Brevet FR2871596A1 — publié le 20051216

Le secteur technique de la présente invention est celui des environnements de réalité virtuelle et particulièrement de leur utilisation pour la formation. Il est connu dans ces environnements de disposer d'objets virtuels modélisant les objets du monde réel dans leur caractéristiques géométriques tridimensionnelles, visuelles, et comportementales. Il est possible d'agir sur ces objets au moyen d'un objet représentant un opérateur dans le monde virtuel encore nommé avatar de l'opérateur. Ces objets possèdent des propriétés physiques (forme, aspect, masse, ...) et peuvent interagir entre eux (contact, assemblage,...). La demande FR 03 14480 décrit une modélisation graphique et comportementale, tridimensionnelle, réactive et interactive des objets et de leurs relations. Une telle modélisation est avantageuse en ce qu'elle utilise un seul et même formalisme pour représenter un objet physique en intégrant ses comportements et une relation permettant à des objets d'interagir. Tout comportement d'un objet ou toute relation intervenant entre deux ou plusieurs objets est définie au moyen d'une capacité associée à (aux) l'objet (s) concerné(s). Pour modéliser un nouveau comportement d'un objet, il lui est adjoint une nouvelle capacité. Une session de formation complète comprend d'une part un cadre de travail et d'autre part un scénario à dérouler et à 25 suivre par l'opérateur. Le cadre de travail est la modélisation tridimensionnelle dans le monde virtuel de l'environnement géométrique, physique et comportemental, dans lequel doit se dérouler la session de formation. Le cadre de travail comprend au minimum tous les objets nécessaires au déroulement de la session de formation, dans leur état initial. Selon une autre demande de brevet décrivant une méthode de scénarisation, il est avantageux de modéliser le déroulement d'une session de formation par un scénario. Un scénario est l'enchaînement des actions que peut ou que doit réaliser l'opérateur durant la session de formation pour réaliser l'objectif de formation. Le scénario décrit l'enchaînement des actions que doit apprendre l'opérateur apprenant. Ce scénario comprend un graphe comprenant des étapes et des liens. Les étapes sont des objets qui décrivent les actions nécessaires et les actions possibles pour réaliser l'objectif de la formation. Les liens définissent les possibilités d'enchaînement entre les étapes. Lors de la session de formation, ce graphe de scénario est animé par un moteur de scénario qui assure son déroulement. Ce moteur contrôle et surveille les actions réalisées par l'opérateur et progresse dans le graphe au fur et à mesure de la bonne réalisation des actions par l'apprenant. La construction, par un formateur connaissant le domaine, d'une session de formation nécessite la construction d'un cadre de travail et la construction d'un graphe de scénario. Il est connu pour la construction d'un cadre de travail, des méthodes d'édition d'un modèle textuel du monde. Ce modèle, comprend les objets ainsi que tous leurs paramètres géométriques, positionnels ou comportementaux. Cette édition peut selon le langage de description utilisé s'avérer très complexe et très fastidieuse. Ceci est particulièrement vrai pour les aspects dimensionnels ou positionnels, en l'absence d'une représentation graphique. La présente invention remédie à cet inconvénient en proposant d'utiliser directement les interactions possibles avec les objets de l'environnement de réalité virtuelle pour définir ces objets et leurs caractéristiques. Ceci est particulièrement efficace pour les aspects dimensionnels et positionnels de ces objets. Il est connu pour la construction d'un scénario différentes méthodes applicables à la définition d'un graphe. Il existe généralement, et particulièrement dans le cas décrit dans la demande de brevet ci-dessus citée concernant une méthode de scénarisation, un langage de description de graphes de scénarios, permettant une description textuelle. Une première méthode connue consiste à éditer cette représentation textuelle. Ceci est fastidieux, et s'effectue sans aucun retour visuel de l'agencement des enchaînements d'étapes. Il peut exister une représentation graphique du graphe de scénario. Une édition graphique est alors possible et permet de mieux se figurer mentalement l'agencement des enchaînements. Il