Brevet FR2947348A1 — publié le 20101231

DISPOSITIF POUR MANIPULER ET VISUALISER UN OBJET VIRTUEL La présente invention se rapporte à un dispositif pour manipuler et visualiser un objet virtuel, ledit dispositif permettant de procurer à un opérateur des sensations visuelles proches de celles ressenties lors de la manipulation d'un objet réel et reposant sur des gestes proches de ceux qu'il ferait pour manipuler un objet réel. On connait des systèmes permettant de visualiser une représentation tridimensionnelle d'un objet, par exemple un objet visualisé sur un écran plat ou dans un environnement immersif à plusieurs faces. En variante, la représentation tridimensionnelle peut être générée avec un système de visualisation stéréoscopique. Dans l'espace, un ob jet réel peut se translater selon au moins une direction et/ou pivoter autour d'au moins un axe de rotation. Ainsi, dans un repère cartésien avec des axes X, Y, Z, le mouvement d'un objet réel découle de la combinaison d'au moins une translation selon l'un des trois axes X, Y, Z et/ou d'au moins une rotation selon l'un des trois axes X, Y, Z. La représentation interactive idéale d'un objet virtuel doit permettre la manipulation de l'objet virtuel de la même manière que dans la réalité afin par exemple de modifier l'angle de vue de l'objet. Pour manipuler un objet virtuel, il existe différentes interfaces. Une première solution consiste à utiliser une souris d'ordinateur. Ce périphérique simple et peu coûteux ne permet pas une manipulation aisée en trois dimensions. Ce manque d'ergonomie découle du fait que la souris n'autorise que des mouvements dans un plan qui doivent être traduits en mouvements dans l'espace. Une deuxième solution consiste à utiliser un périphérique commercialisé sous le nom de � spacemouse � comprenant plusieurs commandes actionnées par les doigts d'une main correspondant chacune à une translation ou une rotation. Ce type de périphérique est cependant difficile à utiliser par une personne non initiée dans la mesure où le périphérique ne permet que des mouvements physiques de faibles amplitudes et ne permet pas la dissociation entre les différents axes ou les opérations de translation et de rotation. Une troisième solution décrite dans le document EP-1.110.172 consiste à utiliser un capteur sous forme d'un cube comprenant sur chacune de ses faces une tige actionnable, les efforts ayant pour conséquence une rotation ou un basculement de la tige étant interprétés comme des rotations ou des translations de l'ob jet virtuel. Même si les commandes de ce périphérique sont relativement intuitives, il n'évite pas quelques limitations car l'utilisateur ne peut commander qu'une tige à la fois à l'aide d'une main, l'autre main étant utilisée pour tenir le cube et sa position devant être modifiée en fonction de la tige manipulée. On connait également les écrans tactiles qui permettent de manipuler des représentations d'éléments en deux dimensions. Ainsi, le titulaire propose une table tactile permettant de déplacer les représentations de pages, de photos ou autres. Cette table comprend un écran au niveau duquel peut être générée une image à l'aide d'un vidéoprojecteur placé sous l'écran par exemple, au moins un capteur permettant de détecter les mouvements d'au moins un doigt à la surface de l'écran et des moyens pour convertir le mouvement détecté en instruction. Le fait que la surface de contact soit également la surface de visualisation permet d'offrir à l'utilisateur des sensations visuelles proches de celles qu'il aurait en manipulant sur la même surface un objet réel. Toutefois, cette solution est physiquement limitée à des déplacements dans un plan et non dans l'espace, rendant difficile et complexe l'interaction avec des environnements tridimensionnels. Dans le même esprit, on connait une sphère tactile permettant de générer l'image non pas sur un écran plan comme pour une table tactile mais sur une sphère. Même si cette solution permet de donner une impression de volume, elle ne permet que de déplacer des représentations d'objets à la surface d'une sphère et ne permet pas la manipulation et la visualisation d'objets tridimensionnels arbitraires. Le titulaire a également développé un cube tactile permettant d'interagir sur une représentation d'un objet virtuel visible sur un écran ou dans un environnement immersif. Ce cube comprend cinq faces actives tactiles au niveau de la surface desquelles un opérateur peut effectuer des gestes qui sont traduits en instructions. Ainsi, si l'opérateur effectue de manière simultanée sur deux faces opposées un mouvement selon une même direction, ces mouvements sont traduits en une instruction visant à modifier la représentation de l'ob jet de manière à ce que ce dernier se translate selon cette direction. Même si ce type de périphérique permet d'agir sur la représentation d'un ob jet virtuel de manière intuitive, rendant son utilisation simple, on note que la représentation de l'objet est toujours décalée par rapport à la zone au niveau de laquelle l'opérateur effectue les commandes et ne permet pas d'obtenir les mêmes sensations visuelles que celles procurées par un écran tactile plan ou sphérique. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif pour manipuler et visualiser un objet virtuel, ledit dispositif étant simple d'utilisation et susceptible de procurer les mêmes sensations visuelles que celles procurées lors de la manipulation d'un ob jet réel. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour visualiser et interagir sur au moins une représentation tridimensionnelle d'au moins un objet, comprenant des moyens pour afficher ladite au moins une représentation, une première partie d'identification d'au moins une commande d'un utilisateur avec au moins une surface au niveau de laquelle ledit utilisateur réalise au moins un mouvement interprété en au moins une commande et des moyens de calcul permettant de modifier ladite au moins une représentation d'au moins un objet en fonction de ladite au moins une commande induite par le ou les mouvement(s) de l'utilisateur, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi interposée entre les moyens d'affichage et les moyens d'identification d'au moins une commande, ladite paroi comprenant une face orientée vers l'utilisateur permettant d'une part de réfléchir l'image de l'utilisateur et les moyens d'identification d'au moins une commande, et d'autre part, de visualiser la au moins une représentation d'au moins un objet affichée par les moyens d'affichage. Cette solution permet d'obtenir un dispositif simple à utiliser à la manière des écrans tactiles. La superposition ou la juxtaposition de la représentation de l'objet et du reflet de l'opérateur et du périphérique de commande permet d'obtenir des sensations visuelles proches de celles procurées lors de la manipulation de l'objet réel. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif pour manipuler et visualiser un objet virtuel selon une première variante de l'invention, - la figure 2 est une vue latérale du dispositif pour manipuler et visualiser un objet virtuel illustré sur la figure 1, - la figure 3A est une vue latérale d'un capteur de mouvement illustrant un premier exemple de commande, - la figure 3B est une vue latérale d'un capteur de mouvement illustrant un deuxième exemple de commande, - la figure 3C est une vue latérale d'un capteur de mouvement illustrant un troisième exemple de commande, - la figure 4A est une vue de la partie visualisation du dispositif illustrant la modification de la représentation lors de la première commande visible sur la figure 3A, - la figure 4B est une vue de la partie visualisation du dispositif illustrant la modification de la représentation lors de la deuxième commande visible sur la figure 3A, - la figure 4C est une vue de la partie visualisation du dispositif illustrant la modification de la représentation lors de la troisième commande visible sur la figure 3C, et - la figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif pour manipuler et visualiser un objet virtuel selon une autre variante de l'invention. Sur les figures 1 et 2, on a représenté un dispositif permettant à un utilisateur 10 de manipuler et visualiser au moins une représentation 12 tridimensionnelle d'au moins un objet par exemple une voiture. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une seule représentation tridimensionnelle d'un seul objet, mais peut être utilisée pour manipuler et visualiser plusieurs représentations d'objets. Selon l'invention, le dispositif comprend une première partie 14 d'identification d'au moins une commande de l'utilisateur 10 et une seconde partie 16 de visualisation assurant la superposition de la représentation 12 tridimensionnelle de l'objet et du reflet de l'utilisateur 10 agissant sur ladite première partie 14 d'identification d'une commande. Selon l'invention, la première partie 14 assurant l'identification d'une commande comprend au moins une surface 18 au niveau de laquelle l'utilisateur 10 réalise au moins un mouvement et des moyens pour interpréter au moins un mouvement effectué par l'utilisateur 10 en une commande permettant de modifier la représentation 12 de l'objet. Avantageusement, le mouvement correspondant