TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)

Technologies de l’information et de la communication

16. Réalité virtuelle, augmentée, 3D

Description

La réalité virtuelle est un domaine scientifique et technique ayant pour objectif de simuler, dans un monde entièrement virtuel, le comportement d'entités 3D, qui sont en interaction en temps réel entre elles et avec un ou plusieurs utilisateurs en immersion pseudo-naturelle. On parlera plutôt d'animation d'images de synthèse lorsqu'il n'y a pas d'interaction entre le monde virtuel et l'humain.

La réalité augmentée est un cas particulier de réalité virtuelle consistant à superposer un « monde virtuel » au monde réel, généralement pour servir un objectif particulier tel que la visualisation d'informations.

Ces trois domaines exploitent les technologies informatiques et les interfaces matérielles, en particulier :

• les moyens informatiques, matériels et logiciels permettent de réaliser techniquement un environnement virtuel interactif qui puisse être interfacé avec l'utilisateur ;
• les technologies permettant la simulation en temps réel d'entités (objets, personnages virtuels, etc.) selon des lois physiques (mécaniques, optiques, acoustiques, etc.) et des lois comportementales (psychologiques, sociales, affectives, etc.) ;
• les moyens matériels permettant la communication entre l'utilisateur et le monde virtuel. On distingue deux types d'interfaces, les interfaces sensorielles qui permettent d'informer l'utilisateur par ses sens de l'évolution du monde virtuel et les interfaces motrices qui informent l'ordinateur des actions de l'utilisateur sur le monde virtuel.

Les deux problèmes majeurs de la réalité virtuelle sont la création du monde virtuel et l'interfaçage entre le sujet et le monde virtuel. Les difficultés rencontrées sont de trois ordres :

• il faut modéliser et traiter informatiquement un monde virtuel évoluant en temps réel : les modèles peuvent être simplement descriptifs, au comportement déterministe, ou autonomes et requièrent des temps de calcul généralement très importants ;
• l'interaction en temps réel est obtenue si l'utilisateur ne perçoit pas le décalage temporel entre son action sur l'environnement virtuel et la réponse sensorielle. Cette contrainte étant difficile à satisfaire, on cherchera à minimiser les perturbations induites par ce décalage au niveau de la perception de l'utilisateur ;
• l'immersion de l'utilisateur ne peut pas être naturelle dans la mesure où nous sommes conditionnés à agir naturellement avec un environnement répondant à des lois naturelles. La réalité virtuelle cherche à créer un environnement le plus naturel possible, on parle alors d'immersion pseudo-naturelle. L'efficacité d'une immersion pseudo-naturelle est une notion très subjective qui dépend de l'application et du matériel utilisé.

Sur le plan technologique, les ambitions affichées par le domaine de la réalité virtuelle permettent de tirer la connaissance et les technologies par le haut et de générer des retombées profitables, notamment en matière de :

• technologies 3D, synthèse, animation, temps réel ;
• interface hommes-machines ;
• agents intelligents, avatars ;
• visualisation de grandes masses de données.

Enjeux, Impact

La 3D se généralise : jeux en réseau, services de téléphonie 3G, visioconférence, messagerie électronique, visualisation de données 3D professionnelles et collaboratives, visualisation d'informations intégrées à l'environnement (chemin à suivre calqué sur une image temps réel de l'environnement visualisé), etc. L'arrivée de ces nouvelles applications pose la question de l'adoption d'un standard 3D performant. Publié en 1994, le VRML (Virtual Reality Modeling Language) est l'un des rares standards 3D complètement publics mais il a eu du mal à s'imposer en dehors des universités et des bureaux d'études. Il n'existe à ce jour pas de consensus et plusieurs grands constructeurs informatiques, chacun de leur côté, développent leur propre format comme par exemple :

