Brevet FR3020153A1 — publié le 20151023

ROTATION EGOCENTRIQUE NATURELLE EN ENVIRONNEMENT VIRTUEL Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un système de navigation dans un espace virtuel immersif. La présente invention concerne plus particulièrement un système de navigation en environnement virtuel immersif apte à diminuer le mal du simulateur lors d'un déplacement en rotation. Etat de la technique L'une des tâches essentielles que l'on souhaite réaliser en environnement virtuel est le déplacement du point de vue. Alors que la manette a été adoptée par le domaine du jeu vidéo, son utilisation dans un contexte plus immersif soulève des problèmes de mal du simulateur qui s'apparente à des nausées. Par exemple dans un CAVE qui comprend une salle de base sensiblement carrée, limitée par trois parois verticales jointes et comprises entre un plafond et un plancher, et équipée de caméras ou capteurs aux coins du plafond et/ou du plancher de ladite salle et de rétroprojecteurs pour diffuser des images de l'environnement, le déplacement dudit point de vue est susceptible de générer des perturbations chez un utilisateur naviguant dans ladite salle. Dans les jeux vidéo, un unique écran est souvent utilisé et le champ de vision du joueur est suffisamment faible pour ne pas l'immerger totalement. Ledit joueur est donc moins sujet auxdites nausées. A l'inverse, un utilisateur navigant dans un environnement virtuel immersif comme un CAVE est fréquemment sujet au mal du simulateur, le mouvement perçu visuellement lors du déplacement virtuel rentrant en conflit avec le mouvement perçu par le système vestibulaire. Le mouvement le plus susceptible d'engendrer le mal du simulateur est la rotation. En effet, le cerveau de l'utilisateur habitué à se déplacer dans le monde réel s'attend à recevoir des informations de son système vestibulaire, par exemple des mesures d'accélération, cohérentes avec celles estimées par le système visuel. En l'absence de restitutions fines de ces effets physiques par un système adéquat par un simulateur dynamique par exemple, le cerveau déclenche des symptômes ressemblant à ceux du mal du transport. Quand on bouge avec le monde, il n'y a pas de mal du simulateur, on reste visuellement rattaché au monde physique visuel. En environnement virtuel immersif, notamment dans le CAVE, la modification de l'environnement visuel est dissocié du déplacement physique et l'utilisateur n'est donc pas contraint à se déplacer physiquement pour naviguer dans ledit environnement virtuel. Un utilisateur peut également naviguer dans un environnement virtuel immersif à l'aide d'un dispositif de visualisation tel qu'un casque de réalité virtuelle ou de réalité augmentée. Ledit dispositif peut aussi générer du mal de simulateur et représente un enjeu financier important. Le mal du simulateur est bien connu dans le domaine des environnements virtuels et il est le sujet de nombreux travaux scientifiques conduisant à des publications dont celle de La Viola sur le mal du simulateur de janvier 2000. Pour réduire le mal du simulateur, il est connu de réassocier la perception visuelle avec un déplacement physique. On distingue deux principales catégories de moyens pour se déplacer en environnement virtuel : -les dispositifs de compensation de mouvement : Ils permettent à l'utilisateur de se déplacer naturellement sans avoir à déclencher de commandes. Le tapis roulant omnidirectionnel Cyberwalk ou la Cybersphère sont des exemples, et il existe bien d'autres systèmes (tapis de billes hémi sphérique, réseau de tuiles mouvantes, chaussures actives, bras robots fixés aux pieds etc.). La plupart de ces dispositifs ont l'inconvénient d'être imposants ou intrusifs. -les métaphores de navigation : Ce sont des lois de commandes de dispositifs souvent déjà existants (manettes, gants de réalité virtuelle, etc.) qui reflètent un processus de la vie réelle facilitant leur apprentissage et leur utilisation. Il en existe de nombreuses, par exemple la marche sur place qui consiste à mimer la marche pour avancer. La marche sur place redirigée est une solution aux problèmes d'immersion dus aux faces manquantes du CAVE, elle fait tourner l'environnement imperceptiblement pour que l'utilisateur n'ait jamais à s'orienter vers la face manquante. Le compagnon virtuel est un animal virtuel dirigé