mince.

          Lors de cette contribution nous allons donc premièrement donner une définition de ce qu’est la réalité virtuelle, en quoi elle consiste et quelles sont les autres technologies de simulation qui existent. Puis nous verrons l’environnement virtuel et le travail d’optimisation effectué. Ensuite nous verrons quelques domaines où elle est utilisée et comment la réalité virtuelle s’est développée de son origine à aujourd’hui avant de conclure sur ce qu’elle peut apporter à l’avenir et les améliorations possibles.

 

II-            Définition

A-   Qu’est-ce que la Réalité Virtuelle ?

          Par définition, la Réalité Virtuelle (ou VR pour Virtual Reality) est une technologie informatique qui génère numériquement un monde artificiel en trois dimensions dans lequel les objets ont une présence spatiale. On parle de réalité virtuelle lorsque l’utilisateur est plongé dans un monde virtuel dans lequel il peut voir et/ou interagir avec l’environnement grâce à un casque et éventuellement des accessoires pour renforcer l’immersion.

          La réalité virtuelle offre principalement des expériences de jeu et de divertissement, mais la technologie est également utilisée à des fins de simulation dans plusieurs autres secteurs.

          Même si l’on est encore loin de proposer des expériences dignes de films de science-fiction comme Ready Player One de Steven Spielberg, le procédé se développe lentement et offre petit à petit des expériences de plus en plus réalistes et de plus en plus immersives à ses utilisateurs.

          En effet l’expérience est principalement visuelle mais selon les techniques employées elle peut aussi être auditive voire même olfactive ou haptique avec la production d’un retour d’effets lorsque la personne est équipée des appareils adéquats.

 

B-   En quoi cela consiste ?

          Cette technologie est possible grâce à un casque stéréoscopique (3D) contenant un écran placé devant les yeux de l’utilisateur qu’il peut voir correctement grâce à des lentilles. A l’aide d’un système de capteurs, les images projetées sur l’écran bougeront en même temps que le casque. L’utilisateur peut ainsi tourner la tête pour regarder autour de lui comme dans le monde réel. Sa vue est alors trompée, le persuadant de manière plus ou moins réussie que ce qu’il voit est vraiment ce qui l’entoure, alors que tout est produit par le casque.

 

C-   Autres techniques

          Il existe plusieurs façons de s’immerger dans un environnement virtuel. De multiples possibilités s’offrent à nous et la réalité virtuelle n’est qu’une des nombreuses technologies visant à mixer le réel et la réalité.

          Comme la réalité augmentée (AR) par exemple, qui elle va intégrer des éléments virtuels dans un environnement réel. La réalité augmentée peut aller de simples informations ajoutées à l’écran jusqu’à des objets 3D intégrés dans l’espace. Les Google Glass qui diffusent des informations visibles dans un coin de l'œil, sont un exemple de Réalité Augmentée.

          Et il en existe d’autres tel que la réalité mixte, qui est une sorte de fusion de la réalité augmentée et de la réalité virtuelle. L’holographie, qui projette une image en 3D d’un objet. Les salles immersives, qui utilisent des projections murales, des enceintes et d’autres dispositifs pour créer des expériences multisensorielles (lumières, brumisation, vent, fumée, vibrations…).

          On connaît également les prises de vues à 360 degrés ou visites virtuelles, qui sont la forme la moins poussée de réalité virtuelle car l’utilisateur n’a pas la possibilité d’interagir avec l’environnement, il est seulement spectateur de la scène. Néanmoins le format 360° offre un degré de liberté au spectateur car il peut promener son regard là où il le souhaite contrairement à des photos ou vidéos classiques.

La VR se distingue des visites virtuelles par sa capacité à faire interagir l’utilisateur avec l’environnement virtuel en trois dimensions et c’est sur cette technologie que nous allons nous pencher.

 

 

III-          Le casque VR

          Pour que l’expérience de réalité virtuelle soit convaincante, elle doit tromper le plus de sens possible. En effet notre perception de la réalité nous vient de nos sens, particulièrement de la vision et de l’ouïe.

Les principaux éléments d’un casque VR sont l’écran, qui va remplir le champ de vision de l’utilisateur avec des images de l’environnement virtuel, ainsi que des lentilles afin de voir à une distance raisonnable et de ne pas avoir la sensation que l’écran n’est qu’à quelques centimètres des yeux.

Les casques reliés à un ordinateur ou une console de jeu ont besoin d’un câble USB pour communiquer avec la machine, un câble HDMI pour amener l’image dans le casque et un câble d’alimentation.

Il faut également avec le casque des capteurs à placer dans la pièce pour une reconnaissance précise des mouvements ainsi que des contrôleurs pour que l’utilisateur puisse interagir dans l’espace avec ses mains.

La VR peut aussi être pratiquée à partir de son smartphone (Samsung Gear VR) ou de casques autonomes comme l’Oculus Go qui n’ont pas besoin de câbles mais qui, privés de toute la puissance que peut offrir un PC ou une console, proposent des expériences moins poussées et essentiellement basées sur les mouvements de la tête (visites virtuelles à 360° par exemple ). Le fonctionnement de la réalité virtuelle s’articule autour de différents composants :

A-   L’écran

          L’écran constitue l’élément principal d’un casque de réalité virtuelle car c’est lui qui va projeter l’image de l’environnement virtuel.