à une commande découle du déplacement de l'extrémité d'au moins un doigt 20 de l'utilisateur 10 au niveau de la ou des surface(s) 18. Ainsi, la commande d'une translation peut correspondre à un mouvement de translation d'un doigt, la commande d'une rotation à un mouvement de rotation d'un doigt, à un geste de rotation de deux doigts ou à la combinaison de deux mouvements de translation opposés. La commande de modification de la taille de la représentation de l'objet peut correspondre aux mouvements combinés de plusieurs doigts. L'invention n'est pas limitée à ces commandes, d'autres mouvements effectués par l'utilisateur peuvent être interprétés en commandes permettant de modifier la représentation 12 de l'ob jet. Ainsi, il existe de nombreuses combinaisons de mouvements sur la ou les surfaces 18 associées chacune à une commande. Selon une première technologie, la surface 18 est dite tactile, de préférence multipoints, et correspond à une première face d'une paroi sous laquelle sont placés un ensemble de sources lumineuses infrarouges et un capteur de lumière infrarouge. La détection d'une zone de contact au niveau de la surface 18 se fait lors de la captation par le capteur de la réflexion, de l'extérieur vers l'intérieur, par un élément appliqué sur la surface tactile, des rayons lumineux émis à travers la surface 18 tactile mais également diffusante de l'intérieur vers l'extérieur. Ce système permet d'obtenir en temps réel des cartographies des zones de contact au niveau de la surface tactile 18. Dans le cas de plusieurs surfaces 18 tactiles, il permet de récupérer les informations de toutes les surfaces en même temps et d'obtenir des cartographies simultanées. En complément, des moyens de calcul permettent d'obtenir cette cartographie et de traduire le ou les mouvement(s) effectués par l'utilisateur en une commande, notamment en analysant dans un premier temps les cartographies pour définir le ou les mouvement(s) effectués par le ou les doigt(s) de l'utilisateur puis en comparant le ou les mouvement(s) défini(s) avec des mouvements de référence stockés dans une base de données qui correspondent chacun à une commande et enfin en estimant le ou les mouvements de référence le ou les plus proche(s) du ou des mouvement(s) défini(s) pour associer une commande. D'autres solutions technologiques peuvent être envisagées pour déterminer le ou les mouvements effectué(s) par l'utilisateur au niveau de la surface 18. Ainsi, un système capacitif peut recouvrir la surface 18. Dans ce cas, des moyens sont prévus pour établir une cartographie des charges présentes à la surface 18, les dites charges étant manquantes car transférées vers l'utilisateur au niveau des zones de contact. De la même manière, d'autres solutions sont envisageables pour associer à au moins un mouvement effectué par l'utilisateur une commande. Selon un mode de réalisation privilégié, la première partie 14 assurant l'identification d'une commande comprend un cube 22 offrant cinq surfaces tactiles 18, de préférence multipoints, la surface inférieure du cube reposant sur un pupitre 24 permettant de positionner le cube dans l'espace. Ainsi, le cube 22 comprend une surface tactile droite 18.1, une surface tactile gauche 18.2, une surface tactile avant 18.3, une surface tactile arrière 18.4 et une surface tactile supérieure 18.5. Dans ce cas, une commande peut découler d'au moins un contact sur une seule surface tactile ou la combinaison de contacts sur plusieurs surfaces tactiles. Ainsi, selon un premier exemple illustré sur la figure 3A, des mouvements de translation selon une même direction, un même sens et une même amplitude sur les surfaces gauche 18.2 et droite 18.1 se traduisent par une translation de la représentation de l'objet. Selon un deuxième exemple illustré sur la figure 3B, la rotation de la représentation de l'objet peut découler de mouvements circulaires sur les 5 surfaces gauche 18.2 et droite 18.1. Selon un troisième exemple illustré sur la figure 3C, la rotation de la représentation de l'objet peut découler de mouvements de translation en direction opposée et de même amplitude sur les surfaces gauche 18.2 et droite 18.1. 10 Ainsi, une même commande peut découler de mouvements différents. Le ou les mouvement(s) réalisé(s) sur les surfaces tactiles correspondant à une commande donnée peuvent se rapprocher des mouvements effectués naturellement par l'utilisateur pour simuler la même commande sur un objet réel. Les commandes ne sont pas limitées à un changement d'orientation de l'objet 15 virtuel ou à son déplacement dans l'espace. Ainsi, les commandes peuvent également engendrer une modification de la taille, de l'intensité de la lumière ou autre. Plus généralement, une commande permet de générer au moins une modification de la représentation de l'objet. 