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Interagir dans des environnements 3D Interagir dans des environnements 3D Des solutions permettant d agir sur des objets virtuels 3D Par C Chaillou, G.

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1 Interagir dans des environnements 3D Interagir dans des environnements 3D Des solutions permettant d agir sur des objets virtuels 3D Par C Chaillou, G Casiez, F Martinot et Q Pan

2 Introduction Introduction Définition et vocabulaire Définition et vocabulaire Interagir en immersion Interagir en immersion Manipulation en 3DManipulation en 3D Contrôle d applicationContrôle d application Les périphériques de table Les périphériques de table Le PhantomLe Phantom Le DigihapticLe Digihaptic Vers l équivalent de la souris au 3D. Vers l équivalent de la souris au 3D. Le DigitrackerLe Digitracker Métaphores hybride, pseudo-haptiqueMétaphores hybride, pseudo-haptique Plan du cours

3 Introduction La main La main Très complexeTrès complexe c est quoi interagir c est quoi interagir Sélection, contrôleSélection, contrôle Se déplacerSe déplacer Manipuler,Manipuler, Monter-démonter,Monter-démonter, Déformer, sculpter, etcDéformer, sculpter, etc

4 Introduction HAPTIQUE : adjectif qualifiant les perceptions du toucher, synonyme de tactile HAPTIQUE : adjectif qualifiant les perceptions du toucher, synonyme de tactile Par extension : interactions tactiles via l ordinateur Par extension : interactions tactiles via l ordinateur Deux sens Deux sens Kinesthésique (la proprioception) mouvements et forces avec muscles et articulationsKinesthésique (la proprioception) mouvements et forces avec muscles et articulations Cutané, sensation via la peau (choc, pression, vibration, température, texture, …)Cutané, sensation via la peau (choc, pression, vibration, température, texture, …)

5 Introduction Le toucher est peu étudié Le toucher est peu étudié Visualisation satisfaisante pour le calculVisualisation satisfaisante pour le calcul Nécessité de contact avec les objetsNécessité de contact avec les objets Aspect redondant par rapport à la visionAspect redondant par rapport à la vision Complexité des mécanismes perceptuelsComplexité des mécanismes perceptuels Perception active impliquant la motricitéPerception active impliquant la motricité

6 Introduction Que souhaite-t-on faire en 3D Que souhaite-t-on faire en 3D Manipuler en 3DManipuler en 3D Naviguer dans des mondes virtuelsNaviguer dans des mondes virtuels Contrôler l applicationContrôler l application Pointage et sélection en 3D Pointage et sélection en 3D Introduction de périphériques d entrée/sortie Introduction de périphériques d entrée/sortie Retour d effortRetour d effort Retour cutanéRetour cutané

7 Introduction Retour d effort Retour d effort Premier exosquelette par GE dans les années 60Premier exosquelette par GE dans les années 60 Premier Phantom en 1994Premier Phantom en 1994 Joystick à retour d effort vers 1997Joystick à retour d effort vers 1997 Retour cutané Retour cutané afficheur Braille 1969afficheur Braille 1969

8 Définitions et Vocabulaire Les degrés de liberté. Les degrés de liberté. Périphériques intégrés ou séparés Périphériques intégrés ou séparés Le contrôle : isotonique versus élastique Le contrôle : isotonique versus élastique Lié à l homme ou à l environnement Lié à l homme ou à l environnement Évaluations Évaluations

9 Les degrés de liberté Dans la réalité, un nombre considérable Dans la réalité, un nombre considérable Combien de degrés de liberté Combien de degrés de liberté Pour le pointage en 3D, 3 DDLPour le pointage en 3D, 3 DDL Pour la manipulation d objets 6DDLPour la manipulation d objets 6DDL

10 Intégré vs séparé Périphérique qui permet de rentrer plusieurs grandeurs simultanément et de pouvoir les modifier en une seule opération. Interfaces séparables : plusieurs effecteurs Périphérique qui permet éventuellement de rentrer plusieurs grandeurs simultanément sans pouvoir les modifier en une seule opération. Interfaces intégrales : un seul effecteur

11 Le contrôle isotoniqueisométriqueélastique contrôle en vitessecontrôle en position

12 Absolu versus relatif Absolu : Absolu : Position deffecteur Position de pointeurPosition deffecteur Position de pointeur Espace physique limité Espace virtuel limitéEspace physique limité Espace virtuel limité Relatif : (souris) Relatif : (souris) Mesure de la variation de positionMesure de la variation de position Débrayage :Débrayage : permet dengager et de désengager le lien entre laction de contrôle et le mouvement du pointeurpermet dengager et de désengager le lien entre laction de contrôle et le mouvement du pointeur Espace de travail virtuel infiniEspace de travail virtuel infini Les périphériques dentrée 3D sont absolus