Les casques VR de ces dernières années utilisent des écrans d’environ 5,7 pouces avec la technologie AMOLED (Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode). C’est une matrice active, c’est-à-dire qu’elle sélectionne chaque pixel grâce à un transistor permettant de les alimenter individuellement en courant. La technologie des écrans AMOLED ne nécessite pas de rétroéclairage externe et permet ainsi d’obtenir des écrans plus fins et de réduire la consommation d’énergie.

Avec deux écrans AMOLED dans le casque (un pour chaque œil), on obtient pour la plupart des casques un champ de vision de 110°, ce qui est assez proche de celui d’un humain (180°).

 

Mais l’œil étant très proche de l’écran, l’image est beaucoup plus pixelisée et elle l’est encore plus du fait que l’écran est séparé en deux. Pour remédier à cela, les couleurs des pixels de l’écran sont organisés différemment : pour chaque pixel, la bande de couleur verte est deux fois moins large mais deux fois plus présente. L’écart entre chaque couleur est ainsi uniforme, cela permet d’améliorer la densité des pixels et de réduire l’effet de grille (le fait de voir l’espace entre les pixels).

B-   Les lentilles

          Les lentilles sont une partie fondamentale du casque car elles permettent

à l’utilisateur de voir les images en 3D. Pour ce faire, le casque va afficher une image légèrement différente pour chaque œil et les lentilles vont permettre de percevoir ces deux images comme une seule avec de la profondeur. Les lentilles servent également à augmenter le champ visuel et elles permettent de simuler l’image à une distance d’environ 2.50m, comme si l’on regardait une télévision. Cela permet d’éviter de fatiguer les yeux en faisant la mise au point tout le temps.

 

La qualité des lentilles est définie par le FOV (Field of View) qui correspond au champ de vision de nos yeux. Plus ce champ est large, plus l’utilisateur aura une sensation de présence dans la scène. Nous avons deux types de FOV, la monoculaire qui correspond à la vision de chaque œil et la binoculaire qui est la combinaison des deux champs monoculaires et se situe là où les deux champs monoculaires se rencontrent. Nous sommes capables dans le champ de la vision binoculaire de voir en trois dimensions.

Le centre optique d’une lentille ne doit pas non plus être négligé car c’est le point par lequel la lumière passe sans être déviée, il doit donc être bien aligné avec la rétine afin d’avoir une vision claire et que l’image ne soit pas déformée. Les lentilles doivent donc avoir un grand diamètre pour avoir un centre optique le plus large possible et offrir une vision claire pour que la majorité des personnes puissent utiliser le casque. Autrement des molettes sont généralement disposées sur les côtés des casques pour ajuster le centre optique à sa rétine.

 

 

C-   Les capteurs de mouvements

          Afin de mesurer les mouvements de la tête de l’utilisateur et de les retranscrire dans l’environnement virtuel, on utilise trois capteurs : le gyroscope, le magnétomètre et l’accéléromètre, qui sont miniaturisés dans un petit composant placé juste au-dessus des yeux, au niveau du front. L’accéléromètre est utilisé pour détecter les accélérations et dans quelle direction se trouve le sol grâce à la gravité. Le gyroscope détecte les inclinaisons et le magnétomètre est une boussole intégrée au gyroscope qui va déterminer les rotations de la tête. Mais ces capteurs ne réussissent pas toujours à traduire la position de la personne avec fidélité, c’est pour cela qu’il existe également d’autres solutions pour compléter sur les casques haut de gamme.

Sony par exemple va disposer une webcam qui capte les lumières à led bleues tout autour du casque afin de le situer dans l’espace.

Oculus propose également l’Oculus Sensor, des capteurs de mouvements infrarouges à installer dans la pièce et qui vont détecter les déplacements de petits trackers positionnés dans le casque. Ces capteurs infrarouge détectent également la position et les mouvements des contrôleurs afin de les dupliquer aussi dans l’environnement virtuel.

 

 

D-   La spatialisation du son

          Autre que la vue, l’ouïe est un facteur décisif pour l’immersion de l’utilisateur. Notre audition est capable de repérer la provenance des sons dans l’espace et de connaître à quelle distance et dans quelle direction ils proviennent. C’est pour cela qu’il est primordial de recréer la même chose en VR pour que l’utilisateur ressente une véritable sensation d’immersion sonore.

Pour cela, on emploie la technique du son binaural ou de spatialisation sonore. C’est une technique d’enregistrement du son qui reproduit la perception sonore naturelle humaine. Elle consiste en la simulation d’une oreille humaine où deux microphones sont placés dans les oreilles d’un crâne humain artificiel afin d’améliorer la qualité de la prise de son et de la rendre plus réaliste.

Le rendu de ces enregistrements se base sur les HRTF (fonction de transfert relative à la tête) qui calculent les différences d’ondes sonores d’une oreille à l’autre afin que l’humain puisse repérer l’origine d’un son. Google a d’ailleurs lancé en 2017 un outil appelé « Resonance Audio » qui permet de spatialiser des sources sonores en 3D. Il est déjà intégré avec des moteurs comme Unity ou Unreal, utilisés pour la conception d’applications et jeux en VR .

Etant donné qu’en VR un joueur peut regarder dans n’importe quelle direction, un son n’aura pas la même intensité selon si le joueur se trouve proche ou éloigné de la source sonore, de face ou de dos... La spatialisation du son, en plus de rendre l’expérience plus réaliste, permet donc d’attirer l’attention du joueur à un endroit précis en l’attirant vers l’origine du son qu’il perçoit. C’est d’ailleurs une technique très utilisée par les producteurs de jeux d’horreurs qui font de la spatialisation du son un outil de narration à part entière.

