Brevet FR3037180A1 — publié le 20161209

SYSTEME ET PROCEDE DE SIMULATION D'UNE CHAMBRE OPTOCINETIQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne un système et un procédé de simulation d'une chambre optocinétique, pouvant servir par exemple à la rééducation vestibulaire. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002]La demande de brevet FR2681528 décrit une boule optocinétique, susceptible de servir à la rééducation vestibulaire. La boule émet une pluralité de rayons lumineux projetés dans toutes les directions d'une pièce spécifiquement aménagée. La boule est une boule à facettes réfléchissantes éclairée par une source lumineuse extérieure à la boule. La source lumineuse est ajustable en intensité et en focalisation, de façon à faire varier l'intensité et la surface des points lumineux réfléchis. Pour fonctionner de façon efficace lors de la rééducation vestibulaire, la boule optocinétique doit être utilisée dans une pièce spécifiquement aménagée, ne comportant pas de coins, d'arêtes ou autre irrégularité de surface susceptible de créer un repère fixe identifiable par l'utilisateur lors de la phase de projection. Le type de pièce requis étant préalablement inexistant, les utilisateurs sont contraints de modifier des pièces existantes de façon importante et à grands frais, pour pouvoir pratiquer la rééducation vestibulaire. En outre, les pièces modifiées sont par la suite peu utilisables à d'autres fins, rendant les coûts de revient encore plus importants. [0003]Pour éviter les lourdes contraintes liées à l'utilisation des boules optocinétiques, la demande de brevet EP1701326 propose une technologie de 30 simulation optocinétique. Cette technologie concerne en particulier un système de 3037180 3 rééducation vestibulaire adapté au traitement des troubles de l'équilibre chez les individus atteints. L'équipement décrit peut également être utilisé dans le cadre du développement de compétences psychomotrices. Le procédé décrit utilise un casque de réalité virtuelle pour la mise en oeuvre d'une scène. Or, à l'époque du 5 dépôt de cette demande, les casques disponibles présentaient d'importantes limitations, tant par le champ de vision relativement restreint que par le manque d'isolation visuelle entre la scène projetée dans le casque et l'environnement extérieur au casque. Ce manque d'isolation a pour effet que l'utilisateur perçoit, en plus de la scène projetée, des éléments visuels de l'environnement. Ces éléments 10 visuels créent des repères visuels fixes pour l'utilisateur, et affectent considérablement l'efficacité du système pour une utilisation dans le cadre d'un traitement de rééducation vestibulaire. [0004] Les casques disponibles à l'époque de la publication de cette demande de 15 brevet présentaient tous d'importantes limitations techniques. L'un des premiers casques virtuels performants qui a été commercialisé est le « Victormaxx CyberMaxx 2.0 » sorti en 1995. Ce casque procure un champ visuel de 56 degrés horizontal et 42 degrés vertical. Le casque qui présentait la technologie la plus intéressante à ce moment était le « eMagin Z800 » sorti en 2005 avec un champ 20 visuel de 32 degrés horizontal et 24 degrés vertical. [0005]Ces casques, avec leurs limitations techniques, ne permettent pas de simuler une boule optocinétique de manière efficace, en particulier pour les cas de rééducation vestibulaire. 25 [0006]Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques. EXPOSE DE L'INVENTION [0007]Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un système permettant d'effectuer une simulation d'une chambre optocinétique, dans des High_sim_opto Jr 3037180 4 conditions telles que le traitement des patients atteints de troubles de l'équilibre puisse être optimisé. [0008]Un autre objet de l'invention vise à prévoir un procédé de simulation 5 permettant de remplacer une boule optocinétique effectuant une projection dans une pièce aménagée. [0009]Enfin, un autre objet de l'invention vise à diminuer globalement le coût des systèmes de projection optocinétique. 10 [0010]Pour ce faire, l'invention prévoit un système de simulation d'une chambre optocinétique utilisant un casque de réalité virtuelle susceptible d'être porté par un utilisateur, un poste de contrôle et surveillance pour permettre à un opérateur de contrôler et surveiller la simulation effectuée et les réactions de l'utilisateur du 15 casque, des instructions de mise en oeuvre de simulation optocinétique, un module de génération de données de projection optocinétique, un module de gestion de paramètres d'animation, ledit casque de réalité virtuelle étant conçu afin de générer un rendu dépourvu d'altérations visuelles susceptibles d'affecter l'efficacité de la simulation. 