Brevet FR2933787A1 — publié le 20100115

INRIA96.FRD Périphérique d'entrée amélioré L'invention concerne un périphérique d'entrée pour la commande d'un objet informatique. Depuis l'invention de la souris, de nombreuses tentatives ont été réalisées pour étendre les possibilités de commande par une main humaine. Ces tentatives ont toutes visé à rendre la commande plus ergonomique et/ou plus fidèle à une coriunande purement manuelle. Des dispositifs ou périphériques ont ainsi été développés, qui permettent un contrôle multidimensionnel, jusqu'à 12 degrés de liberté ou plus, et éventuellement combinés à des dispositifs haptiques actifs ou passifs. 15 Cependant, ces dispositifs sont peu ergonomiques, mobilisent en général les deux mains de l'utilisateur, et ne sont concrètement pas assimilables à des gestes d'un utilisateur. D'autres dispositifs ont été développés qui sont d'une manière générale des gants qui reproduisent la position de la main de l'utilisateur, que ce soit par le biais de capteurs 20 optiques, magnétiques, sonores ou mécaniques. Ces dispositifs sont particulièrement volumineux et peu ergonomiques, notamment du fait que le maintien d'une position par l'utilisateur est très fatiguant. 25 Enfin, il existe des périphériques à 6 degrés de liberté utilisable à une seule main, comme le SpaceNavigator (marque déposée). Cependant, ces dispositifs ne permettent que la seule navigation, et ne permettent pas de prendre en compte le mouvement des doigts d'une main par exemple. 30 Comme cela apparaît, aucune des solutions proposées à ce jour n'apporte une solution satisfaisante. 1 10 L'invention vient améliorer la situation. À cet effet, l'invention propose un périphérique d'entrée, comportant une poignée reliée à une embase, mobile dans un nombre choisi de degrés de liberté par rapport à l'embase. Ce périphérique comporte également des capteurs agencés pour délivrer un signal caractéristique d'un déplacement de la poignée par rapport à l'embase. Ce périphérique comporte en outre au moins un capteur de force relié à ladite poignée de manière sensiblement solidaire en déplacement, à la périphérie de celle-ci, de sorte que ladite poignée et ledit capteur de force puissent être sollicités simultanément par une main d'utilisateur. Un tel périphérique est extrêmement intéressant car il est efficace et ergonomique, tout en permettant de prendre en compte une action de l'utilisateur par le biais de ses doigts, 15 ce qui améliore la reproduction du mouvement d'une main. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, tirée d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, tirés des dessins sur lesquels : 20 - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un périphérique selon l'invention, relié à un ordinateur ; la figure 2 représente une vue de face du périphérique de la figure I; et la figure 3 représente une vue de dessus du périphérique de la figure 1. 25 Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. La figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un périphérique d'entrée 2 30 selon l'invention, relié à un ordinateur 4. Le périphérique 2 est également relié à un convertisseur analogique numérique 6 appelé ci-après CAN. 2 Le périphérique 2 permet, dans l'exemple décrit ici, de commander l'interaction d'une main virtuelle avec de l'argile virtuelle sur un écran 8 de l'ordinateur 4. Pour cela, le périphérique 2 comporte une embase 10 et une poignée 12 à laquelle sont reliés des capteurs de force 14 disposés à la périphérie de la poignée 12. Le périphérique 2 sera décrit plus avant avec les figures 2 à 4. L'embase 10 est reliée directement à l'ordinateur 8, et chaque capteur de force 14 est relié au CAN 6 par des fils 16. Enfin, le CAN 6 est également relié à l'ordinateur 4 pour transmettre les données de force des capteurs de force 14. L'ordinateur 4 comporte un logiciel de saisie des données envoyées par le périphérique 2. Un exemple d'un tel logiciel est un pilote matériel qui va transformer les données du périphérique 2 en entrées pour un modèle de reproduction du mouverrient d'une main. 15 Ainsi, les données envoyées par l'embase 10 peuvent être interprétées comme décrivant les forces appliquées à la paume d'une main, et les données envoyées par les capteurs 14 peuvent être interprétées comme décrivant une force appliquée à l'extrémité d'un doigt relié à cette paume dans une direction contrainte. 