Soutenance bibliographique De la conception assistée par ordinateur à la réalité virtuelle

Introduction Projet de fin d’ études : Passage d’ une maquette numérique à un modèle de réalité virtuelle manipulable sur Internet. Aux frontières de deux grands thèmes : La C.A.O. La réalité virtuelle.

La conception assistée par ordinateur L’ Infographie La C.A.O. Les Modeleurs C.A.O.

L’ infographie Un essor étroitement lié à l’ accroissement des puissances matériels. De nombreux domaines d’ application. Art, loisirs et édition. Suivi de processus. Environnement de simulation. Conception assistée par ordinateur.

La C.A.O. Une révolution dans les processus de conception. La station graphique a remplacé la planche à dessin. Le calcul est omniprésent. Permet la simulation. Réduit les temps de conception.

La C.A.O. A l’ origine, une fonction de support à la production. Production de dessins en liasse. Limitation au bureau d’ étude. Actuellement, outil de modélisation multi-métiers. Des spécialisations par métiers. Une exploitation de la maquette étendue au cycle de vie du produit.

Les Modeleurs C.A.O. Une sélection de produits représentatifs. Les incontournables : Catia SolidWorks Autocad Les prétendants : Open Cascade Rhinocéros

La réalité virtuelle Vers un monde virtuel Les standards de la réalité virtuelle La transcription de format La compression des images 3D Les logiciels d’ optimisation Je vais développer la 2ème partie de notre sujet : la réalité virtuelle. Nous allons d’abord essayer de mieux comprendre ce qu’est la réalité virtuelle, ses outils et ses applications. Ensuite, je vais vous présenter différents standards concernant la partie graphique. Puis se pose le problème du passage d’une maquette numérique vers un monde virtuel, en transmettant le maximum d’informations pour respecter au mieux la qualité du modèle, c’est la transcription de format. Et essayer de diminuer leur volume pour les visualiser sur Internet. C’est la compression des images 3D. Enfin, nous ferons le tour des logiciels du marché qui permettent cette optimisation.

Vers un monde virtuel Réalité ou virtualité ? Immersion et Interactivité Ses outils et ses applications Le terme « réalité virtuelle », c’est la traduction littérale de l’anglais pour désigner un monde virtuel qui soit le plus ressemblant possible au monde réel. Je vous fais part d’une des définitions proposées dans le rapport: « Le but de la réalité virtuelle est de créer une impression d’immersion, de sorte que vous croyez être au milieu d’un autre monde. La réalité virtuelle s’appuie sur des images informatiques en trois dimensions et sur des sons. Elle utilise un point de vue subjectif. C’est vous-même qui vous déplacez dans le monde virtuel, et non pas un personnage synthétisé par ordinateur. » En effet, c’est bien la notion d’immersion qui caractérise le plus la réalité virtuelle. Elle peut être visuelle, sonore, spatiale ou tactile. Souvent, elle n’est que partielle, voire carrément absente. Une autre caractéristique importante de la réalité virtuelle est l’interactivité. C’est-à-dire la possibilité d’agir sur ce monde virtuel. Pour satisfaire ces deux notions, il faut tout d’abord des calculateurs puissants pour pouvoir représenter des images en 3 dimensions en temps réel et un certain nombre de périphériques. Par exemple : Les casques de visualisation ou de simples lunettes stéréoscopiques. Ou mieux, les salles immersives. Les images sont projetées sur les murs. Les gants sensitifs. Ou plus simplement des souris 3D, des trackballs ou des stylos à 6 degrés de liberté. A quoi peut servir la réalité virtuelle ? Dans les loisirs, pour les jeux vidéo. Dans l’industrie, sa principale application est bien sûr la C.A.O.. Elle sert aussi dans la défense, par exemple, pour simuler le comportement des avions de chasse. Ou pour former leurs pilotes. Elle peut être utilisée pour simuler les rayonnages d ’une grande surface, ou pour reconstituer un site historique. Elles sert aussi dans le médical, en particulier comme simulateur pour la formation des chirurgiens, mais aussi dans le traitement de la santé mentale.

Les standards de la réalité virtuelle VRML : langage de modélisation en réalité virtuelle Les autres solutions : Java 3D, Open GL L’ avenir : X3D, Xj3D Le langage VRML est l ’équivalent, pour les mondes virtuels, au HTML sur le Web. Sa première version est sortie en 1995, suivi en 1997 d’une deuxième et dernière version qui permet plus d’animation et d’interaction avec l’opérateur. Le VRML est un langage complet et puissant, mais plutôt compliqué et assez rigide. Si bien qu’il est critiqué et un certain nombre de solutions propriétaires ont vu le jour pour pallier à ses limites. De plus, il a arrêté d’évoluer car le groupe qui l’a développé a explosé en plein vol. C'est malgré tout un grand standard d'échange du marché. Il est générique, indépendant de tout produit, et il génère des fichiers en mode texte. Pour en connaître un peu plus sur le monde de la 3D, nous avons étudié Java 3D qui est souvent présenté comme une solution concurrente au langage VRML et l’interface graphique Open GL sur laquelle elle est bâtie. Nos recherches ont mené à une solution plus intéressante, car elle concerne directement l’avenir du VRML. Fin 2001, le consortium Web3D a sorti les spécifications d’un nouveau langage : le X3D. Il est tout simplement présenté comme le successeur de VRML, tout en étant entièrement compatible avec lui. Il va corriger ses limites et pourra s’intégrer facilement dans les navigateurs Internet actuels car il utilise le langage XML. On peut actuellement télécharger un navigateur qui s’appelle Xj3D pour évaluer ce nouveau langage. Donc, avec X3D, le VRML reprend un nouveau souffle. On peut continuer à développer des solutions en VRML, et plus tard, on les portera sans problème sur X3D.