 

E-    Les accessoires

Les accessoires ne sont pas indispensables à la réalité virtuelle mais améliorent la qualité de l’expérience déjà époustouflante pour une sensation d’immersion encore plus intense.

 

Les contrôleurs sont les accessoires principaux qui accompagnent le casque. Détectés par les capteurs infrarouges, ce sont des manettes qui vont représenter nos mains dans l’environnement virtuel. Ils permettent donc d’interagir et de réaliser toutes sortes d’actions. La précision des capteurs est telle qu’elle permet d’en retranscrire les mouvements au millimètre près.

L’HTC Vive est fourni avec des contrôleurs tandis que ceux d’Oculus, les Oculus Touch, et ceux de Playstation, les PS move, sont en option.

          De plus en plus de dispositifs haptiques sont développés afin de tromper le sens du toucher, en plus de la vue et du son. Comme avec les Manus VR Gloves par exemple. Ces gants commercialisées en 2017 permettent une sensation de préhension lors des interactions et d’avoir un contrôle très fin des mains, de l’ensemble des doigts ainsi que des bras en réalité virtuelle grâce à un système de tracking évolué.

 

          Encore en développement, la Tesla Suit, une combinaison qui propose un retour haptique sur tout le corps. Elle utilise un système de retour électro-tactile avec deux types d’électrostimulations : une qui stimule le muscle pour tendre certaines zones musculaire et l’autre qui active des décharges électriques indolores à la surface de la peau. L’assemblage de ces électrostimulations à un rythme précis permet de simuler plusieurs sensation comme une collision, un liquide, une caresse ou un impact majeur (sans pour autant provoquer de dégâts au porteur). En plus des décharges électriques la combinaison peut créer des changements de températures allant jusqu’à 20°C sur des zones précises du corps grâce à 10 zones thermiques. Elle est pour l’instant uniquement dédiée au marché professionnel.

Comme autres accessoires cette fois-ci non porté, on peut trouver le Virtuix Omni, une plateforme conçue pour pouvoir marcher, et courir en jeu vidéo en se déplaçant physiquement et virtuellement.

Le Birdly également, inventé par la société Somniacs est un simulateur de vol très immersif. En position allongée sur le ventre avec un casque VR, des écouteurs et un ventilateur qui projette de l’air plus ou moins fort en fonction de la vitesse. Les mains contrôlent des ailes qui nous permettent de voler comme un oiseau à travers divers paysages comme des montagnes ou une grande ville.

 

IV-         L’environnement virtuel

L’environnement virtuel constitue le monde dans lequel l’utilisateur va être immergé et avec lequel il va pouvoir interagir. Il est conçu numériquement grâce à des logiciels de création en trois dimensions tel que Unity par exemple ou Unreal.

Il est important pour l’utilisateur que l’environnement dans lequel il évolue soit bien conçu. Par exemple si les objets autour de lui sont trop grands, il risque de s’y sentir mal à l’aise, ou encore si les objets avec lesquels il peut interagir ne sont pas mis en évidence, il risque d’être frustré en tentant de saisir ceux qui ne peuvent pas être déplacés, etc. Ce sont plusieurs règles à suivre dans la création d’environnements 3D, d’autant plus que de nos jours la création d’environnement en 3D est guidée et devient très facile. Néanmoins, le fait de générer tout en monde virtuel en 3 dimensions sur 360° peut générer des obstacles :

 

A-  La latence et les feedbacks

          Chaque casque doit avoir un minimum de latence possible pour donner de la crédibilité à l’expérience virtuelle. La latence est le temps de réponse entre une action effectuée par l’utilisateur et sa prise en compte dans l’environnement virtuel. Les feedbacks correspondent au retour de la machine suite à l’action de l’utilisateur, ils lui permettent ainsi de comprendre que son action a bien fonctionné grâce à des signes visuels ou sonores. C’est la concordance de ces signes qui fera comprendre au joueur ce qui se passe devant lui, d’où l’intérêt d’avoir une latence très faible pour que le retour soit immédiat.

 

Les jeux en VR sont plus exigeants sur la latence par rapport à des jeux classiques car si le temps d’attente est trop long l’utilisateur va la percevoir et ne sera plus immergé dans la réalité virtuelle. A partir d’une latence supérieure à 50 millisecondes elle est perceptible et le cerveau ne comprend pas pourquoi lorsqu’il a bougé la tête rien ne se soit produit dans l’immédiat par exemple.

Pour assurer une latence faible, il est nécessaire d’avoir une console ou un PC assez rapide et puissant pour gérer des jeux en réalité virtuelle avec une qualité optimale.

A partir du moment où la latence est assez élevée pour être perceptible, la VR est confrontée à une gêne physique qu’on appelle aussi « motion-sickness » (ou le mal de la réalité virtuelle). Ce mal-être est comparable à celui ressenti lorsqu’on lit en voiture. Le cerveau ne comprends pas pourquoi il y a un décalage entre ce qu’il voit et ce que l’oreille interne détecte et s’en suivent des nausées.

Une trop grande exposition aux écrans de réalité virtuelle peut produire la même chose si l’application n’est pas bien optimisée ou que le nombre d’images par seconde est trop faible. Half Life VR est un exemple de jeu connu pour son motion-sickness.