par des rênes, il tracte l'utilisateur et permet les rotations. Par exemple, « Grabbing the Air » en anglais ou « saisie de l'espace » est une métaphore de navigation dans laquelle l'utilisateur peut saisir l'air avec sa main, le ramener vers lui pour faire défiler le décor, et faire un mouvement latéral pour le faire tourner autour de lui. Un inconvénient de ce système est qu'il ne réduit pas le mal du simulateur car le cerveau de l'utilisateur ne reçoit pas des informations de son système vestibulaire cohérentes avec celles estimées par le système visuel. La publication US-Al 2004/0102676 divulgue ainsi un système de couplage entre l'environnement visuel et la navigation afin de réduire le mal des transports. Ledit système nécessite plusieurs dispositifs matériels tels qu'un gyroscope, des accéléromètres, un système de positionnement connu sous la désignation de GPS ou « Global Positioning System » en anglais, des capteurs optiques et des capteurs de vibrations et plusieurs logiciels pour réduire le dit mal des transports. Un inconvénient du système divulgué est la nécessité d'utiliser de nombreux dispositifs matériels ce qui entraine des coûts élevés ainsi qu'un contrôle sophistiqué de l'ensemble des dispositifs. Bref résumé de l'invention Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients et l'invention a pour objet un système de navigation en rotation dans un environnement virtuel 30 immersif. L'objet de l'invention porte sur la réduction du mal de simulateur pour tout déplacement virtuel de l'observateur piloté par un dispositif de navigation qui génère du mal de simulateur dans la mesure où il génère un conflit visuovestibulaire. Ledit déplacement peut être décomposé en un déplacement linéaire et un déplacement rotationnel. Pour les déplacements linéaires, des moyens de réduction de mal de simulateur peuvent être appliqués à travers une modulation de vitesse de déplacement. L'objet de l'invention est la réduction du mal du simulateur pour le déplacement en rotation. L'objet de l'invention est donc de fournir un moyen de tourner dans un environnement virtuel immersif de façon efficace, confortable et sans gêne visuo-vestibulaire (mal du simulateur). Dans toute la suite du document, -le point de vue de l'utilisateur comprend les coordonnées spatiales d'un point représentatif de la vision de l'utilisateur, ce point peut être par exemple un point médian disposé entre les yeux de l'utilisateur. -l'horizon de l'utilisateur comprend l'environnement visuel virtuel disposé devant l'utilisateur observable depuis le point de vue. -l'axe du corps de l'utilisateur est défini pour désigner l'axe autour duquel la tête dudit utilisateur peut pivoter. L'objet de l'invention est caractérisé plus particulièrement par un système de navigation dans un environnement virtuel immersif comprenant une unité de contrôle comportant des données d'environnement, des moyens de captage de mouvements d'un utilisateur et des moyens de captation de saisie d'une portion de l'environnement virtuel devant l'utilisateur, caractérisé en ce que le système est apte à modifier en rotation l'horizon virtuel de l'utilisateur selon une commande liée au pivotement de la tête selon un axe du corps. De manière avantageuse, l'horizon virtuel de l'utilisateur ou l'environnement visuel virtuel disposé devant l'utilisateur est modifié en rotation selon une commande liée au pivotement de la tête de l'utilisateur selon l'axe du corps, ainsi le cerveau de l'utilisateur perçoit des informations de son système vestibulaire cohérentes avec celles estimées par le système visuel, ce qui réduit de façon significative, voire supprime les risques de mal de simulateur en fonction de temps de réponse du système. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les moyens de captation de saisie d'une portion de l'environnement virtuel devant l'utilisateur sont liés aux mouvements de la tête de l'utilisateur pour modifier ledit environnement devant l'utilisateur consécutif à un 10 mouvement de rotation selon un axe du corps de sa tête. De manière avantageuse, les moyens de captation de saisie d'une portion de l'environnement devant l'utilisateur nécessaires pour la navigation virtuelle permettent de saisir virtuellement ladite portion d'environnement et de l'entrainer en rotation avec le pivotement de la tête selon l'axe du corps. Ainsi, 15 le pivotement de la tête est apte à entrainer la rotation de l'environnement visuel virtuel devant l'utilisateur. De cette manière, lorsque ladite tête se remet en position normale, l'utilisateur aura devant lui un autre horizon virtuel. Ledit utilisateur est donc acteur de ladite rotation dudit horizon et son cerveau perçoit des informations de son système vestibulaire cohérentes avec celles estimées 20 par le système visuel. - les moyens de captation de saisie sont activés par un mouvement d'activation d'une partie de la face de l'utilisateur. Avantageusement, la saisie de la portion d'environnement devant l'utilisateur est activée par une commande liée à un mouvement d'activation 25 d'une partie de la face de l'utilisateur, ce qui réduit des moyens de commande du système. Le système ne nécessite donc pas l'utilisation de nombreux équipements. - les moyens de captation de saisie sont désactivés par un mouvement de désactivation d'une partie de la face de l'utilisateur consécutif au mouvement 30 d'activation. Avantageusement, la portion d'environnement devant l'utilisateur est relâchée par une commande liée à un mouvement de désactivation d'une partie de la face de l'utilisateur, ce qui réduit des moyens de commande du système. Le système ne nécessite donc pas l'utilisation de nombreux équipements. - l'horizon de l'utilisateur est modifié en rotation selon un angle sensiblement égal à l'angle de pivotement de la tête entre le mouvement d'activation et le mouvement de désactivation. Avantageusement, le pivotement de la tête consécutif à un mouvement d'activation est apte à entrainer en rotation la portion d'environnement virtuel devant l'utilisateur qui peut donc contrôler rapidement et efficacement ladite rotation. L'angle de rotation de l'environnement est sensiblement égal à l'angle de pivotement de la tête ce qui permet de régler au mieux l'amplitude de rotation dudit environnement visuel virtuel en fonction de l'utilisateur. - le mouvement d'activation comprend un évènement lié à la tête déclenché par l'utilisateur. Avantageusement, le déclenchement de la saisie de l'environnement devant l'utilisateur est effectif suite à un évènement particulier déclenché par l'utilisateur. Ceci permet la prise en compte d'évènements différents de déclenchement de ladite saisie en fonction éventuellement de l'utilisateur. -le mouvement de désactivation comprend un évènement lié à la tête déclenché par l'utilisateur. Avantageusement, l'arrêt de la rotation de l'environnement devant l'utilisateur est effectif suite à un évènement particulier déclenché par l'utilisateur. Ceci permet la prise en compte d'évènements différents d'arrêt de ladite rotation en fonction éventuellement de l'utilisateur. - l'évènement lié à la tête est compris dans une liste comportant un clin d'oeil, un serrage des dents, une activation cérébrale, une grimace. Avantageusement, l'évènement de déclenchement de la saisie ou d'arrêt de la rotation est compris dans une liste comprenant plusieurs mimiques ou déformations du visage déclenchées consciemment par l'utilisateur. Lesdites déformations peuvent être facilement reconnues et détectées par le système, ce qui améliore la réactivité du système. - le procédé de navigation du système de navigation comprend : -une étape de scrutation du visage de l'utilisateur, -une étape d'activation de saisie de l'environnement devant l'utilisateur, -une étape de rotation dudit environnement lié au pivotement de la tête selon l'axe du corps, -une étape de désactivation de saisie de l'environnement. De manière avantageuse, le procédé de navigation du système de navigation comprend : -une étape de scrutation de la face de l'utilisateur par des moyens de captage. Ladite étape de scrutation se déroule tout au long de la navigation de l'utilisateur dans l'environnement virtuel immersif. Pendant ladite étape de scrutation, les moyens de captage vérifient si l'utilisateur ne déclenche pas un mouvement d'activation ou de désactivation. -une étape de saisie de l'environnement devant l'utilisateur. Les moyens de captage permettent de positionner le point de vue de l'utilisateur et l'horizon devant l'utilisateur. Ladite étape est déclenchée par un mouvement d'activation de la part de l'utilisateur. -une étape de rotation dudit environnement devant