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“À terme, les dispositifs de réalité virtuelle seront directement interfacés avec les progiciels”
Par La rédaction, publié le 04 octobre 2016
La réalité virtuelle prend des formes très concrètes en entreprise. Baisse des coûts et impact des jeux vidéo se conjuguent pour banaliser ces technologies dans des cas d’usages très variés. Entretien avec Philippe Fuchs, professeur à l’école des Mines ParisTech, et Matthieu Lépine, président de l’AFRV (Association française de réalité virtuelle, augmentée, mixte et d’interaction 3D).
Comment peut-on définir la réalité virtuelle et quelles différences avec la réalité augmentée ?
Philippe Fuchs : La finalité de la réalité virtuelle — RV— est de permettre à une ou plusieurs personnes une activité sensorimotrice et cognitive dans un monde artificiel créé numériquement. Ce dernier peut être imaginaire — c’est souvent le cas dans les jeux —, symbolique — pour représenter des molécules par exemple —, ou simuler certains aspects du monde réel — comme un poste de travail industriel. La notion de monde artificiel doit être maintenant étendue. Ces environnements virtuels peuvent inclure des images issues de caméras 360°, ce qui commence à être le cas dans le domaine cinématographique. Dans les jeux vidéo, l’activité sensorimotrice, physique, reste limitée, même si la Kinect, la Wiimote et encore plus la dernière génération de visiocasques (HTC Vive…) rendent ces jeux plus immersifs, plus physiques. En RV, les deux notions importantes sont l’immersion et l’interaction.
Matthieu Lépine : Formellement, la réalité virtuelle est la simulation d’un environnement réel ou imaginaire dans lequel un utilisateur est totalement immergé. Ce dernier peut interagir avec cet environnement, notamment en manipulant des objets. Par immersion, on entend une approche pluri-sensorielle : visuelle, auditive, parfois tactile, à travers la proprioception musculaire (avec des interfaces à retour d’effort), kinesthésique (avec des interfaces à simulation de mouvement) et, beaucoup plus rarement, olfactive. Cet environnement est recalculé en temps réel et en 3D pour suivre les mouvements de l’utilisateur. La réalité virtuelle dépasse des approches comme le cinéma immersif actuel qui suppose que l’utilisateur ne commande pas de déplacement en dehors des mouvements de sa tête. De son côté, la réalité augmentée repose sur l’ajout d’informations numériques ou d’objets virtuels à un environnement réel. Les approches comme les technologies sont donc très différentes. Mais sur le terrain, des cas d’usage mixent les deux technologies.
Quand sont apparus les prémices de la réalité virtuelle ?
PF : Sans remonter aux origines, la R&D a vraiment démarré à partir des années 1990 pour se concrétiser dans des applications professionnelles dès les années 2000. En France en 1993, l’entreprise Virtools a développé un logiciel éponyme largement utilisé dans le monde industriel durant les années 2000 à 2010. La société a ensuite été rachetée par Dassault Systèmes. D’autres start-up se sont développées à partir des années 1995, comme Haption, la référence mondiale pour les interfaces à retour d’effort, ou encore Immersion, créée en 1994. Sur le terrain, les usages se sont progressivement étendus et, outre l’industrie, concernent depuis des années la santé, l’urbanisme, le marketing… Aujourd’hui, grâce au marché des smartphones, le coût de fabrication des écrans de petite taille avec une densité de pixels suffisante pour la RV a fortement baissé. Une tendance qui annonce une démocratisation des usages.
ML : Les premiers systèmes immersifs multimodaux apparaissent dans les années 1950 avec le Sensorama. Dans les années 1960, une autre approche basée sur les casques émerge, avec entre autres Ivan Sutherland. Ce dernier met au point le premier casque de RV en 1968. Dans les années 1980, une vague d’outils de CAO s’implante dans les entreprises (*). Mis au point notamment par Dassault Systèmes, ces outils de conception s’améliorent au fil du temps. Des améliorations qui ont profité de l’écosystème du jeu vidéo. Les bibliothèques open source ou encore les moteurs de rendu 3D en temps réel, initialement développés pour le jeu, sont exploités par des logiciels professionnels. Dans les années 1990, un dispositif baptisé Cave est présenté à Siggraph par l’Université de l’Illinois. Équipé de lunettes et de capteurs, l’utilisateur se déplace et interagit avec les objets. Ces mouvements et son champ de vision sont recalculés en temps réel.