20 [0011]1De manière avantageuse, le système comprend par ailleurs au moins une caméra agencée dans le casque et adaptée pour effectuer une mesure en temps réel des mouvements oculaires de l'utilisateur du casque. 25 [0012]Egalement de manière avantageuse, le système comprend un module de calcul de vection de l'utilisateur, adapté pour détecter, à partir des mesures des mouvements oculaires obtenues, un mode d'entrée en vection. [0013]L'invention prévoit également un procédé de simulation d'une chambre 30 optocinétique utilisant un casque de réalité virtuelle porté par un utilisateur, un poste de contrôle et surveillance pour permettre à un opérateur de contrôler et surveiller la simulation effectuée et les réactions de l'utilisateur du casque, des High_sim_opto Jr 3037180 5 instructions de mise en oeuvre de simulation optocinétique, le procédé comprenant les étapes consistant à -préparer des données de projection à l'aide d'un module de données de projection optocinétique ; 5 -envoyer les données optocinétiques préparées d'une part aux érans du casque de réalité virtuelle de l'utilisateur et d'autre part au poste de contrôle et surveillance; -effectuer une projection des données de simulation sur les écrans dans un mode de départ ; 10 -effectuer une animation de la scène optocinétique. [0014]Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé utilisant par ailleurs un module de gestion des paramètres d'animation, ledit procédé comporte au moins une étape de modification des paramètres d'animation. 15 [0015]Selon encore un mode de réalisation avantageux, les déplacements oculaires de l'utilisateur sont détectés par au moins une caméra agencée dans le casque, et traitées par un module de calcul de vection. 20 DESCRIPTION DES FIGURES [0016]Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 9, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles: 25 - la figure 1 est un organigramme représentant le procédé objet de l'invention de manière simplifiée ; - la figure 2 est un organigramme illustrant le procédé avec paramètres modifiés; - la figure 3 est un organigramme représentant la mise en oeuvre du procédé avec caméra; High_sim_opto Jr 3037180 6 - la figure 4 est un organigramme illustrant une variante de mise en oeuvre du procédé; - la figure 5 est une représentation schématique d'une scène de projection optocinétique à un utilisateur portant un casque de projection; 5 - les figures 6, 7a et 7b exposent différents exemples d'images visuelles, telles qu'elles sont visibles sur un écran d'ordinateur, sachant que le port du casque de réalité virtuelle permet aux yeux de l'utilisateur de procéder à une fusion de ces deux images appelé vision binoculaire. - les figures 8 et 9 illustrent schématiquement des exemples de rendu visuel 10 perceptible lors du port du casque de réalité virtuelle par l'utilisateur. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0017]Le système et le procédé selon l'invention sont avantageusement prévus pour fonctionner avec le casque de réalité virtuelle « Oculus Rift » conçu par 15 « Oculus VR ». [0018]L'appareil se présente sous la forme d'un masque recouvrant les yeux et qui peut être attaché au visage par une sangle fermée à l'arrière du crâne. Un écran plat numérique est placé à quelques centimètres en face des yeux, perpendiculairement à l'axe du regard. Cet écran affiche une 20 image stéréoscopique déformée numériquement afin d'inverser la distorsion optique créée par deux lentilles situées en face de chaque oeil, dans le but d'augmenter le champ visuel et la définition en face de la fovéa. L'écran est placé sur le plan focal de ces lentilles, de telle sorte que l'image virtuelle ainsi créée se trouve projetée à l'infini. Divers capteurs (gyroscope 3 axes, accéléromètre, 25 magnétomètre et caméra infrarouge) permettent de détecter les mouvements de tête de l'utilisateur, cela permet d'adapter en temps réel l'image projetée sur l'écran, afin de produire l'illusion d'une immersion dans la scène restituée. Il met en avant trois différences notables par rapport aux systèmes de casques de réalité virtuelle précédemment expérimentés : High_sim_opto Jr 3037180 7 - le recouvrement du champ visuel, qui est élargi à plus de 100 degrés. Cette particularité permet d'avoir une stimulation plus prégnante de