Interagir dans des environnements 3D

Présentation au sujet: "Interagir dans des environnements 3D"— Transcription de la présentation:

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

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

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

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

6 Que souhaite-t-on faire en 3D
Introduction Que souhaite-t-on faire en 3D Manipuler en 3D Naviguer dans des mondes virtuels Contrôler l ’application Pointage et sélection en 3D Introduction de périphériques d ’entrée/sortie Retour d ’effort Retour cutané

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

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

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

10 Interfaces intégrales : un seul effecteur
Intégré vs séparé Interfaces intégrales : un seul effecteur 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.

11 Le contrôle isotonique élastique isométrique contrôle en position contrôle en vitesse

12 Absolu : Relatif : (souris) Absolu versus relatif
Position d’effecteur  Position de pointeur Espace physique limité Espace virtuel limité Relatif : (souris) Mesure de la variation de position Débrayage : permet d’engager et de désengager le lien entre l’action de contrôle et le mouvement du pointeur Espace de travail virtuel infini Les périphériques d’entrée 3D sont absolus

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

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

15 Interagir en immersion
Utilisation de capteurs de position

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

17 Interagir en immersion
Les périphériques à fils SPIDAR

18 Le contrôle en immersif
Intégrer le contrôle d ’application dans les environnements virtuels Rapide Facile à apprendre Ne pas distraire l’utilisateur de son activité Donner un bon retour à l’utilisateur

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

20 Les périphériques de table
Les solutions commerciales La Space mouse Le Phantom Une solution originale : le Digihaptic Description Evaluations Bilan

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

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

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

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

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

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

27 Le Digihaptic : technologies
Architecture du périphérique

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

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

30 Le Digihaptic: évaluation
Résultats Temps de parcours comparable Contacts moins long avec le retour d’effort Digihaptic est plus précis et moins fatigant

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

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

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

34 Les interfaces 2D La fonction de transfert de WindowXP

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

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

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

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

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

40 Le Digitracker 3D est un périphérique absolu de petite taille
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 Définition du mode hybride
Le mode hybride Définition du mode hybride Contrôle en positon au centre Contrôle en vitesse en périphérie

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

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

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

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