Quels sont les acteurs majeurs du domaine aujourd’hui ?
PF : On peut distinguer trois domaines avec leurs acteurs : les jeux vidéo, le marché plus limité des applications professionnelles et celui, émergent, de la RV vidéo pour le cinéma et l’audiovisuel. Depuis les années 1990, les acteurs du jeu sont moteurs pour le développement des technologies matérielles comme logicielles. Logique, car les investissements pour faire des interfaces low cost se comptent au minimum en centaines de millions de dollars. Depuis quelques années, les développements et la commercialisation des interfaces sensorielles comme motrices (visiocasques, manettes…) reposent quasi exclusivement sur les entreprises internationales telles Google, Microsoft, Facebook et Samsung.
ML : Les mondes académique et industriel continuent de profiter des innovations de celui du jeu. Lancée en 2006 par Nintendo, la Wiimote, pour un coût d’une cinquantaine d’euros, a facilité de nombreuses expérimentations. De leur côté, les industriels ont structuré leur activité dans ce domaine. Airbus, par exemple, a créé son propre labo de recherche. Plus globalement, la complexité des technologies suppose de travailler en commun. Dans cet esprit, l’Association française de réalité virtuelle, augmentée, mixte et d’interaction 3D (AFRV) a été créée en 2005. Cette association loi 1901 fédère la communauté française, académique et industrielle, sur ces sujets. Elle regroupe aujourd’hui la quasi-totalité des acteurs français, académiques, industriels, ou plus largement utilisateurs, fournisseurs et étudiants du domaine. Lieu de rencontre, l’association s’étend vers le monde francophone. Elle ne mène pas de projet opérationnel, mais se veut un lieu de rencontre et de développement du domaine. Exemple, un groupe de travail vient de lancer une « Initiative de normalisation Réalité Augmentée » à l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute).
Quelles sont les applications de réalité virtuelle déployées aujourd’hui en entreprise ?
PF : Depuis les années 2000, des applications sont déployées dans plusieurs secteurs d’activité. Les transports dans leur globalité (auto, train, avion, bateau), sont des secteurs en pointe pour les usages, pour former les marins dans les ports par exemple. Pour l’industrie manufacturière, les champs d’application sont principalement l’aide à la conception de produits et l’évaluation de ces derniers testés virtuellement par le futur client. La santé, avec deux pôles majeurs — formation des chirurgiens et thérapies psychiatriques, cognitives, sensorimotrices — est également rompue à ces usages depuis des années. Au niveau transverse, la formation des professionnels, surtout pour l’apprentissage de gestes techniques et de protocoles de sécurité, s’est développée par exemple à la SNCF pour apprendre aux conducteurs de TGV la manipulation d’un aiguillage en cas de panne. Le marketing, l’urbanisme et l’architecture, le domaine militaire et les géosciences, surtout le secteur pétrochimique, utilisent également la réalité virtuelle. Plus marginal, des secteurs comme l’archéologie, les arts numériques, les expérimentations scientifiques, dont celles sur l’étude de l’être humain, sont également concernés.
ML : Globalement, on peut rassembler les cas d’usages dans quatre familles. Historiquement, la première d’entre elles concerne le design ou la conception. Les constructeurs automobiles utilisent depuis des années des environnements virtuels pour tester les mouvements du conducteur dans l’habitacle. Tous les grands acteurs du transport sont utilisateurs. La réalité virtuelle est également employée dans l’assemblage et le montage de composants électroniques ou mécaniques. Plus récentes, de nombreuses applications de formation ou de maintenance l’exploitent. Dernière grande famille, tout ce qui concerne l’aide à la vente profite de ces outils. Un agent immobilier peut vous faire visiter votre appartement vendu sur plan, voire déplacer les meubles.
Quel est le niveau d’intégration de la réalité virtuelle avec les systèmes d’information des entreprises ?