20 Ensuite, un modèle d'articulation de main virtuelle permet de transformer ces données pour restituer le mouvement de la main sur l'écran 8. Un exemple d'un tel modèle est donné dans l'article "Interaction Capture and Synthesis" ACM Transactions on Graphics (2006), 25.3, 872-880 par Kry, P. et Pai, D.K. 25 Un logiciel approprié, par exemple un logiciel de modelage virtuel, peut alors restituer l'interaction de cette main avec de l'argile, pour permettre de réaliser des ébauches virtuelles de manière extrêmement fidèle à ce qu'un artiste ferait lors d'un modelage "physique". 10 30 Le périphérique 2 va maintenant être décrit plus avant à l'aide des figures 2 et 3. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'embase 10 et la poignée 12 du mode de réalisation décrit correspondent aux éléments constituant un Space Navigator (marque déposée) qui est disponible dans le commerce. La poignée 12 est montée sur l'embase 10 avec 6 degrés de liberté (3 degrés de liberté de rotation et 3 degrés de liberté de déplacement), et sert à capturer les forces appliquées par la paume de la main. L'embase 10 loge des capteurs (non représentés) et qui émettent un signal caractéristique du mouvement de la poignée 12 par rapport à l'embase 10. Dans une partie supérieure, la poignée 12 reçoit à sa périphérie des logements ou bras 18. Dans l'exemple décrit ici, la poignée 12 reçoit cinq bras 18, correspondant chacun à un doigt d'une main Comme cela se voit le mieux sur la figure 2, un bras 18 comprend une armature 20 sensiblement en forme de U. L'armature 20 en U présente deux branches respectivement numérotées 22 et 24, la branche 22 étant la plus éloignée de la poignée 12, et la branche 24 étant la plus proche de la poignée 12. La branche 22 s'étend sensiblement verticalement par rapport à la surface sur laquelle repose le périphérique 2. La branche 24 s'étend également sensiblement verticalement, et est légèrement penchée vers la poignée 12, à laquelle elle est reliée par serrage à une ceinture 26. Comme on le voit le mieux sur la figure 3, la ceinture 26 entoure la périphérie de la poignée 12, et le serrage des bras 18 est assuré par un système à écrou 28. En outre, pour assurer le confort d'utilisation, chaque bras 18 comprend un pétale 30 rigide recouvert d'un matériau souple sur lequel vient reposer le doigt d"un utilisateur 30 lors du fonctionnement du périphérique 2. Dans l'exemple décrit ici, le matériau est une mousse. D'autres matériaux peuvent être utilisés pour recouvrir les pétales 30, comme du latex. Les pétales 30 pourraient également être directement réalisés en plastique, ou en une feuille de métal mince. En plus du confort d'utilisation, les pétales 30 assurent la réception du doigt de sorte que les capteurs 14 peuvent être actionnés avec la phalange distale de chaque doigt, tandis que les autres phalanges peuvent être utilisées avec la paume pour manipuler la poignée 12. Ainsi, l'utilisateur peut facilement commander de manière indépendante la poignée 12 d'une part, et les capteurs 14 d'autre part. En option, le bras 18 comprend également un pétale disposé à l'extrémité de la branche 22, et qui a une fonction semblable à celle du pétale 30. Le bras 22 et le bras 24 reçoivent chacun un capteur de force 14. Le capteur de force 14 permet de mesurer une pression d'un doigt de l'utilisateur dans une direction associée à chacun de ces deux capteurs. On notera que les sorties des fils pour liaison au CAN 6 sont volontairement omises sur les figures 3 et 4. Dans l'exemple décrit ici, le périphérique 2 est utilisé de manière à reproduire de manière fidèle sur l'ordinateur 4 les mouvements d'une main le manipulant. Comme cela a été mentionné plus haut, l'ordinateur 4 stocke à cet effèt un modèle de déformation de main, qui modélise celle-ci comme une paume à laquelle sont rattachés des doigts articulés. Le signal délivré par l'embase 10 caractérise le mouvement de la paume. Les capteurs 14 délivrent des signaux caractérisant une force appliquée dans une direction choisie à l'extrémité du doigt concerné. Par exemple le capteur 14 disposé