convient cependant d'effectuer un travail important de transposition d'un enchaînement d'actions sous forme d'un graphe. La présente invention remédie à ces inconvénients en proposant d'utiliser directement l'environnement de réalité virtuelle et ses possibilités d'interactivité pour mettre en place la séquence principale d'action du scénario directement en réalisant interactivement cette séquence d'action. L'invention a pour objet une méthode de construction d'une session de formation dans un environnement de réalité virtuelle, comprenant une construction interactive d'un cadre de travail et une construction interactive d'un scénario d'apprentissage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le cadre de travail est interactivement construit, en effectuant, les opérations suivantes: sélection d'un objet, dimensionnement interactif de l'objet, positionnement interactif de l'objet dans l'espace tridimensionnel, édition des caractéristiques non dimensionnelles de l'objet, - répétition des opérations précédentes pour chaque 25 objet jusqu'à obtenir le résultat souhaité, - sauvegarde de l'ensemble des objets et de leurs caractéristiques dans un fichier cadre de travail. Selon une autre caractéristique de l'invention, le scénario d'apprentissage est construit en effectuant les 30 opérations suivantes: création interactive d'une séquence centrale d'actions en la réalisant, édition de la structure du graphe pour modifier les enchaînements, édition éventuelle de compléments au scénario, - sauvegarde du graphe complet dans un fichier de scénario d'apprentissage. L'invention concerne aussi tout dispositif mettant en oeuvre une méthode selon l'invention. L'invention est tout particulièrement destinée à être appliquée dans le cadre de la formation d'opérateurs à la maintenance. Un avantage de la méthode selon l'invention est d'utiliser directement l'environnement de réalité virtuelle pour construire le cadre de travail et le scénario. Un autre avantage de la méthode selon l'invention est de manipuler directement les objets virtuels et non pas une représentation textuelle ou graphique, nécessitant une représentation mentale intermédiaire. Un autre avantage de la méthode selon l'invention est, pour la construction du cadre de travail, de visualiser immédiatement et en permanence le résultat visuel final. Un autre avantage de la méthode selon l'invention est, pour la construction du scénario de formation, de définir simplement en montrant ce qu'il faut faire, et donc rapidement, une partie importante du scénario. Un autre avantage de la méthode selon l'invention est d'être très intuitive et de permettre un accès à des personnels non informaticiens. Le formateur peut directement définir une session de formation sans devoir recourir à la médiation d'un programmeur. D'autres caractéristiques, détails et avantages de 25 l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif. Afin de mieux expliciter la méthode objet de la présente invention, le mieux est d'appuyer la description sur un exemple illustratif d'une session de formation. La session de formation qui nous sert d'exemple a pour objectif de faire réaliser à l'apprenant une tâche consistant à visser deux vis sur un support. Les deux vis doivent être vissées, mais l'ordre de vissage est indifférent. Pour construire la session de formation correspondante le formateur doit d'une part mettre en place un cadre de travail et d'autre part définir le scénario comprenant au moins les actions que l'apprenant doit nécessairement réaliser et leur enchaînement. Le cadre de travail comprend, dans l'environnement de réalité virtuelle simulant le monde, au moins les objets indispensables à la session de formation. Ici le formateur a besoin au moins d'un objet support présentant une certaine extension tridimensionnelle, par exemple parallélépipédique, et la capacité d'accueillir au moins deux vis, par exemple en présentant deux trous taraudés. Il doit disposer encore de deux objets vis adaptés. Le cadre de travail doit contenir au moins ces trois objets. Il peut cependant être enrichi par d'autres objets ayant un rôle pédagogique ou simplement figuratif. Le formateur peut par exemple ajouter d'autres objets pour permettre et obliger un choix des bonnes vis. Afin de construire le cadre de travail, le formateur effectue les opérations suivantes: - sélection