la rétine périphérique, ce qui est indispensable pour faciliter la recherche de vection (sensation de mouvement inverse de soi-même par rapport au flux visuel exposé, 5 utilisé par exemple en rééducation vestibulaire). - l'isolement visuel procuré par I' « Oculus Rift » est excellent, ce qui offre à la réalité virtuelle, un niveau d'immersion inédit, puisque le sujet ne se trouve plus face à la scène projetée, mais entouré par celle-ci avec un dispositif fermé pour être presque complétement isolé de l'extérieur, 10 - le temps de latence est très court (au maximum 40 ms) dans le suivi des mouvements de la tête grâce à une technologie plus mature, ce qui augmente encore les capacités d'immersion (paramètres : taux de rafraichissement à 75 Hz pour les écrans, la présence d'une caméra de suivi de positionnement de la tête et d'orientation de la tête, amélioration de l'ensemble des capteurs de mouvements 15 de la tête : accéléromètre, gyroscope et magnétomètre). [0019]Tel que l'illustre l'organigramme de la figure 1, le procédé est enclenché par l'opérateur et se déroule comme suit : - le thérapeute lance le logiciel sur l'ordinateur auquel est relié le casque de réalité 20 virtuelle. - le logiciel prépare les données à envoyer audit casque 10. - les données visuelles sont envoyées et affichées sur les écrans du casque et de l'ordinateur 20. Elles représentent une trame d'éléments visuels pouvant correspondre par exemple à des points ou à une texture (comme on peut le voir 25 dans l'exemple de la figure 9) qui se répète de manière horizontale et/ou verticale sur un plan 2D ou 3D ne permettant pas de fixation visuelle lorsqu'elle est mise en mouvement (figures 7a et 7b). - la projection des données visuelles se fait dans un mode départ, c'est-à-dire sans mouvement de la scène visuelle 30. 30 - l'animation de cette scène visuelle est ensuite lancée 40. Elle peut être orientée dans n'importe quelle direction, par exemple, horizontale (figure 7a) ou verticale (figure 7b). High_sim_opto Jr 3037180 8 - la session est arrêtée soit parce que le temps est écoulé, soit parce que le patient présente des intolérances aux stimulations visuelles. [0020]Tel qu'on le voit à la figure 2, le procédé peut être mis en oeuvre avec des 5 paramètres modifiés en temps réel 50 dès lors que l'animation visuelle est lancée, et se déroule par exemple comme suit : - modification de la vitesse de défilement ; - modification de la direction de défilement des éléments visuels ; - modification de la luminosité du fond de la scène visuelle ; 10 -modification de la luminosité des éléments de l'animation (par exemple des points et/ou des textures) ; - changement des éléments de l'animation visuelle ; - changement de taille des éléments de la scène visuelle ; - changement de la scène de 2D à 3D, ou inversement. 15 [0021]Suite à la modification d'un ou plusieurs des paramètres, le logiciel envoie les nouvelles données visuelles calculées au casque de réalité virtuelle 60. [0022] La figure 3 représente la mise en oeuvre du procédé lors de l'utilisation d'au 20 moins une caméra implantée dans le casque. Une fois que l'animation visuelle est lancée, un enregistrement vidéo des mouvements des yeux est effectué par une caméra infrarouge située à l'intérieur du casque de réalité virtuelle 65. [0023] Le procédé se déroule de la façon suivante : 25 - les images sont envoyées au logiciel en temps réel ; - leur analyse par le dit logiciel permet l'évaluation quantitative des mouvements saccadiques des yeux, générés par le défilement de la scène visuelle, que l'on appelle nystagmus optocinétique 68. - l'entrée en vection du patient peut ensuite être détectée par l'analyse dudit 30 réflexe optocinétique par le logiciel. - lorsque le patient parvient à rentrer en vection, la fréquence du nystagmus optocinétique diminue. Dans ce dernier cas, la modification des paramètres de la High_sim_opto Jr 3037180 9 scène visuelle peut être envisagée pour poursuivre la recherche de vection ou cesser la session. [0024]La figure 5 illustre le procédé de simulation d'une chambre optocinétique 5 dont les principaux éléments sont les suivants : - le patient place le masque de réalité virtuelle sur sa tête de manière à ce que ses yeux se retrouvent face aux écrans dudit casque. - le casque dispose de réglages manuels pour, d'une part, optimiser son maintien sur la tête et, d'autre part, isoler la vision du patient des informations visuelles 10 extérieures. - le patient peut être en position assise ou debout avec ou sans support. - le casque est relié à l'ordinateur générant le logiciel utilisé. - le thérapeute dispose d'un outil pour régler les différents paramètres de la scène visuelle. 