l'utilisateur lié au pivotement de la tête selon l'axe du corps consécutive à l'étape de saisie. Le pivotement de la tête de l'utilisateur entraine de manière avantageuse l'environnement devant l'utilisateur en rotation ; aussi le cerveau de l'utilisateur perçoit mieux des informations de son système vestibulaire cohérentes avec celles estimées par le système visuel, ce qui réduit avantageusement les risques de mal du simulateur. - une étape de désactivation de saisie de l'environnement. Lors de cette étape, un calcul est effectué pour redéfinir un nouvel horizon disposé devant l'utilisateur lorsque sa tête revient à sa position normale après le pivotement. L'utilisateur a ainsi effectué une action volontaire avec sa tête pour modifier l'environnement visuel virtuel devant lui, ce qui a pour effet de réduire les risques de mal du simulateur. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est une vue schématique d'une salle immersive avec un utilisateur navigant dans un environnement virtuel. -les figures 2a, 2b, 2c, 2e, 2f sont des vues schématiques de modification en rotation de l'environnement visuel virtuel devant l'utilisateur. Description détaillée des figures Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Selon la figure 1 qui présente un mode de réalisation de l'invention, un utilisateur 11 peut naviguer de façon virtuelle dans un environnement immersif tel que un CAVE qui est une salle immersive 12 comprenant trois parois verticales 14 jointes disposées entre un plafond 13 et un plancher 15 et équipée de caméras 17 et de capteurs 16 aux coins du plafond et/ou du plancher de ladite salle et de rétroprojecteurs (non représentés) pour diffuser des images de l'environnement enregistrées dans une mémoire d'une unité de contrôle 18. Lesdits capteurs et projecteurs sont reliés à ladite unité de contrôle. L'unité de contrôle commande la projection en continu d'images d'environnement pour former l'horizon virtuel de l'utilisateur. L'horizon virtuel de l'utilisateur est apte à être modifié suivant la navigation dudit utilisateur ainsi que par les déplacements du point de vue de l'utilisateur. Pour pouvoir définir ledit point de vue ainsi que ledit horizon virtuel, l'utilisateur peut être muni d'une paire de lunettes 19 comportant une boule 20 recouverte de feuille argentée, ladite boule étant susceptible d'être repérée par les capteurs 16 de la salle immersive. La position spatiale de la boule peut alors être facilement détectée ainsi que la direction de la vision de l'utilisateur. Le système de navigation 10 dans l'environnement virtuel selon l'invention comprend des moyens de captation de saisie d'une portion de l'environnement virtuel nécessaires pour simuler un déplacement de l'utilisateur dans ledit environnement virtuel. Lesdits moyens de captation de saisie permettent ainsi à l'utilisateur de sélectionner une portion de l'espace virtuel pour ensuite la manipuler en rotation autour d'un axe selon sa convenance. Pour modifier l'horizon en rotation de l'utilisateur, l'utilisateur doit donc initialiser une sélection de la portion d'environnement dans l'horizon de l'utilisateur, puis de faire glisser en rotation ladite sélection et ensuite de relâcher ladite sélection. Pour faciliter ladite navigation, lesdits moyens de captation de saisie sont liés aux mouvements de la tête de l'utilisateur. Les capteurs 16 sont aptes à détecter lesdits mouvements de la tête qui comprennent d'une part des mouvements de la face de l'utilisateur et d'autre part des mouvements dans l'espace de ladite tête. Les mouvements de la face de l'utilisateur peuvent comprendre par exemple un clin d'oeil ou un serrage des dents, une activation cérébrale, une grimace, c'est-à-dire une mimique ou un signe distinctif sur ladite face pour permettre une association entre ledit signe et une commande interprétable par l'unité de contrôle 18. L'utilisateur peut ainsi disposer de plusieurs commandes immanentes et interprétables par l'unité de contrôle 18. Les mouvements dans l'espace de la tête sont détectés également par les capteurs 16 de la salle immersive afin de pouvoir définir le point de vue ainsi que le champ de vison de l'utilisateur. Les informations de détection par lesdits capteurs sont ensuite transmises de manière préférentielle en temps réel par lesdits capteurs 16 à l'unité