Interfaces de localisation et de commande

Abstract

L’objectif de ce dossier est de presenter les interfaces permettant une localisation en temps reel de tout objet, ce qui permet le suivi de sa trajectoire, indispensable pour la realite virtuelle. Dans ce domaine, l’objet a localiser est, soit une partie du corps du sujet (main, tete...), soit l’ensemble du corps, soit un solide manipule par l’utilisateur. Ce sont donc des interfaces motrices car elles permettent au sujet d’ agir sur le monde virtuel. Localisation spatiale Dans bien des cas, nous employons les capteurs universels de localisation, souvent nommes par le neologisme «  traqueur  ». Ceux-ci mesurent seulement la position spatiale d’un repere mobile par rapport a un repere fixe. Nous pouvons aussi utiliser les interfaces specifiquement concues pour la localisation du corps ou d’une partie de celui-ci, telles que les combinaisons de donnees et les gants de donnees. Le positionnement d’un repere mobile est parfaitement determine si le traqueur permet de mesurer les six degres de liberte du repere. Ces six parametres sont definis par la matrice de transformation geometrique entre ce repere et le repere fixe lie a l’environnement. Cette transformation est composee d’une rotation et d’une translation. Les parametres peuvent etre definis de differentes facons et, en general, les systemes de mesure laissent a l’utilisateur le choix entre les differentes representations. Le traqueur parfait n’existe pas. Tous les traqueurs presentes dans ce dossier ont au moins une contrainte d’exploitation ou des performances restrictives. Les techniques de realite virtuelle sont pourtant tres demandeuses de ce type d’interface. Mais concevoir et realiser un capteur de localisation bon marche qui fournisse en temps reel (a une frequence superieure a 100 Hz) six mesures tres precises, sans contraintes d’exploitation, est un challenge technique tres difficile. Il peut paraitre etonnant qu’a notre epoque aux techniques tres evoluees, donner six mesures en temps reel semble tres complexe. Les capteurs de localisation spatiale determinent souvent les six parametres lies aux six degres de liberte. Mais certains capteurs ne mesurent que trois parametres : les trois coordonnees liees a la translation de l’objet par rapport au referentiel ; les trois coordonnees liees a la rotation de l’objet ; les trois coordonnees liees a la localisation dans un plan. Nous ne presentons dans ce dossier que les capteurs localisant un objet dans une zone restreinte, telle que l’espace environnant d’un ordinateur ou d’une piece (quelques centimetres a quelques decametres). Nous n’etudions donc pas les capteurs de navigation permettant la localisation terrestre, hors du domaine de la realite virtuelle. Capteur de localisation et interface de commande Un traqueur peut servir a manipuler un objet virtuel mais aussi a diriger un curseur symbolique dans un environnement virtuel. Dans le premier cas, l’utilisateur agit «  naturellement  » sur le monde virtuel, le traqueur se contentant de suivre le mouvement de sa main. Dans le deuxieme cas, il s’agit en general de commander une action specifique grâce au curseur : par exemple, se deplacer dans le monde virtuel en indiquant une direction, pointer sur un menu deroulant, commander symboliquement l’ouverture d’une porte, etc. Les traqueurs peuvent alors etre remplaces par des «  interfaces de commande  » classiques (joysticks et souris 3D). Celles-ci, posees en general sur une table, permettent a l’utilisateur de commander manuellement le deplacement d’un curseur grâce aux mouvements relatifs de l’interface par rapport a une position neutre. Ces mouvements ont de faibles courses (quelques millimetres a quelques centimetres). Il ne s’agit donc pas de localisation dans l’espace de la main pour ces interfaces de commande qui sont basees evidemment sur d’autres principes que ceux des traqueurs. Si un traqueur peut etre utilise en curseur 3D, les joysticks et les souris 3D ne peuvent etre employes en capteur de localisation de la main de l’utilisateur. Au niveau cognitif, il faut noter que dans le cas d’un traqueur il s’agit de mouvoir « naturellement » un curseur, donc sans grand effort intellectuel. C’est une difference essentielle d’exploitation avec les souris 3D et les joysticks avec lesquels le curseur est mu grâce a une action manuelle, reflechie et peu naturelle de l’utilisateur, sauf pour les habitues de ce type d’interface. Seules les souris 3D, moins classiques que les joysticks, sont presentees au paragraphe sur les interfaces de commande. Interfaces specifiques de localisation corporelle Comme nous l’avons indique, certaines interfaces de localisation ont ete concues specifiquement pour positionner le corps de l’utilisateur ou une partie de celui-ci dans l’environnement virtuel. Bien evidemment, la partie du corps qui est souvent localisee est la main , grâce aux gants de donnees capables de mesurer les mouvements de la main et de ses doigts. Une autre partie du corps qui est quelquefois localisee est l’ensemble des deux pieds pour certaines interfaces specifiques de locomotion. Dans ce cas precis, l’objectif principal de l’interface n’est pas de determiner precisement les mouvements des pieds, mais de permettre grâce a ces derniers une «  locomotion  » de l’utilisateur dans l’environnement virtuel. Ce dernier type d’interface n’est pas presente dans ce dossier. Le lecteur interesse peut trouver une presentation de ces interfaces dans « Le traite de la realite virtuelle » [1] Le traite de la realite virtuelle . D’autres interfaces specifiques mesurent les positions de l’ ensemble du corps du sujet . Ces interfaces sont utiles lorsque l’on souhaite immerger « corporellement » tout le sujet dans le monde virtuel. La suite de ce dossier presente donc en premier les traqueurs, selon les principes qu’ils exploitent : mecanique, electromagnetique, acoustique ou optique. Les interfaces de commandes sont ensuite explicitees. Ce dossier se termine par les interfaces specifiques de localisation : les gants de donnees et les interfaces de localisation du corps. Depuis la redaction de la premiere version de ce dossier en 2002, les interfaces de localisation et de commande ont evolue techniquement et commercialement. Mais il n’y a pas eu d’exploitation de nouveaux principes de mesure. Cela implique qu’il n’existe toujours pas d’interface de localisation universelle (de meme pour l’interface de commande) et que chaque type de dispositif a des avantages et des inconvenients.