PF : La réalité virtuelle permet de suivre un produit de sa conception jusqu’à son recyclage. Pour ce faire, la maquette numérique du produit doit être référencée dans les systèmes d’information. Quelques rares entreprises, dans le transport et l’ingénierie par exemple, ont déjà mis en place des applications de RV pour suivre à distance la construction d’une usine. Ce qui impose une mise à jour des données par tous les intervenants, techniciens sur le chantier comme concepteurs à distance. Mais il reste encore beaucoup de travail de réflexion à mener du bon usage de la RV pour une intégration efficace avec les systèmes d’information. Dans le domaine de l’architecture et de l’urbanisme, la modélisation des données via le BIM (Building Information Modeling) va progressivement s’imposer, et ce processus sera banalisé dans quelques années.
ML : Nous n’en sommes qu’au début. À terme, les dispositifs seront directement interfacés avec les outils de PLM, avec les ERP, et plus largement avec toutes briques des SI concernées. Ils s’intégreront dans les processus de production comme dans ceux portant sur la relation client. Pour l’heure, les intégrations effectives sont rares, mais existent. Alstom, pour la construction des TGV et tramways, a mis en place des outils de RV qui interagissent directement avec ses logiciels de PLM.
Que peut-on attendre des visiocasques et autres dispositifs ?
PF : Les visiocasques qui vont être mis sur le marché en 2016 sont des interfaces visuelles avec des potentialités intéressantes. Mais ils restent limités par rapport aux capacités de l’œil humain. La résolution des écrans est faible et le champ de vision limité à 100° environ, quand celui de l’œil humain est de 210°. Seule exception, le futur visiocasque Star VR proposera cette ouverture. Autre défi , il faudra adapter le champ de vision à toutes les morphologies et à toutes les spécificités ophtalmologiques des utilisateurs. L’introduction de capteurs reconstruisant en temps réel l’environnement proche de l’observateur, surtout pour les casques de réalité augmentée, et le tracking des yeux sont aussi attendus. Des prototypes existent déjà. Une autre limite concerne le comportement sensorimoteur de l’usager dans un environnement virtuel qui a des caractéristiques différentes que dans le monde réel. Suivant les applications, des incohérences sensorimotrices se produisent, dont la plus connue est la visuo-vestibulaire, qui peuvent être source d’inconfort, voire de malaise ou de nausée (**). Les effets psychiatriques comme la sécurité par rapport à l’environnement proche de l’utilisateur sont également des aspects à prendre en compte. Reste que la démocratisation des casques de RV pour le grand public va booster les professionnels qui vont se poser la question de l’utilisation de ces technologies dans leur domaine. Des questions qui, au-delà du visiocasque, portent sur le besoin professionnel. Il reste souvent difficile de faire le tri entre toutes les annonces commerciales et les véritables apports de la RV. Mines ParisTech propose une méthodologie « Modèle 3I² » pour aider les professionnels à déterminer si des applications RV ou RA peuvent être utiles pour leurs besoins.
ML : Techniquement, il faut lever encore quelques verrous. Notamment pour la prise en compte en temps réel de tous les types d’interaction entre l’utilisateur et son environnement. Au vu des dernières avancées et de la puissance de calcul disponible, ces verrous sont en passe d’être dépassés. Plus sensible, la banalisation de la réalité virtuelle dans les entreprises implique de sécuriser les données produites. La maquette virtuelle du dernier moyen-courrier d’Airbus comporte toutes les informations stratégiques nécessaires pour qu’un concurrent s’approprie ce modèle. Autre frein, la réglementation actuelle n’est pas toujours adaptée. Pour ce domaine émergent, la perception des effets de la réalité virtuelle sur l’humain n’est pas non plus bien cernée. On ne connaît pas bien les effets cognitifs du passage par un environnement virtuel. Mais 2016 devrait être l’année où la réalité virtuelle se développera concrètement dans le monde industriel. En entreprise, les cas d’usages sont identifiés. Il reste le passage à l’industrialisation par l’intégration dans les processus métier. Question dispositif, le casque va perdurer, mais laisser une place beaucoup plus grande à d’autres technologies tels que les murs d’images de type « Cave ». Le casque a démocratisé la RV, les murs d’images immersifs vont se généraliser pour aller plus loin.
Propos recueillis par Patrick Brébion
* Volume 4 du Traité de la réalité virtuelle, P. Fuchs, éditeur Les Presses des Mines
** Les Casques de réalité virtuelle et de jeux vidéo, P. Fuchs, éditeur les Presses des Mines