20 Selon l'invention, la seconde partie 16 de visualisation assurant la superposition de la représentation 12 tridimensionnelle de l'objet et du reflet de l'utilisateur 10' agissant sur ladite première partie 14' d'identification d'une commande comprend des moyens 26 d'affichage d'une représentation de l'objet ainsi qu'une paroi 28 interposée entre les moyens 26 d'affichage et les moyens 14 25 d'identification d'une commande, ladite paroi 28 comprenant une face 30 orientée vers l'utilisateur 10 permettant d'une part de réfléchir l'image de l'utilisateur 10' et des moyens 14' d'identification, et d'autre part, de visualiser la représentation 12 de l'objet affichée sur les moyens 26. La zone 31 située à l'arrière de la paroi 28 dans laquelle sont placés les moyens 26 d'affichage doit être dans l'obscurité afin que l'image de l'utilisateur et des moyens d'identification soit réfléchie et que seule la représentation 12 de l'objet soit visible au travers de la face 30. Selon un mode de réalisation, cette zone 31 est délimitée par une enceinte avec deux parois parallèles, l'une supportant les moyens 26 d'affichage et l'autre (la plus proche de l'utilisateur) assurant la fonction de la paroi 28. Selon un mode de réalisation, la paroi 28 est un miroir sans tain. Selon un mode de réalisation, un écran de type 2D LCD, plasma ou autre peut être utilisé comme moyen 26 d'affichage. En variante, on peut envisager un projecteur et son écran de projection associé ou un affichage autostéréoscopique. Avantageusement, le pupitre est utilisé comme moyen de positionnement de l'utilisateur par rapport aux différents éléments 14 et 16 de manière à ce que la représentation 12 de l'objet soit positionnée au niveau du reflet de la surface tactile de manière à ce que le reflet des mouvements qu'il réalise soit lié à celui de la représentation 12 de l'objet et qu'il ait au niveau de la face 30 réfléchissante l'impression visuelle de bouger l'objet virtuel de la même manière qu'un objet réel. A cet effet, les différentes parties du dispositif sont disposées de manière à ce que les moyens 26 soient sensiblement symétriques au centre du cube 22 par rapport à la paroi 28 afin que le chemin optique entre l'utilisateur et les moyens 26 d'affichage et l'utilisateur et le cube 22 soit sensiblement identique. Cet agencement permet de percevoir l'objet virtuel superposé au cube même si on s'écarte du cube si bien que des personnes placées à côté de l'utilisateur ont une perception sensiblement identique à celle de l'utilisateur. Selon une autre possibilité, l'agencement des éléments peut être tel que l'utilisateur peut percevoir l'objet à côté, et de préférence au-dessus du cube. Dans ce cas, la représentation de l'objet est juxtaposée au reflet du cube. Ainsi, comme illustré sur la figure 4A, la commande illustrée sur la figure 3A se traduit par une image réfléchie sur la paroi 28 comprenant au milieu du reflet du cube et des mains de l'utilisateur la représentation 12 de l'objet, par exemple une voiture, qui est modifiée, de préférence instantanément, de manière coordonnée avec les mouvements de l'utilisateur, à savoir selon l'exemple, une translation de la voiture. Comme illustré sur la figure 4B, la commande illustrée sur la figure 3B se traduit par une image réfléchie sur la paroi 28 comprenant au milieu du reflet du cube et des mains de l'utilisateur la représentation 12 de l'objet, par exemple une voiture, qui est modifiée de manière coordonnée avec les mouvements de l'utilisateur, à savoir selon l'exemple, une rotation autour d'un axe horizontal de la voiture. Comme illustré sur la figure 4C, la commande illustrée sur la figure 3C se traduit par une image réfléchie sur la paroi 28 comprenant au milieu du reflet du cube et des mains de l'utilisateur la représentation 12 de l'objet, par exemple une voiture, qui est modifiée de manière coordonnée avec les mouvements de l'utilisateur, à savoir selon l'exemple, une rotation autour d'un axe vertical de la voiture. En complément, le dispositif de l'invention comprend des moyens de calcul permettant de modifier la représentation de l'objet en fonction de la commande induite par les mouvements de l'utilisateur. Ces moyens de calcul ne sont pas plus décrits car ils sont connus de l'homme du métier. Sur la figure 5, on a représenté une autre variante de l'invention. Dans ce cas, les moyens 14 d'identification du dispositif comprennent une seule surface tactile 