Dans tous les cas, l'image plaquée devant les yeux de l'utilisateur l'isole complètement de la réalité, ce qui peut d'ailleurs poser des problèmes de vertiges, de claustrophobie ou des chocs involontaires avec les objets de la pièce.

 

B-  Travail d’optimisation

La différence entre un jeu vidéo classique et un jeu vidéo en réalité virtuelle est que celui en VR nécessite beaucoup plus de puissance pour générer l’environnement virtuel en 3D et à 360°.

Les machines actuelles ne disposant pas de la puissance nécessaire, on utilise un tas d’astuces et d’optimisations pour « tromper » en quelques sortes le cerveau et obtenir une immersion convaincante sans trop de calculs supplémentaires.

Pour assurer une immersion parfaite le casque devrait afficher 90 à 120 images par seconde au lieu de 30 à 60 pour un jeu classique. Plus le nombre d’ images est élevé, plus l’immersion gagnera en qualité mais sera aussi plus gourmande en calculs. Pour cela voici quelques exemples d’optimisations pour améliorer la qualité de l’image :

 

          L’anticrénelage ou anti-aliasing qui va appliquer un traitement sur l’image pour retirer l’effet d’ « escalier »,qui apparait lorsque l’image est très pixelisée et obtenir une image plus réaliste.

           Une autre optimisation qu’on appelle le rendu fovéal. Cela consiste à ne calculer avec précision que la zone fovéale du champ de vision car c’est là que notre vision est la plus précise. Sur les côtés notre vision est plus floue, il est donc inutile de calculer avec précision dans cette zone. Cela permet de libérer de la puissance de calcul et rendre la succession d’images plus fluide, sans aucun changement puisque notre œil ne verra même pas la différence.

          On peut également générer des images supplémentaires par illusion d’optique en superposant une image entre deux images, on appelle cela la reprojection. Cela permet de doubler le nombre d’images par seconde sans augmenter la puissance graphique.

 

V- Différents domaines d’applications

            Aujourd’hui la réalité virtuelle s’adresse pour la première fois au grand public et les jeux vidéo en font sa principale utilisation mais il ne faut pas oublier que c’est une technologie en pleine expansion.

Visites de musées, simulation de conduite, opérations chirurgicales, communication… La réalité virtuelle ne cesse de nous impressionner par sa capacité à s’étendre à toutes les disciplines et qui à l’avenir marquera durablement notre quotidien.

La culture, l’éducation, la science, le tourisme, l’emploi sont autant de domaines auxquels la réalité virtuelle tend à s’imposer de plus en plus et dont nous allons montrer quelques applications.

 

A-   L’éducation

          La réalité virtuelle, peut rendre l’apprentissage plus moderne, efficace et ludique. En effet, elle capte l’attention des enfants et rend la mémorisation plus facile en montrant aux élèves certains mécanismes qui sont parfois compliqués à comprendre sur un simple manuel scolaire.

          Il est ainsi possible aux élèves de s’immerger au cœur d’évènements historiques depuis leur salle de classe grâce à des reconstitutions virtuelles. L’application Edo VR par exemple permet de se rendre au Japon féodal ou Arnswalde VR reconstitue une ville polonaise en première ligne lors de la Seconde Guerre Mondiale.

          Google Earth VR donne également la possibilité de visiter n’importe quel lieu sur la planète. Entre les Alpes, l’Amazonie, New-York ou même les fonds marins, cet outil apporte un réel support pour les cours de géographie.

         La culture est également modernisée avec l’application Boulevard qui donne la possibilité de visiter les grands musées du monde et d’interagir avec des œuvres célèbres. L’application Star Chart permet d’explorer l’univers et d’en apprendre davantage sur les constellation tandis que l’application InMind explique l’anatomie de notre cerveau.

          Aujourd’hui de nombreuses applications en VR sont disponibles pour les élèves et sont rendues très accessibles avec le Google Cardboard qui réduit considérablement le coût bien que les expériences du Google Cardboard soient plus du contenu 360° que de la VR interactive. Google a ainsi lancé l’application Google Expeditions, un programme éducatif qui regroupe une centaines de contenus en 360°. Mark Zuckerberg, directeur du groupe Facebook, voit en la VR un potentiel instructif très prometteur et a annoncé sa volonté d’investir 10 millions de dollars dans le développement d’applications VR éducatives.

 

 

B-   La formation

            Les formations coûtent cher aux entreprises et il est parfois difficile de recréer certaines situations réelles en dehors du terrain. Par exemple, un chirurgien aura beau observer plusieurs fois une situation, il n’apprendra vraiment qu’en opérant en situation réelle. Les cours théoriques sont utiles mais insuffisants et la VR se présente comme une solution pour combler le manque de pratique. Ainsi les formations en VR se développent de plus en plus :

          Par exemple la start-up SimForHealth a imaginé une formation médicale dans le but de former le personnel hospitalier afin d’apprendre les bons gestes.

Autre exemple avec Artefacto qui propose un système pour former le personnel de la société Thales à la maintenance en recréant la procédure que le personnel doit suivre.

          Pôle Emploi utilise également la VR pour faire découvrir des métiers aux demandeurs d’emplois en les immergeant dans différents lieux de travail et de gagner ainsi du temps dans leur orientation.

