Réalité virtuelle

Personnel de l'U.S. Navy utilisant un simulateur de parachute.

La réalité virtuelle est une simulation informatique interactive immersive, visuelle, sonore et/ou haptique, d'environnements réels ou imaginaires.

La finalité de la réalité virtuelle est de permettre à une personne (ou à plusieurs) une activité sensori-motrice et cognitive dans un monde artificiel, créé numériquement, qui peut être « imaginaire, symbolique ou une simulation de certains aspects du monde réel ».

Certains font remonter l'expression à Antonin Artaud, dans Le Théâtre et son double (1938), Artaud décrit le théâtre comme « la réalité virtuelle ». L'expression est proposée à nouveau par Jaron Lanier en 1985 pour désigner un espace de représentation « réaliste », tri-dimensionnel, calculé en temps réel, immersif. Du fait de l'originalité de l'expression, que l'on qualifie d'oxymore en raison de l'apparente contradiction entre les termes qui la composent, le mot virtuel est devenu dans les médias synonyme de « numérique et immatériel ». L'anglais virtual est plus nuancé. Le terme signifie en effet « quasi ». En parlant de Virtual Reality, Jaron Lanier parlait probablement de « quasi-réalité ».

La polémique sur la pertinence d'une expression qui est devenue un terme technique vient du fait que selon le dictionnaire français, « réalité » ne s'oppose pas à « virtuel » mais à « fiction ». De nombreux auteurs incluant Pierre Lévy et Gilles Deleuze ont rappelé que le contraire de « virtuel » est « actuel » et non « réel ». Le virtuel est donc bien une composante de la réalité, c'est selon Maurice Benayoun « le réel avant qu'il ne passe à l'acte » (sous entendu : avant qu'il ne s'actualise), introduisant ainsi l'idée d'un en deçà de la représentation qui précéderait son actualisation. L'expression Réalité Virtuelle ne peut donc systématiquement être considérée comme un oxymore. En définitive, la formulation correcte serait « virtualité réaliste ».

World Skin (1997), Maurice Benayoun, installation interactive de réalité virtuelle.

Origine du concept

En 1938, Antonin Artaud décrit la nature illusoire des personnages et des objets dans le théâtre comme « la réalité virtuelle » dans un recueil d'essais, « Le Théâtre et son double ». « Le Théâtre et son Double » voit la première utilisation publiée du terme « réalité virtuelle ».

Le terme « réalité artificielle », inventé par Myron Krueger, a été en usage depuis les années 1970. Le terme « réalité virtuelle » a été utilisé dans The Judas Mandala, un roman de 1982 de science-fiction écrit par Damien Broderick. L'Oxford English Dictionary cite un article de 1987 intitulé « Virtual reality », mais l'article ne porte pas sur la technologie VR. La réalité virtuelle dans son usage moderne a été popularisé par Jaron Lanier à travers sa société VPL Research. VPL Research a détient nombre des brevets de VR, et ils ont développés le premier HMD: EyePhone et l'entrée haptique DataGlove. Le concept de réalité virtuelle a été popularisé dans les médias par des films tels que Brainstorm et The Lawnmower Man. Le boom de la recherche VR des années 1990 a été accompagnée par le livre non fictionelle Virtual Reality (1991) par Howard Rheingold. Le livre a servi à démystifier le sujet, le rendant plus accessible aux chercheurs et aux amateurs enthousiastes (early-adopters).

Histoire

Personne équipée d'un visiocasque et d'un gant de données de réalité virtuelle.

La notion de réalité virtuelle était implicitement esquissée par Platon dans son allégorie de la caverne, ainsi que par René Descartes qui envisage, dans son Discours de la méthode, l'hypothèse que les témoignages de ses sens pourraient n'être qu'une série d'illusions coordonnées par un esprit malin (voir démon). Toutefois, Descartes considère que puisque cette hypothèse ne permet pas d'aller plus avant dans ses investigations, il n'y a pas lieu de s'y attarder et qu'il peut explorer également l'hypothèse de l'existence d'une réalité objective indépendante de nos sens.

