1 aperçu des systèmes de rv actuels branzan-albu et d. laurendeau dép. de génie électrique et...

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Aperçu des systèmes de RV actuels

Branzan-Albu et D. Laurendeau

Dép. de génie électriqueet de génie informatique

Université Laval

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Quelques statistiques En 1991: aucune application

commerciale de la RV En 2000: environ 2700 utilisateurs

dans le monde En 2002: quelques centaines de

milliers d’utilisateurs. Ceci est très peu si l’on considère le

nombre d’utilisateurs d’ordinateurs

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? La VR n’est pas plus répandue

pour plusieurs raisons: Manque d’applications vedettes

(« killer apps ») Limitations des équipements Méfiance du marché

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Domaines principaux Domaines principaux

Médecine Éducation, arts, divertissement Domaine militaire

Domaines en émergence Conception en génie et génie

industriel Robotique (téléopération) Visualisation de données

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Applications médicales Anatomie:

Visible Human Project: corps humain entièrement numérisé [Lorensen 2001]

Anatomic VisualizeR [USUHS]: dissection et exploration du Visible Human

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Applications médicales (2) Diagnostic

Cancer de la prostate (DRE) Examens endoscopiques

(colonoscopies, bronchoscopie (Immersion Inc.) , angioplastie)

Chirurgie CathSim [Immersion Medical Inc]:

insertion de catheters

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Applications médicales (3) Chirurgie minimalement invasive (CMI)

MIST-VR [Virtual Presence - 1990] pour simuler la laparoscopie

Selon des études de performance l’entraînement avec MIST serait très efficace

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Applications médicales (4) SKALPEL-ICT [Schwartz - Harrison – Branzan-

Laurendeau]: modélisation des tumeurs du foie pour le traitement par cryothérapie

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Applications médicales (5) Réhabilitation

Rutgers Ankle: Pilotage d’un avion avec le pied pour la

rééducation de la cheville Psychologie et apprentissage cognitif

Phobies (Georgia Int. of Tech.: peur de l’avion)

Déficits cognitifs: USC Virtual teacher

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Education et arts CyberMath (Royal Int. Of Tech.

Suède): EV pour l’enseignement des

mathématiques Virtual Physics Lab. (U. of

Houston): Enseignement de la physique

Newtonnienne

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Education et arts (2) NICE (Narrative-based Immersive

Constructionist/Collaborative Environments) : apprentissage des jeunes enfants (virtual garden)

Virtual Heritage Digitalo Design Inc. Cathédrale Notre-

Dame virtuelle

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Education et arts (3) Jeux vidéos:

Tomb Raider (Edios Interactive) StarCraft (Blizzard Entertainment) JumpZone! (Illusion Systems Inc.

Maintenant disparue du marché): simulateur de saut en parachute...

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Domaine militaire Simulateurs pour soldats inviduels:

Virtuel Stinger Trainer (TNO Physics and Elect. Lab – Hollande 1999)

Dôme de projection de 20m de diam. HMD et système de tracking magnétique Lance-roquette sol-air simulé Utilisé par plusieurs corps d’armée dans

le monde

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Domaine militaire (2) Simulateur de déminage

(Département de la défense – France) Phantom avec retour d’effort lorsqu’une

mine est trouvée lors de l’exploration de l’environnement

HMD avec tracking de la tête Mine virtuelle

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Domaine militaire (3) Simulateur pour entraînement de

leadership pour commandant de pelotons (USC – Institute for Creative Technologies) Simulation d’un accident de la route

survenant pendant une opération en milieu urbain lors d’une émeute

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Domaine militaire (4) Simulateurs pour bataillons et

compagnies SIMNET (DARPA)

terrain d’opération de 50 x 75 km en Europe centrale et étendu au Koweit par la suite

200 simulateurs de tanks SIMNET remplacé par CCTT (Close

Combat Tactical Trainer)

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Domaine militaire (5) Applications dans la marine

VESUB pour l’entraînement à la commande d’un sous-marin [US Naval Submarine School-2001]

HMD avec possibilité de zoom pour simuler les jumelles et tracker pour la tête

Son du vent et d’autres sources audio reproduites dans des écouteurs

Affichage du modèle marin

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Domaine militaire (6) Applications dans la marine

Entraînement au tir naval [British Royal Navy – 2001]

Permet aux artilleurs de s’exercer au tir d’artillerie de canon de 20 mm réels montés sur le pont d’un navire de guerre

HMD – Kaiser Electro Optics, tracker pour la tête (Intersense IS-900)

Pentium 1-GHz dual-processor avec accélérateur graphique NVIDIA GeForce 2

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Domaine militaire (7) Applications dans l’aviation

Unit Simulator [USAF Research Lab - 2002]

Simulateur de A10 Cockpit réel avec affichages frontal et latéraux Possibilités de simulation réseau Poste pour l’entraîneur

Mako Aircraft Simulator [2001]: Pilote avant en position similaire à celle

dans le simulateur du A10 Pilote arrière immergé dans un cockpit

virtuel

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Domaine militaire (8) Applications dans l’aviation

Distributed Mission Planning [USAF Research Lab 2002]:

Environnement de simulation distribué Inclut des chasseurs, des AWACS et des

avions ennemis Architecture LAN, WAN Maintenant étendu au projet Joint

Simulation Systems (JSIMS) et utilise le C++ et est basé sur des stations PC-standard.