13 Liés ou non à l homme Les périphériques liés à l homme Les périphériques liés à l homme Les souris volantes, les gantsLes souris volantes, les gants Réaliste mais imprécis et fatiguantRéaliste mais imprécis et fatiguant Les périphériques de tables Les périphériques de tables Moins immersifMoins immersif

14 Interagir en immersion Le problème Le problème Les gants de données Les gants de données Les solutions à fils Les solutions à fils Autres solutions Autres solutions Le contrôle informatique, par exemple le changement d outil dans un simulateur Le contrôle informatique, par exemple le changement d outil dans un simulateur Les solutions mixtes à base de cube ou de mannequin Les solutions mixtes à base de cube ou de mannequin

15 Interagir en immersion Utilisation de capteurs de position Utilisation de capteurs de position

16 Interagir en immersion Les gants à retour d efforts Les gants à retour d efforts Les exosquelettes Les exosquelettes

17 Interagir en immersion Les périphériques à fils SPIDAR Les périphériques à fils SPIDAR

18 Le contrôle en immersif Intégrer le contrôle d application dans les environnements virtuels Intégrer le contrôle d application dans les environnements virtuels RapideRapide Facile à apprendreFacile à apprendre Ne pas distraire lutilisateur de son activitéNe pas distraire lutilisateur de son activité Donner un bon retour à lutilisateurDonner un bon retour à lutilisateur

19 Le contrôle en immersif Quelques solutions Quelques solutions Menu en 1DMenu en 1D Menu 2D flottantMenu 2D flottant Menu 3D flottantMenu 3D flottant Ring Menu JDCAD Liang and Green menu try-out VRAM

20 Les périphériques de table Les solutions commerciales Les solutions commerciales La Space mouseLa Space mouse Le PhantomLe Phantom Une solution originale : le Digihaptic Une solution originale : le Digihaptic DescriptionDescription EvaluationsEvaluations BilanBilan

21 La space mouse Vendues par 3D connexion (Logitech) Vendues par 3D connexion (Logitech) Manipulation avec 6DDL,Manipulation avec 6DDL, Complémentaire de la sourisComplémentaire de la souris Mode élastique completMode élastique complet

22 Le phantom Sensable Périphérique isotonique Périphérique isotonique Manipulation d un point en 3D via un crayonManipulation d un point en 3D via un crayon 6 DDL, dont trois motorisés pour le retour d efforts6 DDL, dont trois motorisés pour le retour d efforts

23 Le Digihaptic Vers du « vrai » retour haptique à coût raisonnable Vers du « vrai » retour haptique à coût raisonnable Une proposition totalement nouvelle Une proposition totalement nouvelle Découplage des degrés de libertéDécouplage des degrés de liberté Grande souplesse dutilisation Grande souplesse dutilisation Utilisable en mode isotonique ou élastiqueUtilisable en mode isotonique ou élastique Nécessite un apprentissage Nécessite un apprentissage

24 Le Digihaptic Ergonomie Ergonomie Travailler le poignet poséTravailler le poignet posé Utilisation de 3 doigts et 3 DDLUtilisation de 3 doigts et 3 DDL Respect des mouvement naturel des doigtsRespect des mouvement naturel des doigts Pour toutes les tailles de mainsPour toutes les tailles de mains

25 Le Digihaptic : technologies Les composants Les composants Trois manettes (moteur, potentiomètre, molette, axe, câble et ses fixations)Trois manettes (moteur, potentiomètre, molette, axe, câble et ses fixations) Habillage (ergonomie et esthétique)Habillage (ergonomie et esthétique) Electronique (connecteurs potentiomètres et moteurs, alimentation moteur, processeur pour la commande, connecteur PC USB)Electronique (connecteurs potentiomètres et moteurs, alimentation moteur, processeur pour la commande, connecteur PC USB) API informatiqueAPI informatique

26 Le Digihaptic : technologies Description d une manette Description d une manette Utilisation de MCC Potentiomètre pour lire la position angulaire, Transmission par câble

27 Le Digihaptic : technologies Architecture du périphérique Architecture du périphérique

28 Le Digihaptic : usages Trois usages possibles Trois usages possibles Mode isotonique en manipulationMode isotonique en manipulation isomorphisme d orientation et de directionisomorphisme d orientation et de direction petit volume de travailpetit volume de travail Mode élastique en manipulationMode élastique en manipulation contrôle en vitessecontrôle en vitesse volume de travail illimitévolume de travail illimité Mode élastique pour la navigationMode élastique pour la navigation Résistance nulle sur les manettes Contrôle en position

29 Le Digihaptic : évaluation Navigation avec retour d effort Navigation avec retour d effort Parcours d un tunnel Parcours d un tunnel Comparaison avec l utilisation de la space mouse. Comparaison avec l utilisation de la space mouse. Etude sur 30 sujets Etude sur 30 sujets