de contrôle 18 qui est apte à effectuer des calculs pour définir l'horizon virtuel de l'utilisateur et de contrôler les projections des images par les rétroprojecteurs. Selon la figure 2b, la portion de l'environnement virtuel sélectionnée est de manière préférentielle en face de la tête de l'utilisateur. L'utilisateur tourne donc sa tête vers ladite portion d'environnement. Selon les figures 2c et 2e, le système de navigation peut reconnaitre un premier mouvement de la face comme une commande d'activation ou d'initialisation de la sélection et un second mouvement de la face comme une commande de désactivation qui doit suivre une commande d'activation. Le mouvement d'activation 22 dans l'exemple présenté est une fermeture d'un ceil et le mouvement de désactivation 23 est l'ouverture du même ceil. Selon la figure 2d, entre la commande d'activation et la commande de désactivation, le système de navigation analyse les mouvements de la tête dans l'espace et particulièrement le pivotement de ladite tête autour de l'axe du corps 21. Le pivotement de la tête autour de l'axe du corps entraine une rotation de la portion d'environnement sélectionnée ainsi que de l'environnement visuel virtuel devant l'utilisateur. L'angle de rotation 24 est de manière préférentielle sensiblement égal à l'angle de pivotement 25 de la tête, cependant ledit angle de rotation peut être proportionnel à l'angle de la tête afin d'avoir un compromis entre une atténuation du mal du simulateur et une facilité à effectuer les mouvements de tête. Puis, ainsi que représentée dans la figure 2e, lorsque l'utilisateur déclenche la commande de désactivation, le système est apte à projeter des images d'un nouvel horizon devant l'utilisateur quand la tête revient depuis la position de pivotement vers une position normale. On entend par position normale de la tête une position médiane de ladite tête entre les positions extrêmes de pivotement à droite et à gauche. Ledit procédé de navigation comprend donc : -une étape de scrutation de la face de l'utilisateur. Cette étape se déroule de façon continue pendant toute la navigation de l'utilisateur dans la salle immersive. Pendant ladite étape de scrutation, les moyens de captage vérifient si l'utilisateur ne déclenche pas un mouvement d'activation 22 ou de désactivation 23. La fréquence de scrutation est naturellement fonction des moyens de captage mais elle peut être supérieure à 10hz, ce qui est largement pertinent pour capter les mouvements intentionnels de la part de l'utilisateur. Pendant l'étape de scrutation, l'unité de contrôle du système est apte à calculer et à commander les projetions des images d'environnement dans l'horizon de l'utilisateur. -une étape d'activation de la sélection. Ladite étape d'activation sélectionne une portion de l'environnement virtuel dans l'horizon de l'utilisateur. Les moyens de captage permettent de positionner le point de vue de l'utilisateur et l'horizon de l'utilisateur. -une étape de rotation de ladite portion d'environnement virtuel sélectionnée ainsi que de l'environnement virtuel. Ladite rotation est effectuée selon un axe vertical sensiblement orthogonal au plan du plancher 15 de la salle immersive et selon un angle 24 sensiblement égal à l'angle de pivotement de la tête 25 autour de l'axe du corps. -une étape de désactivation de saisie de l'environnement. Le système est alors apte à projeter le nouvel horizon de l'utilisateur quand la tête de l'utilisateur revient de la position pivotée vers la position normale. Les figures 2a, 2b, 2c, 2e, 2f représentent un exemple du procédé de modification en rotation de l'environnement virtuel devant l'utilisateur selon l'invention. Selon la figure 2a, l'utilisateur 11 navigue dans l'environnement virtuel le long d'une route et l'utilisateur aborde par exemple un virage. La tête de l'utilisateur est en position normale. Son horizon est donc disposé devant lui. Selon la figure 2b, l'utilisateur tourne la tête pour regarder la ligne de ladite route après le virage. Son horizon est alors modifié et prend en compte une portion d'environnement disposée dans la ligne de ladite route après le virage. Le système de navigation calcule et projette les images de la portion d'environnement disposée dans l'horizon de l'utilisateur. Selon la figure 2c, l'utilisateur déclenche l'activation