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Domaine manufacturier Prototypage rapide et vérification

FreeForm [SensAble Tech. - 2002]: Prototypage rapide et design d’objets complexes:

Manipulation de pâte à modeler virtuelle avec une interface haptique

Virtual Assembly Design Environment (VADE) [Jarayam - 1999]

Vérification de l’assemblage de pièces manufacturées via une interface haptique

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Domaine manufacturier (2) Conception d’instruments et ergonomie

VirtualANTHROPOS at ERGONAUT [Fraunhofer Institute for Industrial Engineering - 2000]

Etude de l’ergonomie des tracteurs et autres systèmes

Task Analysis Toolkit [Electronic Data Systems - 2002]

Plus sophistiqué que VirtualANTHROPOS car permet des calculs de charges sur le bas du dos, etc.

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Domaine manufacturier (3) Conception et implantation

d’usines VR based authoring environment

[Fraunhofer Institute for Industrial Engineering - 1997]

Édition d’environnements d’usines et simulation de flux de matériaux

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Domaine manufacturier (4) Formation de personnel et

fabrication Motorola Pager Assembly Line [Adams

Consulting - 1996] Outil d’entraînement pour l’assemblage

de pagettes. Low-tech (PC 66 MHz), mais efficace car l’efficacité des travailleurs était grandement améliorée (6 fois moins d’erreurs d’assemblage).

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Domaine manufacturier (5) Marketing

Virtual Showroom [Peugeot /Citröen – 1999] Salle de montre de voitures virtuelle en 3D

Virtual Store [Facit – 1995]: Promenade dans un commerce virtuel avec

visualisation des étagères Facit a mis au point Sense8, un

environnement de conception d’environnements virtuels avec ses produits de développement cross-plate-forme WorldToolkit et WorldUp

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Domaine manufacturier (6) Robotique

Multimodal Teaching Advisor [NTT –1996] Aide à la manipulation et à la programmation d’un

robot soudeur (seam welding) VR4 [Fraunhofer Institute for Manufacturing

Engineering and Automation – 1996] Environnement de programmation d’un robot

d’assemblage pour lequel le programmeur peut, via une interface, visualiser l’environnement de travail du robot afin de programmer les trajectoires et les gestes nécessaires à l’assemblage automatique

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Domaine manufacturier (7) Téléopération

Robot-pompier [Ministry of International Trade Industry (MITI-Japon) - 1993]

Permet d’observer le lieu d’un incendie avec une caméra et de téléopérer un robot dans un environnement virtuel offrant un meilleur feedback visuel que le site réel (notamment à cause de la présence de fumée)

La NASA a mis au point un système similaire mais plus performant parce que doté de plusieurs caméras.

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Domaine manufacturier (8) Téléopération avec délais de

transmission Systèmes robotisés de la NASA et JPL

pour la téléopération des véhicules spatiaux (Pathfinder, etc.)

Avantages : un robot virtuel permet de prédire le comportement du robot réel malgré les délais de transmission et, dans certains cas, permet aux systèmes avec retour d’effort de fournir une information plus stable

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Domaine manufacturier (9) Commande supervisée

Système de commande de robot réel avec couche de simulation intermédiaire [Institute for Robotics Research – Dortmund - 2002]:

L’utilisateur commande un robot virtuel via un système de reconnaissance de gestes et la commande est transmise au robot réel sans que l’utilisateur sache que l’opération réelle s’effectue

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Domaine manufacturier (10) Visualisation de données

Seismitarium [Phillips Petroleum - 2000]

Système de visualisation de donnée sismiques pour la prospection pétrolière

Visualisation de données volumétriques Applications médicales [TeraRecon

Inc. - 2002] Visualisation de données 3D médicales

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Conclusion1. La réalité virtuelle prend

graduellement sa place sur le marché2. Mis à part les jeux, qui ne sont pas

réellement de la RV, les applications commerciales sont encore relativement modestes

3. Les applications commerciales ne sont pas génériques, mais solutionnent des problèmes bien précis dans des domaines également très ciblés

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Conclusion (2)4. La pénétration relativement modeste

de la RV sur le marché s’explique par: Le coût élevé des solutions proposées Le limitations imposées par la technologie L’absence d’accès réseau haute vitesse à

prix abordable pour le grand public Le manque d’outils génériques et le

manque de base théorique stable pour le développement de produits faciles à améliorer et pour lesquels la maintenance est également aisée