          Le passage du Code de la Route est un autre exemple de situation que l’on pourrait scénariser en virtuel sans avoir besoin de se trouver réellement dans un véhicule. Certains spécialistes pensent même qu’à l’avenir la VR occupera deux tiers du budget de la formation en entreprise. Néanmoins, une véritable formation reste essentielle et la réalité virtuelle est vraiment utile lorsque la formation peut être dangereuse, coûte trop cher ou est trop éloignée géographiquement ou tout simplement lorsqu’elle n’est pas réalisable dans le monde réel.

 

 

C-   La médecine

 

          Entre les soins, thérapies, diagnostics et traitements, la réalité virtuelle est de plus en plus utilisée pour compléter les thérapies classiques. Elle offre de nombreuses possibilités d’utilisations comme celle de traiter certaines phobies en confrontant les patients à leurs peurs et en les poussant à maîtriser leurs émotions.

          Le programme C2Care propose des applications pour le traitement des phobies, des addictions, des troubles du comportement alimentaire, de la dépression et des troubles fonctionnels. Des études ont d’ailleurs prouvé que ces programmes étaient plus efficaces qu’un traitement psychologique classique.

          En Chine, une étude a été menée sur des personnes dépendantes à la drogue qui avaient suivi un traitement par la réalité virtuelle. Il consistait à associer en plusieurs étapes leur addiction à une sensation de dégoût et le bilan a déterminé que ce traitement était efficace à 67,3% et que le taux de sevrage était de 37%.

          De plus, la VR est utilisée pour changer l’expérience de l’hôpital en diminuant l’anxiété des patients grâce à des programmes de relaxation. L’application Bliss en est un exemple.

 

D-  Le divertissement

 

          En ce qui concerne le divertissement, la réalité virtuelle ne trouve pas son utilisation que dans le domaine du jeu vidéo mais dans tout l’univers multimédia.

          Grâce à NextVR, on peut désormais participer à des évènements comme des concerts ou des matchs sportifs sans y être. Des vidéos prises à 360° de divers évènements sont déjà disponibles sur plusieurs plateformes comme Facebook ou YouTube et certaines caméras permettent de photographier ou filmer soi-même à 360°pour en profiter par la suite en VR.

Des films sont mêmes disponibles pour le Samsung Gear VR comme Nomads ou Deadliest Catch VR.

La réalité virtuelle a également investi les parcs d’attractions. Les sensations réelles des montagnes russes (accélérations, vent, l’oreille interne qui détecte lorsque nous sommes à l’envers…) couplées à un parcours virtuel permettent aux utilisateurs de se retrouver dans un univers imaginaire enrichi par le virtuel tout en étant sujets aux sensations de mouvements dans la réalité.

 

 

E-    Le jeu vidéo

 

          Le jeu vidéo est le domaine le plus important et le principal acteur de la montée en puissance de cette technologie. En effet les joueurs sont généralement les plus à l’aise avec la réalité virtuelle. Les possibilités infinies d’une immersion virtuelle révolutionnent la manière d’aborder le jeu et font vivre aux joueurs des expériences hors du commun. Le nombre de jeux en réalité virtuelle ne cesse d’augmenter chaque jour, on peut citer par exemple rien qu’en 2019 des sorties comme Blood and Truth, Stormland, Pistol Whip, Boneworks, Defector…

          Les jeux d’horreurs sont également nombreux dans cette catégorie car en s’immergeant dans un environnement qui nous semble plus vrai que nature, les images et les sons qui nous parviennent peuvent nous effrayer bien plus facilement qu’en jouant à distance d’un écran.

Pour finir, tous les domaines peuvent être enrichis par la réalité virtuelle et c’est une des raisons pour laquelle elle aura une présence significative dans notre manière d’aborder le travail, le divertissement, etc.

 

VI-         Histoire de la réalité virtuelle

 

A-   Origine de la projection en trois dimensions

 

Avant même que l’on puisse imaginer des technologies de réalité virtuelle approchant celles que nous connaissons aujourd’hui, il a fallu tout d’abord maîtriser la stéréoscopie afin de simuler un image en 3 dimensions (largeur, hauteur, profondeur).

En effet, nos deux yeux ne voient pas exactement la même chose. Le cerveau reçoit ainsi deux images légèrement différentes et analyse cette différence pour en déduire une seule image en relief.

Tout l’enjeu de la stéréoscopie est de produire ces 2 images et de les faire converger vers nos yeux à un certain angle afin de simuler le même procédé que notre cerveau.

 

          Le premier stéréoscope date des années 1838 et faisait converger le regard à l’aide d’un jeu de miroir vers deux images pour les visualiser en relief. Le principe fut ensuite appliqué à la photographie.

 

 

Depuis lors, les technologies ont évolué au fur et à mesure et le cinéma stéréoscopique est apparu au début du 20ème siècle.

 

 

B-   Les premières inventions

 

Aujourd’hui la réalité virtuelle est une technologie qui n’en est encore qu’à ses débuts. Pourtant l’idée de plonger un être humain dans un environnement virtuel grâce à la stéréoscopie a commencé à être étudiée dès les années 1950.

 

Et l’un des premiers à essayer de mettre cette idée en pratique fut le cinéaste Morton Heilig. Il exposa en 1955 sa vision d’un appareil multisensoriel et après quelques années de travail, il présenta en 1962 un prototype fonctionnel du premier cinéma immersif : le Sensorama.