d'un objet, - dimensionnement interactif de l'objet, - positionnement interactif de l'objet dans l'espace tridimensionnel, - édition des caractéristiques non dimensionnelles de 20 l'objet, - répétition des opérations précédentes pour chaque objet jusqu'à obtenir le résultat souhaité, - sauvegarde de l'ensemble des objets et de leurs caractéristiques dans un fichier cadre de travail. Ces opérations vont être détaillées dans le cas de l'exemple considéré. Le formateur sélectionne un objet support. Cette sélection s'effectue par exemple dans une bibliothèque d'objets existants ou fait appel à un éditeur d'objet qui permet de définir un objet particulier. Cet objet support est caractérisé par sa forme, le fait qu'il s'agit d'un volume solide et par la présence d'au moins deux emplacements permettant d'y visser une vis. Chacune de ces caractéristiques est modélisée par une capacité de cet objet. Le formateur sélectionne aussi deux objets vis. Il ajoute ces trois objets au cadre de travail. Selon la qualité de la modélisation proposée par l'environnement de réalité virtuelle, chacun de ces objets pourra comporter d'autres capacités modélisant des comportements annexes. Ainsi il est par exemple possible de doter chacun des objets d'une compacité empêchant un objet d'en traverser un autre. Il peut être possible de simuler la pesanteur entraînant la chute de l'objet vers un sol, lorsqu'il est relâché. Ces comportements peuvent être ajoutés à volonté en plus des capacités essentielles nécessaires à la session de formation, ici les capacités de vissage. Afin que l'apprenant puisse réaliser les opérations que l'on attend de lui, il est nécessaire que les deux vis soient éloignées du support dans la configuration initiale du cadre de travail. Une des caractéristiques essentielles de l'invention est d'utiliser l'environnement de réalité virtuelle et les possibilités de visualisation et de manipulation directe des objets qu'il offre. Ceci concerne plus particulièrement les caractéristiques dimensionnelles ou positionnelles des objets, l'environnement étant graphique et tridimensionnel. Pour poursuivre la construction du cadre de travail, le formateur après avoir sélectionné le support procède à son dimensionnement. On suppose que ce support est un parallélépipède et que l'on peut modifier ses trois dimensions, c'est à dire que l'objet présente des capacités d'interface permettant ces modifications. L'opérateur utilise alors son avatar pour intervenir dans l'environnement de réalité virtuelle. Par cette entremise, le formateur sollicite l'objet support pour modifier par exemple sa largeur. Le formateur agit directement sur l'objet par exemple en l'étirant dans la largeur. Cette opération est interactive et le résultat est directement visible en retour. Le dimensionnement réalisé, il convient de positionner l'objet support dans l'espace. De manière analogue le positionnement s'effectue au moyen de l'avatar qui permet de saisir l'objet pour le déplacer et/ou l'orienter à volonté. Une telle manipulation est plus intuitive qu'une définition littérale faisant par exemple intervenir des angles d'Euler et des coordonnées. On peut envisager, si l'objet prévoit une telle interface, de définir interactivement la position des trous filetés relativement au support. Toutes les caractéristiques géométriques du support, dimensions et positions sont avantageusement modifiées interactivement en utilisant directement les possibilités de l'environnement de réalité virtuelle. Le résultat est en permanence visualisé directement dans l'environnement d'utilisation final, permettant facilement de le comparer avec le résultat souhaité et d'intervenir interactivement pour l'atteindre. D'autres caractéristiques non dimensionnelles ou non géométriques peuvent être nécessaires à la caractérisation du comportement de l'objet. Ainsi, la puissance d'une ampoule peut être renseignée pour déterminer sa caractéristique électrique. Ces caractéristiques sont avantageusement précisées à l'aide d'un éditeur d'objet qui travaille par exemple sur la description textuelle de l'objet. Dans l'exemple considéré, le formateur procède au dimensionnement et au positionnement des deux vis dans l'espace en manipulant interactivement les deux objets par l'intermédiaire de son avatar. Il est à noter que ces différentes opérations ne sont pas nécessairement