18 disposée approximativement à l'horizontale sous laquelle sont disposés des moyens 32 de projection permettant de générer une représentation 34 au niveau de la surface tactile 18 visible par l'utilisateur 10. Le dispositif comprend également des moyens d'affichage 26 et une paroi 28 interposée entre les moyens 26 d'affichage et la surface tactile 18, ladite paroi 28 comprenant une face 30 orientée vers l'utilisateur 10 permettant de superposer d'une part la réflexion de l'image de l'utilisateur et des moyens d'identification avec la représentation 34', et d'autre part la représentation 12 de l'objet affichée par les moyens 26. Comme précédemment, la zone 31 située à l'arrière de la paroi 28 dans laquelle sont placés les moyens 26 d'affichage doit être dans l'obscurité afin que l'image de l'utilisateur et des moyens d'identification soit réfléchie et que seule la représentation 12 de l'objet soit visible au travers de la face 30. De préférence, les différentes parties du dispositif sont positionnées de manière à ce que les moyens 26 d'affichage soient sensiblement symétriques à la surface tactile 18 par rapport à la paroi 28. REVENDICATIONS1. Dispositif pour visualiser et modifier au moins une représentation tridimensionnelle (12) d'au moins un objet, comprenant des moyens (26) pour afficher ladite au moins une représentation (12), une première partie (14) d'identification d'au moins une commande d'un utilisateur (10) avec au moins une surface (18) au niveau de laquelle ledit utilisateur (10) réalise au moins un mouvement interprété en au moins une commande et des moyens de calcul permettant de modifier ladite au moins une représentation d'au moins un objet en fonction de ladite au moins une commande induite par le ou les mouvement(s) de l'utilisateur, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi (28) interposée entre les moyens (26) d'affichage et les moyens (14) d'identification d'au moins une commande, ladite paroi (28) comprenant une face (30) orientée vers l'utilisateur (10) permettant d'une part de réfléchir l'image de l'utilisateur et les moyens d'identification d'au moins une commande, et d'autre part, de visualiser ladite au moins une représentation (12) d'au moins un objet affichée sur les moyens (26) d'affichage. 2. Dispositif pour visualiser et modifier au moins une représentation tridimensionnelle (12) d'au moins un objet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (28) est interposée de manière à ce que les moyens (26) d'affichage soient sensiblement symétriques aux moyens (14) d'identification d'au moins une commande par rapport à ladite paroi (28). 3. Dispositif pour visualiser et modifier au moins une représentation tridimensionnelle (12) d'au moins un objet selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone (31) située à l'arrière de la paroi (28) dans laquelle sont placés les moyens (26) d'affichage doit être dans l'obscurité afin que l'imagede l'utilisateur et des moyens d'identification soit réfléchie et que seule la représentation (12) de l'objet soit visible au travers de la face (30). 4. Dispositif pour visualiser et modifier au moins une représentation tridimensionnelle (12) d'au moins un objet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de positionnement de l'utilisateur par rapport aux moyens (14) d'identification. 5. Dispositif pour visualiser et modifier au moins une représentation tridimensionnelle (12) d'au moins un objet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en qu'il comprend au moins une paroi comportant une face assurant la fonction de surface (18) au niveau de laquelle l'utilisateur opère au moins une commande, un capteur de lumière infrarouge permettant d'établir en temps réel des cartographies des zones de contact au niveau de la surface (18), des moyens de calcul permettant de traduire le ou les mouvement(s) effectués par l'utilisateur en une commande, en analysant dans un premier temps les cartographies pour définir le ou les mouvement(s) effectués par le ou les doigt(s) de l'utilisateur puis en comparant le ou les mouvement(s) défini(s) avec des mouvements de référence qui correspondent chacun à une commande et enfin en estimant le ou les mouvements de référence le ou les plus proche(s) du ou des mouvement(s) défini(s) pour associer une commande. 6. Dispositif pour visualiser et modifier au moins une représentation tridimensionnelle (12) d'au moins un objet selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en qu'il comprend un cube (22) rapporté sur un pupitre avec cinq surfaces (18) tactiles au niveau desquelles l'utilisateur opère au moins une commande.