15 [0025]La figure 6 représente les éléments visuels du casque de réalité virtuelle. Ces éléments sont représentés par des points qui sont mis en mouvement vertical, dans le but d'obtenir un défilement de la scène visuelle du haut vers le bas ou inversement. Les figures 7a et 7b illustrent les éléments visuels 20 représentés par des points qui sont mis en mouvement horizontal de manière à ce que l'on obtienne un défilement de la scène visuelle de droite à gauche ou inversement. [0026]La figure 8 représente les éléments perceptibles visuellement par le patient 25 portant le casque. Le patient voit dans le casque de réalité virtuelle une scène visuelle 2D ou 3D (sans repère visuel fixe comme des arêtes, des facettes ou autres ancrages visuels possibles) composée d'un fond visuel qui contraste avec une succession de points répétés. 30 [0027]La figure 9 illustre une variante de réalisation de la figure 8, dans laquelle le rendu visuel perçu par le patient est texturé. Le patient voit dans le casque de réalité virtuelle une scène visuelle 2D ou 3D (sans repère visuel fixe comme des High_sim_opto_fr 3037180 10 arêtes, des facettes ou autres ancrages visuels possibles) composée d'une texture répétée horizontalement et verticalement sur toute la scène visuelle. [0028] Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes 5 viennent d'être décrites en relation avec des exemples particuliers de simulation dans lesquelles certains motifs ou textures sont présentés. [0029] Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variantes, on lo prévoit d'autres formes de base, et/ou d'autres agencements, et/ou d'autres modes de déplacement. [0030] Le système et le procédé sont décrits en relation avec le casque « Oculus Rift », mais d'autres casques récents ou à venir sont susceptibles d'être utilisés. 15 High_sim_opto Jr REVENDICATIONS1. Système de simulation d'une chambre optocinétique utilisant un casque de réalité virtuelle susceptible d'être porté par un utilisateur, un poste de contrôle et surveillance pour permettre à un opérateur de contrôler et surveiller la simulation effectuée et les réactions de l'utilisateur du casque, des instructions de mise en oeuvre de simulation optocinétique, un module de génération de données de projection optocinétique, un module de gestion de paramètres d'animation, ledit casque de réalité virtuelle étant conçu afin de générer un rendu dépourvu d'altérations visuelles susceptibles d'affecter l'efficacité de la simulation. 2. Système de simulation d'une chambre optocinétique selon la revendication 1, comprenant par ailleurs au moins une caméra agencée dans le casque et adaptée pour effectuer une mesure en temps réel des mouvements oculaires de l'utilisateur du casque. 3. Système de simulation d'une chambre optocinétique selon la revendication 2, comprenant par ailleurs un module de calcul de vection de l'utilisateur, adapté pour détecter, à partir des mesures des mouvements oculaires obtenues, un mode d'entrée en vection. 4. Procédé de simulation d'une chambre optocinétique utilisant un casque de réalité virtuelle porté par un utilisateur, un poste de contrôle et surveillance pour permettre à un opérateur de contrôler et surveiller la simulation effectuée et les réactions de l'utilisateur du casque, des instructions de mise en oeuvre de simulation optocinétique, le procédé comprenant les étapes consistant à : -préparer des données de projection à l'aide d'un module de données de projection optocinétique ; -envoyer les données optocinétiques préparées d'une part aux écrans du casque de réalité virtuelle de l'utilisateur et d'autre part au poste de contrôle et surveillance; -effectuer une projection des données de simulation sur les écrans dans un mode High_sim_opto Jr 3037180 12 de départ ; -effectuer une animation de la scène optocinétique. 5. Procédé de simulation d'une chambre optocinétique, selon la revendication 4, utilisant par ailleurs un module de gestion des paramètres d'animation, ledit procédé comportant au moins une étape de modification des paramètres d'animation. 6. Procédé de simulation d'une chambre optocinétique selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les déplacements oculaires de l'utilisateur sont détectés par au moins une caméra agencée dans le casque, et traitées par un module de calcul de vection. High_sim_opto Jr