La naissance des techniques de la réalité virtuelle est étroitement liée à l'évolution de l'informatique, en particulier à celle du traitement d'image. En 1962 sortait Sensorama. Cet appareil permettait d'être immerger visuellement et auditivement dans une scène réelle filmée au préalable. Vient ensuite dans les années 1960 le début de la micro-informatique, en particulier la création de la souris. C'est la première interface homme-machine qui exploite le mouvement de la main. Il y a de plus la création du premier logiciel graphique qui permet la simulation visuelle de données. Le premier visiocasque est créé dans les années 1970 par Daniel Vickers, ce qui permet l'immersion visuelle dans un monde virtuelle. L'utilisateur pouvait, grâce au casque doté de deux écrans, observer la scène virtuelle en tournant la tête. Vient ensuite une nouvelle interface : le gant de données. Ce dispositif, créer en 1982, mesure le déplacement de la main et des doigts et le communique à l'ordinateur. Dans les années 1980/85 débute la commercialisation de matériels et logiciel spécifiquement dédié à la réalité virtuelle. Puis, en 1990/95, le grand public prend connaissance des premiers développements de la réalité virtuelle grâce aux médias. En 2016, de nouveaux visiocasque sont disponibles pour le grand publique, tel que l'Oculus Rift et l'HTC Vive, qui seront utilisé pour des domaines différents.

Les techniques de la réalité virtuelle sont principalement dues aux chercheurs américains. La réalité virtuelle à créée de nombreux défis scientifiques que beaucoup de chercheurs ont tenté de résoudre. Parallèlement, le développement de produits fiables et à prix accessible est un challenge pour le milieu industriel.

Dès la moitié du vingtième siècle, de nombreux auteurs de science-fiction articulent leur récits autour de cette notion, extrapolant parfois le sujet jusqu'à semer une grande confusion chez le lecteur (Philip K. Dick, p.ex.).

Interfaçage

La réalité virtuelle est mise en place par différents moyens d'interfaces spécifiques. Les principales interfaces visuelles sont :

• Workbench : Dispositif de type « table à dessin » constitué de 1 ou 2 écrans permettant un travail de conception simple et à échelle 1 pour des prototypes virtuels de taille inférieure à 1 m³, ceci avec une immersion performante. Généralement avec un écran à la verticale, un autre à l'horizontale à environ 1m du sol, et composée d'un système de tracking a deux caméras ou plus.
• Salle immersive sphérique ou cubique (CAVE, Icube, SASCube, constituées d'écrans de rétroprojection ou de projection directe stéréoscopiques et synchronisés. L'utilisateur est immergé dans une pièce où les murs, le sol et/ou le plafond sont des images projetées qui constituent un environnement géométriquement cohérent. Par un système de capture de position du visiteur, la perspective est recalculée en temps réel pour respecter son point de vue.
• Système immersif MOBILYZ mobile et modulable, il est constitué de 1 à 4 écrans. La qualité d'immersion est identique aux CAVEs.
• Écran stéréoscopique, avec ou sans la tête traquée de l'observateur : l'utilisateur voit la scène virtuelle en vision stéréoscopique, les deux points des deux images stéréoscopiques doivent correspondre aux points de vue des yeux de l'observateur. Si la tête de l'observateur est traquée, les images sont recalculées en temps réel pour correspondre à son point de vue. L'utilisateur est équipé de lunettes stéréoscopiques, par exemple qui cachent alternativement la vision d'un œil puis de l'autre, l'ordinateur s'occupant d'afficher l'image correspondante de manière synchrone.
• Les visiocasques (ou parfois appelés "casques de réalité virtuelle") sont des systèmes portés par l'utilisateur et fournissent deux fonctionnalités principales, à savoir :
  • La localisation de la tête de l'utilisateur (le plus fréquemment en orientation uniquement et en orientation et translation sur certains modèles) ;
  • La stimulation du système visuel (quelle que soit la technologie utilisée) ;

Les interfaces sensorielles : visuelles, sonores, tactiles, olfactives et à simulation de mouvement permettent à l'utilisateur de percevoir le monde virtuel et d'y être immergé. Pour interagir avec l'environnement virtuel l'utilisateur peut employer des interfaces motrices telles que les capteurs de localisation, les interfaces spécifiques de localisation corporelle et les interfaces manuelles motrices. Les interfaces à retour d'effort sont des interfaces sensori-motrices, qui permettent d'interagir avec l'environnement virtuel et qui permettent de le percevoir simultanément, (volume 2 "L'interfaçage, l'immersion et l'interaction" du Traité de la réalité virtuelle).