30 Le Digihaptic: évaluation Résultats Résultats Temps de parcours comparableTemps de parcours comparable Contacts moins long avec le retour deffortContacts moins long avec le retour deffort Digihaptic est plus précis et moins fatigantDigihaptic est plus précis et moins fatigant

31 Le Digihaptic : bilan La séparation des DDL est facile pour les taches séparables comme la navigation. La séparation des DDL est facile pour les taches séparables comme la navigation. Peu pertinent pour les activités intégrées. Peu pertinent pour les activités intégrées. Le retour d effort dans les modes élastiques posent encore de nombreuses questions Le retour d effort dans les modes élastiques posent encore de nombreuses questions Utilisation les deux modes dans une même application Utilisation les deux modes dans une même application Changement explicite ou nonChangement explicite ou non Introduction d un mode hybrideIntroduction d un mode hybride

32 Vers l équivalent pour la 3D de la souris Vers un périphérique dinteraction 3D équivalent à ce que la souris est aux actuelles interfaces 2D. Vers un périphérique dinteraction 3D équivalent à ce que la souris est aux actuelles interfaces 2D. Le digitracker Le digitracker Le mode hybride Le mode hybride

33 Les interfaces 2D En 2D, une interface s est imposé le WIMP En 2D, une interface s est imposé le WIMP Le périphérique est la souris qui permet de piloter un pointeur dans le plan Le périphérique est la souris qui permet de piloter un pointeur dans le plan

34 Les interfaces 2D La fonction de transfert de WindowXP La fonction de transfert de WindowXP

35 Le Digitracker Un périphérique permettant le pointage et la sélection en 3D Un périphérique permettant le pointage et la sélection en 3D

36 Le Digitracker Considérations ergonomiques Considérations ergonomiques Bras le long du corpsBras le long du corps Travail main posé sur la trancheTravail main posé sur la tranche Prise entre le pouce et l indexPrise entre le pouce et l index Avoir des mouvements petits mais précisAvoir des mouvements petits mais précis Pas de poids apparentPas de poids apparent Mécanisme cachéMécanisme caché Espace de travail Espace de travail

37 Le Digitracker Cinématique permettant de rester toujours proche de l équilibre Cinématique permettant de rester toujours proche de l équilibre

38 Le Digitracker Un bouton de sélection Un bouton de sélection De forme sphériqueDe forme sphérique Sélection en appuyantSélection en appuyant Une coque dissimulant le mécanisme Une coque dissimulant le mécanisme

39 Le digitracker Premières évaluations Premières évaluations par une trentaine de personnepar une trentaine de personne Confirmation de nos choixConfirmation de nos choix Limitations technologiquesLimitations technologiques La sélection déplace le pointeur…La sélection déplace le pointeur… Difficile de régler le gain entre l effecteur u périphérique et le pointeur 3D. Difficile de régler le gain entre l effecteur u périphérique et le pointeur 3D.

40 Le mode hybride Le Digitracker 3D est un périphérique absolu de petite taille Difficile de travailler dans un grand environnement virtuel Sensibilité importante faible précision Sensibilité faible limite dans les déplacements

41 Le mode hybride Définition du mode hybride Définition du mode hybride Contrôle en positon au centreContrôle en positon au centre Contrôle en vitesse en périphérieContrôle en vitesse en périphérie

42 Le mode hybride Présentation du mode à l utilisateur Présentation du mode à l utilisateur Visuelle (couleur, flèche)Visuelle (couleur, flèche) Physique ( comme sur le joystick)Physique ( comme sur le joystick)

43 Le mode hybride Une simulation avec un phantom Une simulation avec un phantom Comparaison entre débrayage et hybride Comparaison entre débrayage et hybride

44 Conclusion sur hybride Le mode hybride Le mode hybride Technique de débrayage virtuelTechnique de débrayage virtuel Encore des travaux de finalisationEncore des travaux de finalisation les réglagesles réglages la présentation visuelle et/ou physiquela présentation visuelle et/ou physique Permet d envisager un périphérique équivalent à la souris pour les environnements 3D Permet d envisager un périphérique équivalent à la souris pour les environnements 3D Possibilité d un nouveau périphérique pour les portables Possibilité d un nouveau périphérique pour les portables

45 Conclusion Le monde des périphériques pour les environnements virtuels est un domaine de recherche Le monde des périphériques pour les environnements virtuels est un domaine de recherche Les grandes questions Les grandes questions Fixé à l utilisateur ou sur la tableFixé à l utilisateur ou sur la table Le nombre de DDL et leur agencementLe nombre de DDL et leur agencement Les modes de contrôle dont le mode hybrideLes modes de contrôle dont le mode hybride Les métaphores informatiques associéesLes métaphores informatiques associées Utilisation des capacités de l utilisateurUtilisation des capacités de l utilisateur


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