PhD: PERROUD Benoît

Thèse CIFRE

« Immersion hyper réaliste et multi-sensorielle 3D »

Laboratoire d’accueil : Institut Image, Arts et Métiers ParisTech

Immersion

1. CONTEXTE

Le Centre de Réalité Virtuelle (CRVSI) de RENAULT développe plusieurs outils et applications pour les métiers de l’Ingénierie Renault, pour l’ergonomie, l’architecture cockpit, la qualité perçue ou encore ambiance lumineuse ainsi que pour le design véhicule. L’institut image du laboratoire Le2i, d’Arts et Métiers ParisTech, développe un savoir-faire dans les techniques d’immersion virtuelle pour l’interaction avec la maquette virtuelle.

Ce travail sera mené en lien avec le projet IRIS (Interactive Room and Interactive Systems) à très haute performance (à base de technologie 4K) du CRVSI, consistant à développer des méthodes et outils d’immersion virtuelle de haut niveau technologique. Ce projet devra permettre de tester des cas d’utilisation métiers pour les applications d’architecture véhicule et ergonomie (Ergo Physique et Aménagement Intérieurs, Métier Ergo Physique et Métier Ergo Cognitive) en virtuel, y compris pour la qualité perçue et dans un deuxième temps pour la direction de design.

2. INTRODUCTION

La maquette numérique est désormais inscrite dans les processus de conception et développement de nos véhicules. Sa représentation visuelle peut prendre plusieurs formes, la plus basique étant un affichage en 2D sur un grand écran ou un poste de travail. Dans une approche plus complète, cette maquette peut être exploitée en environnement immersif. Dans un tel cas, elle est présentée avec une perception interactive, en 3D avec relief, et à l’échelle 1. C’est aujourd’hui ce qui est mis en oeuvre dans un outil de type CAVE.

Cependant, un certain nombre de critères de mise en oeuvre ou de limites inhérentes à l’état de l’art de la technologie actuelle limitent la qualité ou la précision de l’expérience utilisateur, en particulier pour des usages métiers tels que l’ergonomie physique, cognitive ou même l’architecture intérieure ou l’habitabilité perçue :

– Le concept de CAVE actuel ne permet pas de ressentir ou d’évaluer les atteignabilités visuelles et anthropométriques (notion de toucher virtuel ou retour haptique des contacts avec la maquette numérique)

– Le point de vue calculé par le calculateur graphique est généralement centré sur le milieu de l’écran, ce qui induit des distorsions de certains indices de la perception visuelle humain lorsque le regard de l’utilisateur n’est pas lui-même centré sur le milieu de l’écran

– Le temps de réaction du système est élevé (entre le moment où l’utilisateur se déplace et l’affichage de l’image par le vidéoprojecteur), ce qui est impactant pour une expérience utilisateur avec « l’homme dans la boucle ». La fréquence de rafraîchissement est également limitée par le poids de la maquette numérique qui nécessite des traitements graphiques importants, ce dernier point pouvant être résolu en augmentant la puissance de calcul du système.

– Si la lisibilité est aujourd’hui assurée par une résolution d’affichage proche de celle de l’oeil humain, la maitrise de l’environnement lumineux est limitée, d’une part par les capacités du logiciels, mais surtout par la représentation informatique des couleurs (modèle RGB) ainsi que les limites du système de projection (limites du flux lumineux et du contraste).

Le thème de recherche est d’étudier des solutions en rupture qui permettent de prendre les limites exprimées ci-dessus. La thèse vise à analyser et comprendre les verrous scientifiques d’une telle prise en compte en environnement de simulation immersive, puis à expérimenter.

3. OBJECTIF

L’objectif de la thèse est de développer les outils futurs de visualisation et interaction immersive 3D, adaptés au contexte d’utilisation et en prenant en compte le meilleur niveau de l’état de l’art matériel et logiciel. Le sujet de thèse, porte sur les interactions entre l’utilisateur et la maquette virtuelle dans une salle d’immersion virtuelle avec des dispositifs intuitifs et innovants tout en mesurant et respectant les qualités d’affichage et de perception d’échelle.

Les problématiques scientifiques et technologiques auront pour cadre :

  • méthodes et outils de calibration hyperréaliste avec la maquette virtuelle
  • visualisation de la maquette en fonction du métier ou du centre d’intérêt
  • qualité perçue de la maquette virtuelle lors de la revue de projet

Les questions de recherche qui seront adressées dans le cadre de ce travail de recherche sont les suivantes :

  • comment définir l’hyperréalisme ?
  • comment gérer les mécanismes de perception visuelle sous-jacente (accommodation, convergence, parallaxe, profondeur de champ et caractéristiques oculaires de l’observateur) ?
  • comment garantir une fidélité de restitution de la maquette virtuelle lors d’une revue de projet (échelle, couleurs,) ?

4. BIBLIOGRAPHIE

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