Cet appareil mécanique ressemblant à une grosse borne d’arcade était composé d’un siège simulant des mouvements par vibration, d’un écran stéréoscopique à large angle de vue et de haut-parleurs stéréo. Il possédait également des ventilateurs et un diffuseur de parfum pour que le spectateur ressente toutes les scènes du film comme s’il y était.

Mais trop en avance sur son temps, le Sensorama n’a pas convaincu les investisseurs de l’époque et ne fut jamais commercialisé.

 

 

En 1961, deux ingénieurs de l’entreprise américaine Philco mirent au point le Headsight. Considéré comme le premier casque stéréoscopique, ou HMD (Head Mounted Display, littéralement « l’écran monté sur la tête »), le Headsight relayait à l’opérateur les images en temps réel d’une caméra installée dans une pièce adjacente. Il utilisait un seul tube cathodique et un système magnétique de suivi des mouvements pour que la caméra distante bouge en même temps que la tête de l’opérateur.

          Il ne s’agissait pas à proprement parler d’un casque de réalité virtuelle, puisque les images visualisées étaient réelles, mais les fondements techniques étaient posés.

 

 

Puis arriva le premier tournant de l’histoire de la réalité virtuelle : la NASA, et la National Sciences Fundation aux États-Unis décidèrent d’investir dans le développement de cette nouvelle technologie à hauteur de 80 000 dollars. Ces investissements ont permis la mise au point de l’Ultimate Display par Ivan Sutherland, chercheur de l’université de l’Utah. Il décrivit son concept en 1965 et le réalisa en 1968.

Cet appareil utilisait deux tubes cathodiques, un pour chaque œil, ainsi que des capteurs ultrasoniques et stéréoscopiques qui permettaient de projeter devant les yeux de l’opérateur des images 3D générées par ordinateur en surimpression de la réalité (c’était donc plus de la réalité augmentée que de la réalité virtuelle).

 

A cette époque, les matériaux ne permettaient pas d’avoir un réel confort et à cause de son poids très élevé, le système devait être soutenu par un bras accroché au plafond, empêchant l’utilisateur de bouger ce qui valut au prototype le surnom d’ « épée de Damoclès ». Cette invention influencera par la suite de nombreux autres créateurs.

 

C-   Les années 80 : différentes expérimentations

 

 

En 1982, l’entreprise Atari alors à son apogée, fonda son laboratoire de recherche : l'Atari Research Lab qui lança la carrière de nombreux pionniers de la réalité virtuelle, tels que Jaron Lanier ou Thomas Zimmerman.

          Ce dernier inventa la même année le premier accessoire de VR, le DataGlove (gant de donnée) qui traduisait le degré de flexion des doigts en signaux électriques grâce à des fibres optiques glissées dans les mailles. Elles étaient disposées dans l’alignement des doigts et plus ou moins longues pour détecter les mouvements aux différentes articulations. Cela permettait ainsi de retranscrire les mouvements de la main dans un univers virtuel en temps réel.

Le laboratoire d’Atari fut fermé l’année suivante et Lanier et Zimmerman fondèrent alors en 1984 leur propre société: VPL (Visual Programming Lab) Research, afin de commercialiser le DataGlove, puis plus tard l’EyePhone, la première commercialisation d’un casque VR pour le prix de 9400$ et le Data Suit. Ce fut l’une des premières société à développer et vendre des produits de réalité virtuelle.

Parallèlement à l’industrie du jeu vidéo, l’armée et la NASA s’étaient eux aussi intéressés rapidement à la réalité virtuelle.

Ainsi dans les années 70, l’ingénieur Thomas Furness a travaillé pour l’armée de l’air dans l’application d’écrans d’ordinateurs dans les cockpits. Il propose en 1982 le Super Cockpit, ou VCASS (Visually Coupled Airborne Systems Simulator) qui visait à simplifier le pilotage des avions de combat en présentant au pilote les informations principales sous une forme plus simplifiée. Il captait également les mouvements de la tête et les commandes vocales.

La NASA présente le Nasa VIEW en 1985, un système utilisant un casque stéréoscopique offrant un angle de vue de 120° grâce à deux écrans LCD de 2,7 pouces. Le casque était complété par un système de reconnaissance vocale et par des gants Dataglove fournis par VPL Research.

          C’est en 1987 que Jaron Lanier, fondateur et chercheur à la société VPL, introduisit pour la première fois le terme de « Réalité Virtuelle ».

 

D-   Les expériences ratées des années 90

 

La technologie va par la suite se cultiver pour atteindre un public plus large mais elle sera confrontée dans les années 90 aux désillusions des utilisateurs. En effet, ce sont des années de tests et d’expérimentations, si bien que les inventions qui en sont sorties n’ont pas reçu le succès attendu.

Par exemple, avec le Power Glove commercialisé par Nintendo pour la NES en 1989. Il constituait une version plus allégée du DataGlove avec une manette sur le poignet. Pour le faire fonctionner le joueur devait placer trois capteur sur son écran. Néanmoins, le Power Glove fut un échec, étant donné du peu de jeux sur lesquels on pouvait l’utiliser. De plus, dans la majorité des cas les contrôles répondaient mal, rendant la progression plus compliquée voire impossible.

L’entreprise SEGA, ennemie de Nintendo, annonça en 1993 le SEGA VR. Le casque de réalité virtuelle qui devait intégrer des écrans LCD et des capteurs inertiels (analysent les mouvements) pour la somme de 200 $. Quatre jeux étaient même prévus pour le lancement mais malheureusement SEGA abandonna le projet et le SEGA VR ne fut jamais commercialisé.