effectuées séquentiellement. Il est possible de sélectionner tous les objets, puis de les dimensionner avant de les positionner. Il est aussi possible de sélectionner un premier objet, de le dimensionner et le positionner avant de procéder de même pour les autres objets. Il est aussi possible, tant que le résultat souhaité n'est pas atteint, de reprendre soit le dimensionnement, soit le positionnement d'un objet en fonction par exemple du dimensionnement ou du positionnement relatif d'un autre objet. Une fois que la scène obtenue est conforme à ce qu'il souhaite comme scène de départ pour la session de formation, le formateur termine la construction du cadre de travail en procédant à l'enregistrement. Cet enregistrement stocke dans un fichier toutes les données de définition des différents objets mis en oeuvre, avec leurs caractéristiques dimensionnelles, positionnelles et autres, afin de pouvoir ultérieurement recharger la scène tridimensionnelle à l'identique, au début d'une session de formation. Le formateur procède par ailleurs à la définition du déroulement de la session de formation. Ce déroulement est défini par un scénario. Ce scénario est décrit par une méthode de modélisation qui fait l'objet d'une description détaillée dans la demande de brevet déjà citée. Un scénario se caractérise par un graphe comportant des étapes reliées par des liens. La construction de ce graphe de scénario s'effectue en réalisant les opérations suivantes: - création interactive d'une séquence centrale d'actions en la réalisant, édition de la structure du graphe pour modifier les enchaînements, édition éventuelle de compléments au scénario, sauvegarde du graphe complet dans un fichier de scénario d'apprentissage. Une caractéristique essentielle de l'invention est de définir la séquence principale ou centrale des étapes du graphe de scénario en les effectuant directement dans l'environnement de réalité virtuelle. Ainsi le formateur commence la construction en réalisant une séquence d'actions que doit reproduire l'apprenant. Lors de cette opération démonstrative, les actions du formateur sont espionnés et automatiquement transformées en étapes. Chaque étape comprend le détail du ou des objets mis en oeuvre et des relations utilisées. Un graphe préliminaire est construit en créant automatiquement une séquence des actions réalisées dans l'ordre de leur réalisation. Ainsi dans notre exemple, le formateur, réalisant la séquence d'actions qu'il attend de l'apprenant, saisit la première vis et la déplace pour la placer en position de vissage près du support. Ceci crée automatiquement une étape contenant l'objet vis associé à une relation de déplacement. Ensuite le formateur réalise le vissage de la première vis sur le support. Pour cela il sélectionne le support d'une part, la vis d'autre part et active une relation de vissage entre ces deux objets. Ceci crée automatiquement une deuxième étape contenant l'action définie par les deux objets, support et vis, et la relation de vissage. Cette deuxième étape est placée dans un graphe séquentiel à la suite de l'étape précédente de déplacement. Le formateur continue sa construction par démonstration en reproduisant les mêmes actions avec la deuxième vis. Il est automatiquement créé deux autres étapes qui viennent se placer à la suite des deux premières dans le graphe séquentiel. Le graphe ainsi construit automatiquement en faisant est nécessairement séquentiel puisque le formateur effectue nécessairement les actions les unes après les autres. Le graphe séquentiel ainsi construit est réduit à une séquence centrale. Il se caractérise par une construction démonstrative, directement effectuée dans l'environnement de réalité virtuelle, le formateur oeuvrant comme le fera l'apprenant. Cette opération est rapide. Les objets et relations des actions contenues dans les étapes sont automatiquement reproduits avec les bons paramètres sans risque d'erreur de recopie. Ceci permet la mise en place des éléments principaux du scénario. Dans l'exemple l'ordre de vissage est indifférent. Il est donc nécessaire de modifier la structure du graphe pour remplacer la séquence des actions par un graphe faisant apparaître deux branches, une pour chaque vis, avec une liaison ET entre ces deux branches. Les actions restent les mêmes, mais les liens qui les relient sont modifiés. Ainsi le graphe correspond