Brevet FR3003941A1 — publié le 20141003

METHODE ET DISPOSITIF D'AIDE A LA NAVIGATION CARTOGRAPHIQUE POUR UN UTILISATEUR EQUIPE D'UN DISPOSITIF NOMADE Domaine technique général La présente invention se rapporte de manière générale aux méthodes et dispositifs d'aide à la navigation cartographique pour un utilisateur équipé d'un dispositif nomade, ou d'une carte électronique embarquée. Etat de la technique Il existe actuellement un développement considérable d'applications logicielles embarquées dans des appareils communicants portables ou nomades. Parmi ces applications embarquées, il existe des applications de géolocalisation utilisant, par exemple, les signaux du système GPS de positionnement global par satellites (ou bientôt du système européen de positionnement par satellites Galileo), ou les signaux du réseau mobile (localisation par triangulation, dite CellID)). Les techniques de localisation peuvent également mettre à contribution des signaux de réseaux Wifi ou utiliser des transponders pour améliorer la précision de la localisation en habitation (lndoor). Par ailleurs, il existe une forte demande pour des équipements de navigation pour jeux urbains, ou dans les musées, dans les sites touristiques et urbains, sans compter les applications SoLoMo acronyme de SOcial-LOcal-MObile qui subissent une forte croissance. Cependant, la précision de la position est limitée car la performance des dispositifs GPS embarqués est limitée : le signal GPS est parfois mauvais ou même absent. Cette limitation de performance (même en combinant avec d'autres solutions de localisation comme le WiFi, CellID,...) mène à une indication de la position de l'utilisateur qui ne correspond qu'approximativement à la position réelle de l'utilisateur. La position ainsi indiquée sur la carte peut rester bloquée quand l'utilisateur commence à bouger, elle peut également subir des sauts de valeur sans que l'utilisateur ne se déplace, ou, dans le pire des cas, la position peut être simplement totalement erronée. Cette incohérence entre la position indiquée et la position réelle de l'utilisateur est gênante et déstabilisante pour l'utilisateur. Ces dysfonctionnements risquent d'entrainer chez nombre d'utilisateurs un sentiment de frustration ou d'inconfort. Dans ce contexte technique général, une double problématique se pose qui consiste à savoir : - Comment rendre l'indication de la position de l'utilisateur plus crédible pour l'utilisateur, et - comment faire en sorte que l'utilisateur ait les sensations d'être en synchronisation avec sa position sur la carte (ce qui se traduit dans le domaine des interfaces utilisateurs par la notion d'Immersion"). Actuellement, cette double problématique est résolue selon plusieurs solutions de l'état de la technique. Il a été proposé de traiter les données brutes de GPS par des filtres, de procéder à des extrapolations du mouvement de l'utilisateur (telle que représenté sur la figure 1, par exemple), de supprimer des valeurs incohérentes résultant du calcul de mouvements, de réaliser des "snap to street" (saut automatisées vers une rue). Ces méthodes sont très performantes et bien intégrées aujourd'hui sur les logiciels GPS. Par contre, elles ne suppriment pas encore suffisamment l'incohérence mentionnée ci-dessus entre la position de l'utilisateur et son indication sur une carte, surtout pour les piétons qui, eux, ont a) une trajectoire difficilement prévisible (e.g. comparée avec des voitures), b) cherchent à s'orienter dans une zone plutôt restreinte et utilisent donc un zoom très fort, et c) se trouvent souvent dans des endroits urbains où la précision GPS est plus faible. Il a également été envisagé d'indiquer, en sus de la position estimée de l'utilisateur, la précision de sa position. Cette précision est typiquement indiquée par un cercle autour de la position de l'utilisateur. La figure 2 en fournit une illustration. La figure 2 représente schématiquement la localisation d'un utilisateur entouré d'un cercle, avec une précision indiquée à 300 m. Ce principe d'indication de précision de la localisation par le biais d'un cercle est aujourd'hui compréhensible par un assez large public, et par voie de conséquence pourrait être valable, mais demeure abstrait, autrement dit n'est pas suffisamment efficace d'un point de vue interface