Applications

Communication

La réalité virtuelle peut être utilisée comme vidéoconférence, de la même façon que les outils actuels comme Skype, Adobe Connect, etc.., à la différence que la réunion se fait au travers d'un avatar plus ou moins réaliste et ressemblant à la personne en fonction de la sorte de conférence : on préférera un avatar identique à la personne pour des réunions de travail à un avatar plus imaginé pour retrouver des amis ou sa famille. Cette application permet ainsi de se retrouver “face à face” dans une pièce virtuelle.

Médecine

Chirurgie

La réalité virtuelle, associée aux images tridimensionnelles, permet une aide à la préparation d'une opération, notamment pouvoir s’entraîner avant de l'exécuter sur le patient. Elle permet également une formation aux techniques.

La téléopération avec passage par le virtuel permet d'agir sur un modèle virtuel grâce à un robot virtuel, au lieu d'agir à distance sur un robot réel. Les actions faites sont donc envoyées à un robot réel qui lui opère donc le sujet. Bien sur, il faut avoir des modèles suffisamment exactes pour permettre le bon déroulement de l'opération. L’intérêt principale reste le fait de pouvoir tester la manœuvre dans le monde virtuel avant qu'elle soit exécuter sur le sujet

Thérapies pour phobies

Le traitement de phobie utilise la réalité virtuelle pour soigner les patients : les médecins mettent en place un espace interactif dans lequel la personne se retrouve confronté à sa phobie. Cette méthode, appelée psychothérapie cognitivo-comportementale, a l'avantage principal de permettre un traitement progressif de la phobie, par exemple, dans le cas de la phobie des araignées : on commence avec une araignée composée de petits cubes et on fait interagir le patient avec. Puis, peu à peu, on augmente la résolution de l'image jusqu'à ce que l'on ait une araignée presque réelle en face de soi. Cette façon de traiter les phobies permet aussi d'éviter des coûts énormes tels que ceux qu'impliquerait un traitement contre la peur de voyager en avion, on ne peut décemment pas louer un avion et le faire voler pendant des heures pour une thérapie. En outre, dans la réalité, il n'y a aucun moyen de contrôler certains paramètres tels que les turbulences, qui risquent de provoquer une crise de panique des patients.

Education

Un dérivé de la vidéoconférence virtuelle est utilisé afin d'enseigner. L'avantages étant qu'il n'y a plus de nécessité de construire d'énormes auditoires ou salles de classes pour les élèves et étudiants : il leur suffit de rester chez eux et de se connecter sur une plate-forme fournie par l’enseignant qui peut donner son cours de n'importe où sur la planète dans une pièce modélisée à son goût. Toutes les expériences peuvent être mises en place par l'ordinateur qui simule alors les réactions chimiques, physiques, voir mathématiques dont le professeur aurait besoin. Cela implique cependant un risque de manque de contact humain et des développements cognitif et comportementaux différents de ceux actuels chez les élèves, au même compte que l'écriture a changé la façon de penser des gens, l'ordinateur et la réalité virtuelle changent notre comportement face au réel et à la société. Cette méthode d'enseignement amène aussi une unification des connaissances car tout le monde peut prendre des cours avec des professeurs renommés sans avoir à attendre une conférence près de chez soi ou à devoir prendre l'avion. De plus, le monde virtuel n'a comme limite de place que la capacité de l'ordinateur qui le supporte, donc, des cours à plus de quelques milliers d'élèves serait chose possible.

Visualisation scientifique

Créer un monde virtuel permets de gérer totalement les divers paramètres physique que l'on souhaite y appliquer et donc de visualiser si les lois que les scientifiques découvrent sont bien applicables à la réalité en comparant les expériences réelles et celles effectuées dans un logiciel. On peut alors utiliser ces logiciels afin de modéliser les comportements de structures (Architecture), des matériaux ou des réactions chimiques, etc... sans les frais d'expériences ainsi que l'emploi de matières souvent coûteuses qui vont habituellement avec.

Formation

La formation dans le monde réel ne répond pas toujours aux besoins pédagogique, ce que la réalité virtuelle peut permettre dans un environnement virtuel. En effet, on peut réalisé diverses tâches dans lesquels il est difficile de ce préparer : Préparation dans des scénarios impossible à reproduire dans le monde réel, tel que des catastrophe naturelle, accidents, incidents techniques, opération chirurgical, etc. Choisir dans quel environnement la formation se déroule (climat, type de terrain, ...) La réalité virtuelle permet de telles tâches, le tout sans danger pour la personne en formation. De plus, elle permet une représentation plus explicite du réel (certain objets peuvent être transparent ou surligner s'ils dérangent ou aident, ...)