sur la branche 22 est associé à une force tendant à refermer le doigt vers la paume, et le capteur 14 disposé sur la branche 24 est associé à une force dans une direction opposée à celle-ci. Ensuite, le modèle dans l'ordinateur 4 utilise les données issues du CAN 6 et de l'embase 10 pour calculer une position équivalente de la main sur l'écran 8. Dans d'autres modes de réalisations, les forces peuvent être prévues selon d'autres directions et être appliquées ailleurs qu'à l'extrémité du doigt. En outre d'autres modèles existent pour caractériser la déformation d'une main. Par ailleurs, bien que chaque bras comporte deux branches, il serait possible d'en ajouter d'autres, pour mesurer des pressions du doigt dans d'autres directions. Ainsi, grâce au périphérique 2, un utilisateur peut commander un premier élément dans 6 dimensions, et utiliser ses doigts de manière indépendante pour les commander virtuellement. Cela est particulièrement utile pour la sculpture virtuelle. Par ailleurs, comme cette solution est basée sur la mesure des forces exercées, lorsque l'utilisateur retire ses doigts, la main reste dans la dernière position prise. Cela est extrêmement avantageux par rapport aux solutions à base de gants, dans lesquelles le seul maintien d'une position est très éprouvant. Enfin, bien que l'application décrite ici soit particulièrement tournée vers la sculpture virtuelle, il existe de nombreuses autres applications possibles. En premier lieu, l'invention n'est pas limitée au seul domaine de la sculpture virtuelle, mais s'étend naturellement à tout type d'environnements virtuels dans lesquels une main virtuelle peut être utilisée, ou dans lesquels plus de six degrés de libertés sont utiles. En outre, l'invention pourrait aussi être utilisée pour la manipulation d'objets réels. Ainsi, au lieu d'une main, le périphérique 2 pourrait par exemple être utilisé pour commander une grue, l'embase et la poignée servant à manipuler la flèche, et les bras permettant de commander d'autres éléments. La description qui précède a pour but de décrire un mode de réalisation particulier de l'invention. Elle ne saurait être considérée comme limitant ou décrivant celle-ci de 30 manière limitative, et couvre notamment l'ensemble des combinaisons entre elles des caractéristiques des variantes décrites. Revendications1. Périphérique d'entrée, comportant une poignée reliée (12) a une embase (10), ladite poignée (12) étant mobile dans un nombre choisi de degrés de liberté par rapport à l'embase (10), ainsi que des capteurs agencés pour délivrer un signal caractéristique d'un déplacement de la poignée (12) par rapport à l'embase (10), caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un capteur de force (14) relié à ladite poignée (12) de manière sensiblement solidaire en déplacement, à la périphérie de celle-ci, de sorte que ladite poignée (12) et ledit capteur de force (14) puissent être sollicités simultanément par une main d'utilisateur. 2. Périphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un logement (18) propre à recevoir un doigt d'une main posée sur ladite poignée (12), et en ce que ledit capteur de force (14) est reçu dans ledit logement. 3. Périphérique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le logement est un bras (18) relié à une ceinture (26) serrée autour de la périphérie de la poignée (12). 4. Périphérique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit bras (18) a une forme sensiblement en U et comporte deux branches (22, 24) dont une (24) est reliée à ladite ceinture (26). 5. Périphérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'une desdites branches (22, 24) comporte un pétale (30) propre à recevoir l'extrémité d'un doigt d'une main d'utilisateur au niveau de ladite ceinture (26). 6. Périphérique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs capteurs de force (14) disposés à la périphérie de ladite poignée (12). 7. Périphérique selon la revendication 6, caractérisé en ce que certains au moins des capteurs de force (14) sont associés par paire. 8. Périphérique selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque les capteurs de force (14) associés par paire sont disposés sensiblement en regard au niveau de la périphérie de la poignée. 8