L’année 1995 fut également une déception pour les joueurs de la Réalité Virtuelle. Nintendo lance avec éloges le Virtual Boy, une console de jeu prenant la forme d’un casque, qui sera sans doute considéré comme le plus gros échec de l’histoire de la réalité virtuelle du fait qu’il cumule d’énormes défauts.

En effet, la résolution de ses écrans était très insuffisante et son affichage ne se faisait qu’en rouge et noir. Son ergonomie était également déplorable : il était trop lourd pour être porté sur la tête et reposait sur un pied, il n’y avait donc aucun suivi des mouvement. De plus il provoquait des maux de têtes et des nausées. Il ne sera vendu finalement qu’à 770 000 exemplaires et aura contribué à dégoûter toute une génération de joueurs.

          Nintendo s’éloigne des casques de réalité virtuelle mais reste tout de même dans la technologie immersive avec la WII sortie en 2006. Elle invente ainsi une nouvelle manière de jouer, en utilisant le corps du joueur. Ses concurrents ont rapidement suivi avec la Kinect de la Xbox et le Playstation Move.

 

          Loin des yeux du grand public avec la déception engendrée par les casques ratés des années 90, la réalité virtuelle est restée pendant un temps réservée aux applications professionnelles de grands groupes industriels de secteurs tels que l’aéronautique, le ferroviaire, la recherche ou l’automobile. Ils investissent à la fin des années 1990 dans des CAVE (Cave Automatic Virtual Environment), des salles équipées de projecteurs pour travailler dans un environnement virtuel. Par exemple, Peugeot a investi plus de 7 millions d’euros dans la réalité virtuelle depuis 1999 et Renault a acquis une Cave à 3 millions d’euros.

Des investissements aux coûts importants et qui ont exclu pendant des années une utilisation plus ouverte au grand public de la réalité virtuelle même si certains passionnés continuent d’y croire.

 

 

E-    La renaissance de la VR lancée par Oculus

 

          Parmi ces passionnés, Palmer Luckey, un adolescent ingénieux qui bricole des casques dans son garage et en discute sur un forum. Il rencontre par chance, John Carmack, l’illustre développeur du jeu Doom, qui était membre de ce même forum. Luckey lui envoie son prototype et Carmack est si impressionné qu’il fait une démonstration du casque pendant l’E3 2012. C’est la naissance de l’Oculus Rift et le début d'une incroyable envolée technologique vers les casques d’aujourd'hui.

          Ce projet redonne de l’espoir pour la réalité virtuelle et les investisseurs affluent la société Oculus qui récupère plus de 2 millions de dollars.

Sa version finale sera commercialisée en 2016 et se présente sous la forme d’un masque recouvrant entièrement les yeux. Il contient un écran plat numérique OLED placé à quelques centimètres des yeux et une lentille pour chaque œil.

 

L’écran affiche une image stéréoscopique déformée pour compenser la distorsion optique créée par ces deux lentilles et des capteurs détectent les mouvements de la tête de l’utilisateur afin d’adapter en temps réel l’image affichée sur l’écran.

Il est aussi équipé de la technologie audio binaurale utilisant les HRTF, permettant une spatialisation en 3D du son avec des différences entre les deux oreilles. C’est un appareil de haute technologie permettant une immersion très réaliste dans la scène.

Après le progrès de l’Oculus Rift qui avait réussi à produire l’illusion d’une immersion, on a voulu pousser plus loin en se déplacer naturellement dans l’environnement virtuel. C’est là qu’intervient le Virtuix Omni. Un tapis roulant omnidirectionnel (peut être utilisé dans toutes les directions) qui laisse l’utilisateur marcher librement et naturellement dans son univers virtuel, sans risquer de se cogner. Lancé en 2013, le Virtuix Omni fut un succès instantané.

          Sony va s’intégrer dans la compétition de la réalité virtuelle en 2014 avec le Sony Playstation VR. Utilisé en périphérique de la Playstation 4, le casque se base sur le même modèle que l’Oculus avec un écran OLED et des lentilles. Le suivi des mouvements est renforcé par la caméra de la console qui détecte les lumières led bleues tout autour du casque.

          Toutes ces technologies coûtant cher, Google va se démarquer de ses concurrents avec le Google Cardboard et sa solution toute simple : une coque en carton et scratch, avec un système optique de lentilles. L’écran à ajouter est celui de notre smartphone. La qualité est donc bien plus faible qu’un casque à des centaines d’euros mais c’est une alternative accessible pour aider la VR à se démocratiser.

          La même année un troisième acteur majeur se lance dans la réalité virtuelle : Samsung, qui présente le Samsung Gear VR à l’IFA 2014. A mi-chemin entre l’Oculus et le Google Cardboard, le Samsung Gear VR est équipé de capteurs pour le suivi de la tête et pour gérer une haute fréquence de rafraîchissement mais son écran est un smartphone Samsung glissé à l’intérieur, comme sur le Cardboard. Ce dernier détail le rendant bien moins cher, il est commercialisé pour une centaine d’euros.

          Le dernier concurrent à être apparu est HTC avec le HTC Vive en 2015. Réalisé en collaboration avec Valve, il est équipé des mêmes technologies que l’Oculus.