Militaire

La réalité virtuelle simule différentes possibilités suivant le besoin du militaire :

• Conceptions des matériels
• Mises au point et essai dynamique avant ou pendant la construction
• Formation et entraînement du personnel
• Préparation pour des missions spécifiques

Architecture

Avant de faire construire une maison, il est agréable de savoir à quoi elle va ressembler, ce qui est difficile en voyant uniquement les plans. La réalité virtuelle permet de visiter la maison avant ça construction. De plus, elle permet la reconstruction virtuelle de bâtiments en ruine. De ce fait nous pouvons visiter ces bâtiments comme si on était à l'époque de sa construction.

Conception assistée par ordinateur (CAO)

La CAO permet déjà la création et le test d'objet du point de vue physique. Mais il n'est pas possible de tester cet objet du point de vue ergonomique avant la production, qui peut être coûteuse, d'un premier prototype. La réalité virtuelle dote la CAO d'une interaction homme-machine qui permet justement de tester l'objet.

Autres

• Applications nucléaires : démantèlement d'installations en milieux contaminés (Commissariat à l'énergie atomique).
• art numérique création artistiques interactives et immersives (Jeffrey Shaw, Maurice Benayoun, Char Davies, Grégory Chatonsky).
• Jeu vidéo, machinima
• Narration virtuelle (Virtual Storytelling)
• Télé-immersion
• Météorologie
• Astrophysique
• Recherche fondamentale
• Domotique
• Essayage de produits à distance
• Conservation de patrimoine culturel
• Visites et présentations de musées
• Reconstitution d'objets et de sites détruits ou endommagés
• Création d'œuvres sonores
• Sculpture d'objets virtuels

Opportunités et limitations

La réalité virtuelle est une technologie encore immature. Il y a par conséquent beaucoup de limites qu'il n'est pas encore possible de dépasser. Cependant, elle a l'avantage de se développer rapidement et dans tous les secteurs d'activités. Les applications potentielles dans le secteur de l'industrie sont le design de produits, l’entraînement, le prototypage rapide, la planification et le contrôle des processus de fabrication. D'autres applications alternatives sont proposées par des entreprises comme la visualisation de données et de flux. Grâce à toutes ces opportunités il est possible d'améliorer considérablement la qualité de formation des ingénieurs ou encore la réduction des coûts pour certains prototypes. Sans parler du gain de temps que peut apporter ces approches.

Pourtant la réalité virtuelle n'est pas adoptée par tout le monde. Il y a effectivement des limitations ou même des désavantages à utiliser cette nouvelle technologie. Le manque de compétences du personnel et la compatibilité avec le matériel existant sont des exemples de problèmes survenants au sein des entreprises qui ont déjà décidé d'utiliser la réalité virtuelle. Construire un prototype de fusée est toujours plus simple à faire virtuellement et coûte beaucoup moins cher, cependant toutes les erreurs rencontrées durant le développement du prototype physique ne peuvent être décelés sur un modèle virtuel. Le désavantage de ces prototypes économiques est donc ce côté abstrait et ce manque d'expérience qui aurait pu être obtenu à travers la conception physique et concrète d'un modèle qui se rapproche plus du produit qui veut être conçu.

Il est tout de fois intéressant de pouvoir simuler des environnements complexes et improbables avec des ordinateurs afin d'obtenir des résultats complets et sans danger pour les utilisateurs. Malheureusement, comme expliqué précédemment, ces résultats ont un prix et ne sont pas toujours fiables.

Interaction avec les sens

La qualité d'immersion dans un environnement virtuel dépends des ressources mises en place. Le plus souvent, les appareils utilisent la vue pour plonger l'utilisateur directement dans l'application. Si l'on y ajoute des effets sonores, des vibrations et des odeurs, la simulation devient très réaliste. En effet, des tests ont mis à l'épreuve des utilisateurs avec un casque ou ceux-ci devaient avancer le long d'une planche tout en évitant de tomber. Les personnes ayant participé à ces tests exprimaient visiblement leur malaise durant la simulation (peur du vide).