utilisateur. Par ailleurs, les sauts d'affichage et l'incohérence de la dynamique du mouvement entre l'utilisateur et sa représentation demeurent toujours les principaux obstacles à l'adoption d'une telle solution. Cette incohérence est même accentuée dans certains cas de filtrage des données brutes, qui renouvelle la position de l'utilisateur uniquement si la meilleure estimation de position de l'utilisateur et son positionnement actuel excèdent la précision de la mesure. Enfin, ce qui représente l'état de la technique le plus proche identifié à ce jour est la solution divulguée par GoogleTM sous le nom de Google MapsTM mode Boussole. Cette solution introduit sur l'écran de l'appareil nomade une indication de boussole en temps réel. La figure 3 en illustre une page-écran. Une application similaire de Google TM, dite Google Street ViewTM pour applications mobiles, dévoile une boussole temps réel illustrée par un triangle sur l'écran de l'appareil nomade. La figure 4 en illustre une page-écran. Cependant, de telles représentations demeurent des éléments géométriques inefficaces en termes d'interface utilisateur et, par-dessus tout, sans aucun effet immersif (à savoir la capacité de transposer une représentation efficace pour l'utilisateur sur la carte numérique). Si différentes formes d'aides à la navigation cartographique sont déjà proposées, aucune n'intègre une dimension immersive, et aucune ne permet une approche qui puisse véritablement restituer à l'utilisateur les sensations d'être en quasi-synchronisation avec sa position sur la carte. La situation actuelle pose donc un grand nombre de problèmes, auxquels l'invention tente de répondre de manière unifiée. Il est plus particulièrement proposé une solution qui permette notamment de : - garantir une représentation de la position de l'utilisateur sur des appareils embarqués qui soit suffisante pour arriver à une confiance et une identification immédiate, - réduire de façon significative la discordance (ou divergence) ressentie entre la position indiquée et la vraie position de l'utilisateur. Outre le besoin exprimé plus haut, il existe donc un réel besoin de développer un programme logiciel unique capable d'être embarqué dans des dispositifs nomades, et de permettre d'afficher une représentation de la position de l'utilisateur qui soit plus immersive, compréhensible, rendant cette utilisation plus confortable. Pour pallier à au moins un des inconvénients ci-dessus identifiés, l'invention consiste essentiellement en une méthode d'aide à la navigation cartographique pour un utilisateur équipé d'un dispositif nomade, ledit dispositif nomade comportant des moyens de géolocalisation, une boussole électronique, des moyens de stockage de données et des moyens d'affichage affichant une carte numérique, la méthode comprenant les étapes suivantes : - une étape de calcul d'informations de géolocalisation de l'utilisateur, - une étape de mesure de l'orientation de l'utilisateur au moyen de la boussole électronique, - une étape de détermination d'un couple (0,(1)) de coordonnées sphériques de l'utilisateur sur la carte en fonction de 1) l'orientation mesurée de l'utilisateur, 2) l'orientation de la carte telle que configurée par rapport à une carte de référence dans laquelle l'orientation nord géographique est définie par le Pôle Nord, et 3) un type de projection choisie, - une étape de détermination d'une projection qui est appliquée sur un avatar tridimensionnel représentant l'utilisateur en fonction dudit couple (0,(1)), - une étape d'affichage à la position sur la carte correspondant à la localisation estimée de l'utilisateur de l'avatar orienté selon ladite projection aux angles (0,(1)). Le procédé permet ainsi avantageusement d'augmenter le confort et l'immersion de la représentation de la position de l'utilisateur et donc la confiance que l'utilisateur y prête. Ainsi qu'évoqué ci-dessus, la représentation de la position de l'utilisateur sur les dispositifs embarqués de l'art antérieur est insuffisante pour arriver à une confiance et une identification immédiate : des imprécisions de localisation comme des sauts de la position, le blocage de la position gênent la compréhension de la représentation de l'utilisateur sur la carte. Par la mise en oeuvre de l'invention, la synchronisation de la direction