La transcription de format Format d’ un modeleur -> réalité virtuelle Une trentaine de transcripteurs recensés Un outil universel : POLYTRANS Le but de notre projet est de récupérer les maquettes numériques des modeleurs de CAO en mondes virtuels. Certains modeleurs permettent d’exporter dans le format VRML, mais souvent on ne récupère pas tout, la texture par exemple. C’est pour cela que nous nous sommes intéressés aux outils transcripteurs, indépendants des modeleurs, qui permettent de passer d’un format à un autre. Nous en avons mentionné une trentaine. Leurs possibilités sont très variables. Certains sont très spécifiques et permettent exclusivement de passer d’un format donné à un autre. D’autres sont plus polyvalents et peuvent s’adapter à plusieurs types de plates-formes. Nous avons approfondi l ’un d ’entre eux. Il s’appelle POLYTRANS. Il s’adapte à la majorité des situations. Il coûte près de 600 Euros (soit près de 4000 Francs).

La compression des images 3D Manipulation plus aisée sur le Web Réduction du nombre de polygones D’ autres solutions ? Pour pouvoir naviguer sur Internet et exploiter les données issues de la maquette numérique, il ne faut pas qu’elles soient trop volumineuses. Or le langage VRML représente tout sous forme de polygones et les formes courbes, comme un cylindre ou une sphère, deviennent une multitude de polygones. Une solution serait de pouvoir utiliser les formes courbes issues de la CAO que sont les NURBS ou les Splines. Leur description sous forme mathématique prend beaucoup moins de place. Mais les navigateurs Internet n’ont pas la possibilité de les calculer et le langage VRML ne les supporte pas ! La méthode la plus utilisée pour diminuer le volume des données repose sur des algorithmes de réduction du nombre de polygones. Les outils les plus performants permettent de diviser par 10 leur nombre. Mais ceci peut être au prix d’une certaine dégradation qui ne sera pas forcément appréciée par les experts ! En général, les outils offrent la possibilité de choisir le niveau de dégradation et ainsi essayer de trouver le compromis entre la qualité du rendu et la vitesse de manipulation des objets sur Internet. Il existe bien sûr la possibilité d’utiliser des outils de compression classique comme le ZIP. Mais on constate que dans ce cas l’ efficacité est limitée, un rapport de 2 ou 3 au plus, et le temps de décompression sur le navigateur gêne la manipulation en temps réel des objets. D’autres possibilités sont évoquées, comme l’utilisation des fractales. Mais la plupart des outils du commerce utilise la réduction des polygones. Je vais vous les présenter.

Les logiciels d’optimisation Internet Model Optimizer Rational Reducer Polygon Cruncher CADFIX et Surf Optimizer TrueSpace3 Les deux outils phares en ce domaine sont : Internet Model Optimizer de la société russe Parallel Graphics Rational Reducer. Ils peuvent lire et écrire en VRML + quelques formats de modeleurs CAO. Mais le prix est plutôt élevé : par exemple, près de 5000 $ pour le deuxième ! Il existe un autre logiciel performant plus abordable (autour de 700 Francs). Il s’appelle Polygon Cruncher. Mais il est lié à deux formats de CAO uniquement : LightWave et 3D Studio Max et il ne connaît pas le VRML. CADFIX et Surf Optimizer sont deux autres logiciels pour lesquels nous n’avons pas assez d’ informations pour bien les juger. Il sera peut être intéressant d’en savoir plus. Enfin, nous nous sommes intéressés à un logiciel dont la boîte vide est présente dans l’armoire de cette salle. Nous avons pu lire qu’il était capable de faire de la réduction de polygones. C’est un logiciel qui permet de créer assez facilement des personnages et des mondes en 3 dimensions, mais il est ambitieux de le comparer à un modeleur 3D. C’est pour cela que nous l ’avons classé dans la catégorie des logiciels d’optimisation. Je laisse la parole à Jean-Pierre pour conclure la présentation de notre sujet. Avant de laisser place à vos questions.

Conclusion Des différences d’ approche conceptuelles. La C.A.O. vise une réalisation concrète. La réalité virtuelle fait appel à la subjectivité. VRML, un standard d’ échange. Supporté par la majorité des outils. Prend un nouvelle impulsion avec X3D.

Conclusion Deux étapes nécessaires. Les voies à explorer. La transcription de la maquette numérique en VRML. La réduction polygonale. Les voies à explorer. Une sélection des outils. Une collaboration étroite avec les experts du domaine.