• X3D (eXtensible 3D) développé par le consortium Web3D regroupant en particulier Sony, Sun, 3Dlabs, Alias, l'US Navy, France Télécom ou EDF. Plus particulièrement destiné à répondre aux enjeux de diffusion de contenu 3D via les terminaux mobiles et des environnements broadcast, comme les boîtiers de télévision numérique, ce format de description de scènes 3D, certifié Iso et basé sur le standard XML, embrasse l'ensemble de la création graphique en 3D : des animations légères destinées au Web aux applications les plus complexes, utilisées par la réalité virtuelle ;
• U3D (Universal 3D Format) approuvé en décembre 2004 par l'Ecma (European Computer Manufacturers Association) et promu par le 3DIF : Dassault Systèmes, Adobe, Boeing, HP, ATI, Nvidia et Bentley Systems. Aussi basé sur XML mais moins évolué que X3D en matière de modélisation géométrique de haut niveau, le 3DIF axe ses développements sur la notion de compression adaptative, autorisant par exemple la diffusion sur Internet des objets 3D en affichant une version à basse résolution avant que le fichier ne soit entièrement téléchargé ;
• développé par Dassault Système, 3D-XML est un format particulièrement destiné aux applications de PLM (Product Lifecycle Management). Outre les objets 3D, 3D-XML permet de décrire des informations relatives à la fabrication des produits (mode d'assemblage sur la chaîne de production par exemple). Sous peu, le format 3D-XML devrait devenir compatible avec l'environnement XAML développé par Microsoft pour la description d'interfaces utilisateurs nouvelle génération.

De nombreux autres formats 3D existent. Il faut, en particulier, mentionner la composante 3D du standard multimédia MPEG-4.

Marché

Les applications finales des technologies 3D et de la réalité virtuelle sont diverses :

• visualisation d'informations « tête haute » (dans des situation de conduite routière par exemple) ;
• affichage d'informations contextuelles invisibles à l'oeil nu (chemin à suivre, zones dangereuses ...) ;
• environnements de formation pour l'industrie manufacturière ;
• formation et assistance aux interventions médicales, à partir de données fournies par les scanners modernes dont la résolution approche le millimètre (voir web.reseau-chu.org/articleview.do?id=735&mode=2) ;
• prototypage virtuel, maquette numérique ;
• industrie des jeux ;
• TV interactive 3D.

Acteurs

Disciplines scientifiques : neurosciences, chimie physique, physique théorique, optique, mécanique des fluides, génie des matériaux, informatique, automatique, traitement du signal, électronique, photonique, optronique, mathématiques et leurs applications, sciences du langage, psychologie, sociologie.

Compétences technologiques : audiovisuel, télécommunications, informatique, semi-conducteurs, optique.

Pôles de compétitivité : Image, multimédia et vie numérique (Île-de-France), Images et réseaux (Bretagne), Loisirs numériques (Rhône-Alpes), System@tic (Île de France), Elopsys (Limousin, Midi-Pyrénées)

Liens avec (technologies) : processeurs et systèmes ; composants logiciels ; acquisition et traitement de données ; gestion et diffusion des contenus numériques ; modélisation, simulation, calcul ; interfaces humain-machine ; affichage nomade ; capteurs intelligents et traitement du signal, méthodes et outils de coconception ; imagerie et instrumentation associées aux sciences du vivant.

Principaux acteurs français

Centres de compétences : Irisa (Rennes), CEA, INT-Artemis (Paris), BRGM, Clarte (Laval)

Industriels : Dassault Systèmes, EDF, PSA, Renault, EADS, Institut Français du Pétrole, CS Communication & Systems, France Télécom, Thales, Sell (Syndicat des editeurs de logiciels de loisirs), Mercury Computer Systems (ex-TGS), RATP, Haption, Simteam

Exemples d'acteurs dans le monde : MIT Medialab (États-Unis), Silicon Graphics (États-Unis), Alias (Canada) , Projet IST Olga (www.hitech-projects.com/euprojects/olga/index.htm)

Commentaires

Pour en savoir plus, résultats des travaux menés dans le cadre de la plate-forme RNTL PerfRV : (www.perfrv.org)

© Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie,
Direction Générale des Entreprises, 12/2006