de l'avatar tridimensionnel avec les données d'orientation de la boussole électronique embarquée permet de donner à l'utilisateur un retour (feedback) immédiatement compréhensible, fluide et cohérente de sa situation géographique. Les insuffisances de la localisation sont beaucoup moins ressenties par l'utilisateur. Cette synchronisation quasi- parfaite entre les mouvements (orientationels) de l'utilisateur et sa visualisation immédiatement compréhensible rend la navigation sur la carte plus compréhensible, plus immersive : une identification immédiate est faite - même pour un utilisateur non technologique ou un enfant - entre sa propre position et celle représenté sur la carte. Le procédé permet ainsi avantageusement d'atteindre les avantages précédemment évoqués, notamment lorsque l'écran du dispositif nomade est chargé d'informations diverses et qu'une identification immédiate de sa position est nécessaire. Par exemple, l'immersion dans un jeu géolocalisé est améliorée. Le procédé est en outre tel qu'il comporte une étape de mise à jour de l'étape de la mesure d'orientation de l'utilisateur réalisée avec une fréquence au moins égale à 2Hz, et de préférence de l'ordre de 10Hz. Selon un mode de réalisation, l'étape de mesure de l'orientation de l'utilisateur est réalisée avec une précision de la boussole au moins de 100 en relatif entre deux mesures d'orientation, et meilleure que 45° en valeur absolue. Selon un mode de réalisation, l'étape de calcul de la projection de l'avatar est réalisée en temps réel a partir d'un modèle 3D de l'avatar, les angles de projections possibles étant continus. Selon un mode de réalisation, l'étape de calcul de la projection de l'avatar est réalisée par sélection de la plus proche projection stockée dans le bloc mémoire, les angles de projections possibles étant discrets. Selon un mode de réalisation, le nombre de positions stockées dans le bloc mémoire est d'au moins de 8 positions par personnage d'avatar, et de préférence de 16 positions ou 32 positions. Selon un mode de réalisation, la méthode est particulièrement adaptée à la navigation cartographique pour piétons. L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur 25 comprenant des portions de fichier de programme enregistrées sur un support lisible par un ordinateur, pour mettre en oeuvre les étapes de la méthode d'aide à la navigation cartographique spécifiée ci-dessus. Ainsi, le produit programme d'ordinateur mettant en oeuvre les étapes de la méthode d'aide à la navigation cartographique spécifiée ci-dessus 30 bénéficie lui-même des avantages atteints par ladite méthode. L'invention concerne enfin un dispositif nomade comportant un produit programme d'ordinateur selon l'invention. Description de l'invention D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à l'examen de la description détaillée des modes de réalisation et des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre illustratif et nullement limitatif. Brève description des figures - Les figures 1, 2, 3 et 4 sont des impressions d'écran de solutions de l'état de la technique, - La figure 5 représente schématiquement un dispositif nomade selon un mode de réalisation de l'invention, - La figure 6 représente un schéma fonctionnel du dispositif nomade selon un mode de réalisation de l'invention, - La figure 7 représente un organigramme simplifié correspondant à un mode de réalisation de la méthode selon l'invention, - La figure 8 illustre un avatar en coordonnées sphériques, - La figure 9 représente un même avatar selon différentes orientations, - La figure 10 illustre l'interface écran d'un dispositif nomade en cours de fonctionnement selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Tel qu'illustré sur la figure 5, un dispositif nomade, ici un téléphone 1 est équipé de moyens de localisation (illustrés dans la suite) pour communiquer avec un système de positionnement par satellites 2. La figure 6 représente un schéma fonctionnel d'un exemple de réalisation d'un dispositif 3 d'aide à la navigation cartographique du téléphone 1. Le dispositif 3 est pourvu d'un module 4 de réception de signaux GPS apte à acquérir la position du téléphone lorsqu'il est en visibilité des satellites 2. Alternativement, le module peut être remplacé par tout autre moyen permettant une localisation