Conférences

• Laval Virtual, Rencontres Internationales de la Réalité Virtuelle
• Siggraph, Rencontres Internationales de l'image numérique et de la Réalité Virtuelle
• Journées de l'AFRV, Elles ont pour vocation de réunir les différents acteurs des domaines de la réalité virtuelle, augmentée, mixte et de l'interaction 3D issus des milieux industriel et académique : chercheurs, développeurs, fournisseurs de solutions, utilisateurs, étudiants… ou néophytes intéressé par ces nouvelles technologies.
• Driving Simulation Conference, créée en 1995 et présidée depuis par Andras Kemeny, permet de réunir les communautés industrielles et scientifiques des domaines de la simulation de conduite et de la réalité virtuelle. Renault, ENSAM et IFSTTAR sponsorisent cet évènement depuis 2010. Cette conférence a évolué vers une édition incluant le domaine VR pour tenir compte de la convergence entre réalité virtuelle et simulation de conduite, Driving Simulation Conference Europe VR.

Culture

Livres

• Le Traité de la réalité virtuelle, 2006 (P. Fuchs, G. Moreau et 101 auteurs)
• Les casques de réalité virtuelle et de jeux vidéo (P. Fuchs, 2016)
• Simulacron 3, 1964 (Daniel F. Galouye)
• Le Dieu venu du Centaure, 1965 (Philip K. Dick)
• Ubik, 1969 (Philip K. Dick)
• Neuromancien, 1984, (William Gibson)
• La Cité des permutants, 1994 (Greg Egan)
• Net Force, 1998 (Tom Clancy)
• In Cloud We Trust, 2015 (Frédéric Delmeulle)

Light Novel

• Sword Art Online (Sōdo Āto Onrain), 2009 (Reki Kawahara)
• Log Horizon, 2010 (Mamare Touno)
• Accel World, 2009 (Reki Kawahara)
• Overlord, 2015

Animes

• .hack, 2002 (Yoshiyuki Sadamoto)
• Sword Art Online, 2012 (A1-Pictures)
• Accel World, 2012
• Log Horizon, 2013

Films

• Tron (Steven Lisberger, 1982)
• Brainstorm (Douglas Trumbull, 1983)
• Wargames (John Badham, 1983)
• The Lawnmower Man (Brett Leonard, 1992)
• Wild Palms (Hewitt, Kathryn Bigelow, Nordon, Joanou, 1993)
• The Ghost in the Machine (Talalay, 1993)
• Disclosure (Barry Levinson, 1994)
• Strange Days (Kathryn Bigelow, 1995)
• Johnny Mnemonic (Longo, 1995) (adapté d'une nouvelle de William Gibson)
• Ghost in the shell (Oshii, 1995)
• Level Five (Marker, 1997)
• Nirvana (Gabriele Salvatores, 1997)
• Ouvre les yeux, (Alejandro Amenabar, 1998)
• Rewind, (Sergio Gobbi), 1998)
• Trilogie Matrix (Andy et Larry Wachowski, 1998)
• Passé Virtuel (The Thirteenth Floor) (Josef Rusnak, 1999)
• eXistenZ (Cronenberg, 1999)
• Vanilla Sky (Cameron Crowe), 2001)
• Avalon (Oshii, 2001)
• Inception (Nolan, 2010)
• Trilogie Noob (Fabien Fournier, 2014-en cours)
• Source Code (Jones, 2011)
• Stay Alive (William Brent, 2005)

Voir aussi

• Cybernétique, ou les bases scientifiques de la réalité virtuelle :
  • feedback,
  • modélisation,
  • simulation,
  • interface homme-machine, etc.
• Navigation Virtuelle,
• Art numérique ou Art cybernétique
• 3d interactive
• 3D temps réel
• Communauté virtuelle
• Gant de données
• Métavers
• Monde virtuel
• Réalité
• Réalité augmentée
• Réalité de synthèse
• Virtuel
• VRML
• Web3D
• Stéréoscopie
• Nintendo 3DS
• Virtual Boy
• Oculus rift
• Project Morpheus

Liens externes

• (en) (fr) L'Association française de réalité virtuelle, augmentée, mixte et d'interaction 3D (AFRV)
• (en) (fr) Laboratoire de cyberpsychologie de l'Université du Québec en Outaouais
• (en) (fr) [2] Réalité Virtuelle, année zéro ! (5 min 30 s) et Réalité Virtuelle pour y faire quoi ? (4 min 50 s). Conception et scénario, Jean Segura. Réalisation, B. de La Rochère et M.H. Fayet. Coproduction Videosystem, Cité des Sciences, 1991