Il contient deux écrans de 1080 x 1200 pixels rafraîchis à 90Hz et est équipé d’une multitude de capteurs pour le suivi des mouvements. Enfin, HTC a intégré en plus une caméra fixée sur le casque permettant d’intégrer dans l’univers virtuel des images d’objets réels présents dans l’environnement du joueur.

 

          Force est de constater qu’avec des débuts dès les années 60, des expériences primitives dans les années 90, puis une révolution dans les années 2000, la réalité virtuelle est devenue un domaine qui explose.

Les solutions de réalité virtuelle modernes ont considérablement évolué et l’Oculus Rift, le HTC Vive, le Sony Playstation VR ne sont que les exemples les plus réputés de ces dernières années. Les technologies plus abordables se démocratisent également avec les performances des smartphones devenant de plus en plus intéressantes.

Le nombre d’applications à la réalité virtuelle croît considérablement dans tous les domaines et au fur et à mesure que cette technologie se développe, de nouveaux périphériques sont conçus et étudiés pour une immersion virtuelle encore plus stupéfiante.

La réalité virtuelle n’en est qu’à ses prémices et on ne peut pour l’instant encore que se demander jusqu’où cette technologie pourra nous emmener.

 

VII-      Conclusion

 

          Pour conclure, la réalité virtuelle est une nouvelle manière d’aborder l’audiovisuel et pourrait bien révolutionner le monde du divertissement, le monde professionnel et bien d’autres domaines et ainsi prendre une place plus importante dans notre société. Même si c’est une technologie qui n’est finalement pas si récente, son ouverture au grand public et des décennies de recherches et d’expérimentations lui ont permis d’atteindre aujourd’hui des simulations vraiment convaincantes.

Ce produit n’étant encore qu’à ses balbutiements, on attend pour les prochaines générations de casques VR des améliorations telles que :

Les prix qui restent encore trop élevés (environ 1500€ pour un casque et un ordinateur adapté sans compter les accessoires éventuels).

Des casques plus légers avec une plus grande qualité de l’écran également, (dont une augmentation des pixels pour réduire l’effet de grille et atteindre des qualités supérieures comme la 4K ou 8K serait bien plus agréable). Ainsi qu’une fonctionnalité pour traiter la lumière bleue qui abîme les yeux.

On peut s’attendre également à une meilleure analyse des mouvements (en captant également le déplacement des pupilles et le changement d’altitude de la tête et des mains), une amélioration de la puissance graphique des machines pour plus de réalisme et moins de « motion-sickness » ainsi que des évolutions vers une expérience encore plus interactive pour qu’à l’avenir on ressente l’univers virtuel.

Ce sont autant de points qui démontrent que la réalité virtuelle est une technologie encore en développement, même si elle propose d’ores et déjà des expériences bluffantes. On peut se demander alors à quoi la réalité virtuelle ressemblera dans dix ou vingt ans, et s’il y aura toujours une frontière entre le virtuel et le réel.

 

VIII-    Sources

 

 

https://www.youtube.com/watch?v=8_qqAkJnepw

https://www.youtube.com/watch?v=guHt8dcCi-U

https://www.futura-sciences.com/tech/questions-reponses/multimedia-realite-virtuelle-realite-augmentee-difference-1962/

https://www.futura-sciences.com/tech/definitions/technologie-realite-virtuelle-598/

https://www.d-booker.fr/content/126-ar-vr-presentation

https://www.group-digital.fr/casque-realite-virtuelle.html

https://www.realite-virtuelle.com/comment-fonctionne-realite-virtuelle/

http://tpe-realite-virtuelle-bscx-jnt.e-monsite.com/pages/2-le-fonctionnement-des-casques-vr.html

https://www.artefacto-ar.com/realite-virtuelle/

https://www.lamobylettejaune.com/realite-virtuelle/realite-virtuelle-domaines-applications/

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https://www.realite-virtuelle.com/faq-realite-virtuelle-augmentee-mixte/

https://www.science-et-vie.com/archives/realite-virtuelle-elle-devient-enfin-reelle-36768

https://fr.wikipedia.org/wiki/Latence_(informatique)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Enregistrement_binaural

https://fr.wikipedia.org/wiki/Hrtf

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https://www.realite-virtuelle.com/fov-quest-field-view-0208/

http://blog.smartvr-studio.com/agence-vr-spatialisation-3d-binaural-360

https://www.realite-virtuelle.com/resonance-audio-google-3d-0711/

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http://www.yoctopuce.com/FR/article/accelerometres-et-gyroscopes-fantasmes-vs-realite

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Matrice_active

https://www.etr.fr/actualite/3080-le-fonctionnement-d-un-casque-vr.html

https://www.psychologies.com/Therapies/Toutes-les-therapies/Therapies-breves/Interviews/La-therapie-par-realite-virtuelle-pour-soigner-les-troubles-psychiques

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Virtual_Boy

https://en.wikipedia.org/wiki/Virtuix_Omni

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https://www.cairn.info/revue-de-neuropsychologie-2012-4-page-267.htm#

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http://lescopainsd-abord.over-blog.com/article-le-view-master-par-nath-didile-86278316.html

https://www.3demotion.net/stereoscopie/

https://www.realite-virtuelle.com/etapes-developpement-realite-virtuelle-0508/

https://en.wikipedia.org/wiki/Sensorama

https://graphitepublications.com/realite-virtuelle-lavenir-du-jeu-video/

https://medium.com/@LeSabat/do%C3%B9-vient-la-r%C3%A9alit%C3%A9-virtuelle-575ef743a58c

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