au schéma d'enchaînement attendu: chaque vis doit être déplacée et vissée sur le support, l'ordre de manipulation des vis importe peu mais en final, les deux doivent être réalisées. Aussi, à partir de la séquence centrale construite par l'exemple, le formateur dispose d'une base. Dans une seconde opération, il modifie cette base pour définir le scénario souhaité. Cette édition peut se faire par exemple à l'aide d'un éditeur. Cette opération peut apporter des modifications au graphe lui-même, comme dans l'exemple où le graphe des possibilités est enrichi par la définition de branches et d'une relation ET entre elles. Le langage de description de scénario, cité précédemment, offre une possibilité de double représentation équivalente, sous forme graphique et textuelle. La forme graphique est avantageusement éditable afin de modifier la structure des enchaînements au sein du graphe. La forme textuelle peut aussi être utilisée. Le langage permet de nombreux attributs et fonctions pour décrire les possibilités du graphe. On trouve les classiques fonction OU et ET. Il est possible de définir des parallélismes STRICT ou NON STRICT. Tous ces attributs sont éditables depuis l'éditeur graphique ou depuis l'éditeur textuel. Le scénario de base est ainsi construit. Le formateur peut aussi souhaiter compléter son scénario en autorisant d'autres opérations annexes ou facultatives. Ainsi il lui est par exemple possible d'ajouter une branche facultative comprenant une étape d'orientation d'une caméra. Le déplacement de cette dernière permettant un meilleur point de vue du support afin de faciliter la mise en place des vis. Cette étape devient alors possible à l'apprenant, bien que facultative. De manière analogue, le formateur peut définir des actions interdites et les inclure dans le scénario. Cette dernière opération s'effectue avantageusement avec un éditeur agissant sur la représentation graphique ou sur la représentation textuelle du graphe de scénario. Pour définir une séquence d'actions, le formateur peut avantageusement repasser en mode démonstratif. Il peut repasser à loisir ensuite dans le mode d'édition graphique ou textuel, selon ce qu'il souhaite ajouter ou modifier, ou selon sa préférence. L'avantage de travailler directement dans l'environnement de réalité virtuelle est de présenter une unité entre le monde de travail de l'apprenant et celui dans lequel le formateur construit son scénario. Le formateur dispose ainsi d'un retour immédiat et directement semblable à celui auquel sera confronté l'apprenant. Le formateur effectue tant que de besoin et dans l'ordre de son choix, les trois opérations: construction par démonstration, édition graphique et édition textuelle, jusqu'à obtention du scénario qu'il souhaite. Il effectue alors une dernière opération de sauvegarde de ce scénario, qui est stocké dans un fichier, permettant de le recharger et de l'exploiter au moyen du moteur de scénario lors du lancement d'une session de formation. L'invention concerne aussi tout dispositif mettant en uvre une méthode selon l'invention. L'invention est tout particulièrement destinée à être 5 appliquée dans le cadre de la formation d'opérateurs à la maintenance. REVENDICATIONS 1. Méthode de construction d'une session de formation dans un environnement de réalité virtuelle, caractérisée en ce qu'elle comprend une construction interactive d'un cadre de travail en effectuant les opérations suivantes: sélection d'un objet, dimensionnement interactif de l'objet, positionnement interactif de l'objet dans l'espace tridimensionnel, édition des caractéristiques non dimensionnelles de l'objet, - répétition des opérations précédentes pour chaque objet jusqu'à obtenir le résultat souhaité, - sauvegarde de l'ensemble des objets et de leurs caractéristiques dans un fichier cadre de travail, et une construction interactive d'un scénario d'apprentissage en effectuant les opérations suivantes: - création interactive d'une séquence centrale d'actions en la réalisant, - édition de la structure du graphe pour modifier les enchaînements, - édition éventuelle de compléments au scénario, sauvegarde du graphe complet dans un fichier de scénario d'apprentissage. 2. Dispositif mettant en oeuvre une méthode de construction selon la revendication 1. 3. Application d'une méthode selon la revendication 1 ou 2 à la formation à la maintenance.