de la sélection par un signe distinctif sur son visage. Ledit signe est détecté par les moyens de captage 16. La portion d'environnement disposée en face de l'utilisateur au moment de l'activation est alors sélectionnée. Selon la figure 2d, l'utilisateur peut alors tourner la tête et tirer en rotation la portion d'environnement sélectionnée. Selon la figure 2e, l'utilisateur déclenche la désactivation et la tête de l'utilisateur peut revenir à la position normale. Le système peut alors calculer et afficher un nouvel horizon devant l'utilisateur. L'horizon de l'utilisateur a ainsi effectué une rotation selon l'axe vertical selon un angle 24 égal à l'angle de pivotement 25 de la tête autour de l'axe du corps, ledit pivotement étant défini entre les moments de détection du mouvement d'activation 22 et de détection du mouvement de désactivation 23. La tête de l'utilisateur a effectué un pivotement entrainant la rotation de la portion de l'environnement virtuel et le cerveau perçoit de ce fait des informations de son système vestibulaire cohérentes avec celles estimées par le système visuel en vue de l'atténuation voire l'annulation du mal du simulateur. L'objectif de l'invention est atteint : le système de navigation et le procédé de navigation selon l'invention permettent de réduire voire d'annuler le mal du simulateur dans un déplacement en rotation de l'environnement virtuel, ce type de déplacement est le plus susceptible de produire le mal du simulateur. L'invention n'est cependant pas réduite au mode de réalisation présenté ci-avant et l'homme du métier saura apporter toute variante conforme à son esprit. Par exemple, l'environnement virtuel immersif peut comprendre un casque de navigation virtuelle qui comporte des moyens de captage des mouvements de la tête de l'utilisateur. REVENDICATIONS1. Système de navigation (10) dans un environnement virtuel immersif (12), comprenant une unité de contrôle (18) comportant des données d'environnement, des moyens de captage (16) de mouvements de la tête d'un 5 utilisateur, et des moyens de captation de saisie d'une portion de l'environnement virtuel dans l' horizon de l'utilisateur, Caractérisé en ce que le système est apte à modifier en rotation l'horizon de l'utilisateur selon un mode de commande lié au pivotement de la tête de l'utilisateur selon un axe du corps (21). 10 2. Système de navigation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de captation de saisie sont liés aux mouvements de la tête de l'utilisateur pour modifier ledit horizon de l'utilisateur consécutif à un mouvement de rotation de sa tête selon l'axe du corps (21). 3. Système de navigation (10) selon la revendication 2 caractérisé 15 en ce que les moyens de captation de saisie sont activés par un mouvement d'activation (22) d'une partie de la face de l'utilisateur. 4. Système de navigation (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de captation de saisie sont désactivés par un mouvement de désactivation (23) d'une partie de la face de l'utilisateur 20 consécutif au mouvement d'activation. 5. Système de navigation (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'horizon de l'utilisateur est modifié en rotation selon un angle (24) sensiblement égal à l'angle de pivotement (25) de la tête entre le mouvement d'activation et le mouvement de désactivation. 25 6. Système de navigation (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le mouvement d'activation (22) comprend un évènement lié à la tête déclenché par l'utilisateur. 7. Système de navigation (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le mouvement de désactivation (23) 30 comprend un évènement lié à la tête déclenché par l'utilisateur. 8. Système de navigation (10) selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'évènement lié à la tête est compris dans une liste comportant un clin d'oeil, un serrage des dents, une activation cérébrale, une grimace. 9. Procédé de navigation d'un système de navigation (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit procédé comprend : -une étape de scrutation du visage de l'utilisateur, -une étape d'activation de saisie de l'environnement devant l'utilisateur, -une étape de rotation dudit environnement lié au pivotement de la tête selon l'axe du corps, -une étape de désactivation de saisie de l'environnement.