suffisamment précise, du type d'un autre récepteur satellite (i.e. Galileo), d'un module utilisant les techniques de localisation CelID par signaux Wifi. Le module 4 peut également combiner tout ou partie de ces techniques pour améliorer la précision de la position déterminée. Le dispositif 3 comporte également une boussole électronique 5 apte à capter l'orientation du téléphone 1. Les informations de localisation calculées par le module 4 de réception GPS et les informations d'orientation du téléphone calculées par la boussole 5 sont transmises à un bloc de traitement 6. Ce bloc de traitement 6 comporte : - un bloc mémoire 7 stockant un ensemble d'images d'avatars représentant non seulement une multitude de personnages d'avatars différents, mais aussi pour chaque personnage d'avatar, un nombre déterminé d'orientations que cet avatar peut prendre, lesquelles orientations correspondront aux orientations bijectives que l'utilisateur peut prendre lors de jeux ou toutes autres applications où le mode d'aide à la navigation cartographique selon l'invention est actionné. De façon alternative, le bloc mémoire 7 comporte un modèle 3D d'au moins un avatar, voire de plusieurs avatars, et les projections, comme détaillées dans la suite, sont calculées à partir de ce modèle 3D. L'avatar 3D peut être statique ou animé. - un module 8 gestionnaire de profils/avatars, stockant le profil de l'utilisateur, apte à déterminer une liste d'avatars, pour sélection par l'utilisateur, classés selon un ordre de priorité tenant compte du profil de l'utilisateur. Il peut également être envisagé de masquer certains avatars lorsque ceux-ci sont inadaptés à certains profils, voire peuvent gêner certains utilisateurs. - Un module de calcul 9 apte à calculer une projection à appliquer à l'avatar choisi par l'utilisateur, cette projection étant fonction de l'orientation de l'utilisateur fournie par la boussole. A partir de cette projection, l'image d'avatar correspondante est sélectionnée parmi le bloc mémoire 7 pour affichage sur un écran 10 à l'endroit correspondant à la position estimée du téléphone. Dans la suite est désormais décrit l'organigramme de la figure 7 illustrant les différentes étapes de la méthode d'aide à la navigation cartographique selon un mode de réalisation de l'invention : 1. Au démarrage 11 d'une application géolocalisée, par exemple une application de jeu de rôle urbain, le téléphone lance une requête de géolocalisation 12. 2. Une étape de calcul de géolocalisation 13 temps réel par le module 4 est alors exécutée. 3. Une étape de calcul de l'orientation 14 de l'utilisateur est également exécutée au moyen de la boussole électronique 5, de façon simultanée ou non. Pour s'assurer de la crédibilité de l'affichage de l'avatar (ainsi qu'expliqué ci-dessus dans les problèmes de l'art antérieur), il faut que le retour entre la mesure de la boussole et l'orientation de l'avatar 3D soit fluide. Ceci implique : a) une mise a jour importante de la mesure de l'orientation et de la géolocalisation de l'utilisateur, à une fréquence au moins supérieure à 2Hz, typiquement de 10Hz, ce qui explique, comme expliqué en fin de ce diagramme qu'i y ait une boucle pour rafraichir la mesure d'orientation et de position, b) une discrétisation fine des angles possibles de l'orientation de l'avatar, avec au minimum 8 positions, et de préférence 16 voire 32 positions (si la projection est réalisée à partir d'un modèle 3D, alors il est évident qu'un nombre bien plus important d'angles sont possibles), c) une précision de la boussole au moins de 100 en relatif entre deux mesures successives, et meilleure que 45° en valeur absolue (envers le nord géographique). Le signal d'orientation peut être filtré, de manière à améliorer sa pertinence. 4. Ces données de géolocalisation et d'orientation de l'utilisateur sont alors employées lors d'une étape de traitement de données 15. En utilisant les données localisation et de mesure d'orientation de l'utilisateur, le module de calcul 9 calcule la projection à appliquer à l'avatar 3D. Cette projection est calculée soit en temps réel à partir d'un modèle 3D (angles de projections possibles sont continus) ou bien par sélection de la plus proche projection stockée dans le bloc mémoire 7 (angles de projections possibles sont discrets). Dans la suite, en se référant à la figure 8, il est expliqué comment est calculée la projection de l'avatar. Il est supposé que l'avatar regarde vers la direction x. La projection est définie par la direction où se trouve le point P et donc les angles thêta 0 (0°... 90°) et phi (I) (0°..360°) en coordonnés sphériques. Tout type de projections (axonométrique : isométrique, dimetrique, trimetrique, oblique....) peuvent être envisagées. L'angle 0, étant donné le type de projection est déterminé par le concepteur de l'application. Dans le présent cas, la position de la projection se situe en hauteur : 0 peut aller de 10° (vue presque aérienne) à 80° (vue presque de coté), mais typiquement 0 est de l'ordre de 550 (projection isométrique). L'angle (I) est donné par deux paramètres : a) l'orientation de l'utilisateur, et b) l'orientation de la carte telle que configurée par rapport à une carte de référence dans laquelle l'orientation nord géographique est définie par le Pôle Nord (cartes les plus couramment utilisées, du type Michelin Tm ) : > orientation_utilisateur (heading: 00 ,...3600, Nord est 0°, EST 90°) orientation de l'utilisateur : vu que l'utilisateur est en train d'observer l'écran, l'orientation de son visage est approximativement la même que l'orientation de l'écran de son téléphone (ce qui n'est pas vrai pour une voiture ou un vélo où l'objet embarqué est fixé sur un autre objet, qui, lui, est en mouvement), > orientation_carte (heading: 0°,...360°, Nord en haut est 0°, EST en haut est 900) orientation de la carte électronique sur l'objet embarqué : est-ce que le haut de la carte représentée correspond au Nord géographique ? La carte électronique peut être une carte qui n'a pas le Nord en haut de la carte, mais qui est orientée en haut vers nord-nord-est par exemple. (I) = (orientation_utilisateur - orientation_carte + 1800 )modui03600 5. Le bloc de traitement 6 communique alors l'image sélectionnée de l'avatar avec la projection calculée sur l'écran, à l'endroit de la position estimée de l'utilisateur. Il est alors procédé à une étape d'affichage 16 à la position sur la carte correspondant à la localisation estimée de l'utilisateur de l'avatar orienté selon ladite projection aux angles (0,11)). 6. Une mise a jour de la mesure de l'orientation et de la position de l'utilisateur est réalisée avec une fréquence supérieure à 2Hz, de 20 préférence de 10Hz. Les mesures précédentes d'orientation et de localisation sont stockées dans le bloc de traitement pour des finalités de calculs, de prédictions, d'extrapolations, voire de calculs d'histogrammes. La figure 9 illustre un même avatar selon différentes orientations. La projection utilisée de l'avatar 3D est en en élévation et depuis le bord d'en 25 bas de la carte (vue du sud sur une carte conventionnelle). Il y est figuré quatre projections d'un avatar 3D qui s'oriente vers la même direction que l'utilisateur. Dans cet exemple, une carte conventionnelle est assumé (Nord en haut de la carte, projection de l'avatar est faite d'un point de vue d'en haut et de sud). Quatre différentes orientations de l'utilisateur (et donc 30 de la boussole embarquée) sont présentées : a) l'utilisateur est tourné vers le sud, b) l'utilisateur est tourné vers le sud-est, c) l'utilisateur est tourné vers l'est, d) l'utilisateur est tourné vers le nord-est. Une ombre est ajoutée à l'avatar dans cet exemple. La figure 10 illustre l'interface écran d'un dispositif nomade en cours de fonctionnement selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes. Ainsi, sous l'acception d'avatar doit être compris tout type d'avatar, statique ou animé, qu'il soit sous forme humaine, animale, ou sous forme d'un objet, ... le critère principal étant celui d'une reconnaissance facile, avec une face avant et arrière distincte. L'avatar peut se faire adjoindre un « centre »: à ce centre est placé la localisation exacte (estimée) de l'utilisateur. Ce centre peut se faire par une ombre, une base de pion ou une croix, à titre d'exemples. Le dispositif nomade peut être tout appareil pouvant embarquer un dispositif d'aide à la navigation cartographique disposant d'une information de localisation et d'orientation, du type téléphones, smartphones, récepteurs GPS intelligents, consoles de jeux, etc. Il peut être envisagé toutes sortes de perspectives : perspectives isométriques, projections obliques, projections azimutal, de manière générale toutes projections axonométriques. Il a été décrit dans la présente des modes de réalisation dans lesquels les moyens de localisation et la boussole étaient utilisés pour identifier la position/orientation de l'utilisateur porteur du dispositif nomade. Il est évident que tout dispositif de mesure d'orientation autre que la boussole électronique pourra être considéré équivalent à celle-ci. Il est à noter qu'il est également possible d'impliquer d'autres joueurs / participants sur la carte numérique. L'orientation, comme la position des autres utilisateurs, sont typiquement mesurés localement (à savoir sur leurs dispositifs nomades respectifs), et ensuite envoyés aux autres utilisateurs. Il est possible d'afficher ces données temps réel des autres utilisateurs avec le même algorithme sur chaque carte. Ce qui est nécessaire réside dans l'obtention d'une estimation de localisation et d'orientation des autres utilisateurs pour utiliser la même projection présentée ici. Enfin la carte peut également être fournie d'un fournisseur tiers. A chaque requête de géolocalisation, un tiers fournirait la carte associée à la localisation de l'utilisateur. Dans ce cas, cette option éviterait de stocker en mémoire locale un nombre important de données cartographiques.20 REVENDICATIONS1. Méthode d'aide à la navigation cartographique pour un utilisateur équipé d'un dispositif nomade (1), ledit dispositif nomade comportant des moyens de géolocalisation (4), une boussole électronique (5), des moyens de stockage de données (7) et des moyens d'affichage (10) affichant une carte numérique, la méthode étant caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes : - une étape de calcul d'informations (13) de géolocalisation de l'utilisateur, - une étape de mesure de l'orientation (14) de l'utilisateur au moyen de la boussole électronique, - une étape de détermination d'un couple (0,(1)) de coordonnées sphériques de l'utilisateur sur la carte en fonction de 1) l'orientation mesurée de l'utilisateur, 2) l'orientation de la carte telle que configurée par rapport à une carte de référence dans laquelle l'orientation nord géographique est définie par le Pôle Nord, et 3) un type de projection choisie, - une étape de détermination d'une projection qui est appliquée sur un avatar tridimensionnel représentant l'utilisateur en fonction dudit couple - une étape d'affichage (16) à la position sur la carte correspondant à la localisation estimée de l'utilisateur de l'avatar orienté selon ladite projection aux angles (0,11)). 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une mise à jour de l'étape de la mesure d'orientation de l'utilisateur est réalisée avec une fréquence au moins égale à 2Hz, et de préférence de l'ordre de 10Hz. 3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce l'étape de mesure de l'orientation de l'utilisateur est réalisée avec une précision de la boussole au moins de 10° en relatif entre deux mesures d'orientation, et meilleure que 45° en valeur absolue. 4. Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de calcul de la projection de l'avatar est réalisée en temps réel a partir d'un modèle 3D de l'avatar, les angles de projections possibles étant continus. 5. Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de calcul de la projection de l'avatar est réalisée par sélection de la plus proche projection stockée dans le bloc mémoire (7), les angles de projections possibles étant discrets. 6. Méthode selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le nombre de positions stockées dans le bloc mémoire (7) est d'au moins de 8 positions par personnage d'avatar, et de préférence de 16 positions ou 32 positions. 7. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle est particulièrement adaptée à la navigation cartographique pour piétons. 8. Produit programme d'ordinateur chargeable directement dans la mémoire interne d'un ordinateur numérique, comprenant des portions de code de logiciel pour l'exécution des étapes de la méthode selon l'une des revendications précédentes lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 9. Dispositif nomade, caractérisé en ce qu'il comporte un produit programme d'ordinateur selon la revendication précédente.