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Réalité virtuelle

12/05/2016

Six-Finger Illusion : pour mieux comprendre la perception de notre corps et de notre avatar.

Inria - J.C. Moschetti © Inria - J.C. Moschetti

Peut-on créer l’illusion que notre main droite possède six doigts ? Plus généralement, peut-on croire à des changements structurels de notre corps en réalité virtuelle ? Quels sont les mécanismes d’appropriation de notre corps virtuel : de notre « avatar » ? Et si notre avatar virtuel diffère de nous, comment ces différences sont-elles perçues, et comment peuvent-elles influencer la perception de soi, voire son propre comportement ? Des questions auxquelles se sont intéressées les équipes Hybrid et MimeTIC du Centre de recherche Inria Rennes – Bretagne Atlantique, grâce à la mise en place d’une nouvelle plate-forme expérimentale.

Une nouvelle plate-forme expérimentale de réalité virtuelle sur l’ « incarnation virtuelle » et l’avatar

Afin de pouvoir étudier cette problématique, les équipes Hybrid et MimeTIC ont développé une plate-forme expérimentale originale de réalité virtuelle grâce à laquelle l’utilisateur, équipé d’un visiocasque de réalité virtuelle, peut observer son corps virtuel (son « avatar »), et notamment ses mains (virtuelles). Ces mains peuvent être affichées avec des propriétés égales ou différentes de ses propres mains. En particulier, dans le cadre de ce projet, il a été introduit et simulé la présence d’un 6ème doigt sur la main droite, pour étudier comment cette main, radicalement et structurellement différente, est assimilée par l’utilisateur comme si c’était la sienne.

Des premiers résultats probants

Cette étude montre que les participants s’approprient très bien cette main virtuelle alors que celle-ci présente une différence structurelle prononcée par rapport à leur main réelle.
Les techniques utilisées pour « générer l’illusion du sixième doigt » semblent bien fonctionner. Nous observons par exemple une bonne réponse comportementale des participants :  lorsqu’on leur demande de soulever leur sixième doigt virtuel, plus de 95% d’entre eux tentent effectivement de bouger la main et un doigt réel (le plus souvent l’annulaire). Les questionnaires montrent également de bons résultats subjectifs : les participants éprouvent un fort sentiment de contrôle de ce sixième doigt, et un fort sentiment d’appropriation de cette main à six doigts.

Comprendre la perception, la représentation et l’appropriation de son corps en réalité virtuelle

Les questions fondamentales de la perception, de la représentation, et de l’appropriation de son corps sont, depuis peu, revisitées grâce aux technologies de réalité virtuelle. Celle-ci permet de simuler et de tester des situations expérimentales très originales dans des conditions parfaitement bien contrôlées et sécurisées.
Ainsi, depuis quelques années, grâce au perfectionnement et à la démocratisation de ces technologies, des résultats nouveaux et surprenants ont été publiés sur la notion d’incarnation virtuelle ou  « virtual embodiement » en anglais. On peut notamment citer les travaux de Mel Slater (Univ Barcelone, Espagne),  de Jeremy Bailenson (Univ Stanford, USA) ou de Betty Mohler (Max Planck Institute).
Cette étude se situe dans ce mouvement. Mais son originalité réside dans le fait qu’elle a permis de simuler de manière réaliste une modification structurelle majeure du corps en réalité virtuelle et d’observer et étudier son impact sur le sentiment d’appropriation et de contrôle de son corps.

Déroulement de l’étude

Sur le plan technique, la plate-forme comporte simplement un visiocasque et un ordinateur pour faire tourner la simulation de réalité virtuelle. Pour favoriser la « transition » entre environnements réel et virtuel, des éléments « tangibles » sont présents dans les deux mondes et, notamment, une étagère en bois que l’utilisateur peut voir (car elle est reproduite à l’identique dans la scène virtuelle) et toucher (il va pouvoir poser sa main dessus).
La main virtuelle à six doigts a été modélisée par un infographiste professionnel. Le doigt supplémentaire a été introduit entre l’annulaire et le petit doigt et son mouvement est contrôlé (« interpolé ») à partir des mouvements des deux doigts environnants : dès que l’utilisateur ferme l’annulaire et/ou le petit doigt, le sixième doigt se referme également.
Pour parfaire l’illusion, l’expérience propose de faire « ressentir » ce sixième doigt. Pour cela, les chercheurs se sont  inspirés d’une technique utilisée pour produire une autre illusion célèbre, celle de la « main en plastique » (en anglais : « rubber hand illusion »). Au moyen d’un petit pinceau, un expérimentateur vient brosser successivement les doigts. Le pinceau et ses mouvements sont reproduits visuellement dans la scène virtuelle.
Pour simuler le passage sur le 6ème doigt, le pinceau virtuel passe bien sur le 6ème doigt dans l’image du visiocasque, et dans la réalité l’expérimentateur brosse de manière synchronisée un doigt bien précis : l’annulaire. Ainsi, une sensation physique et tactile est ressentie par l’utilisateur lorsque le pinceau virtuel effleure le sixième doigt.
Pour mesurer l’illusion produite, les chercheurs ont utilisé plusieurs types d’enregistrements : des questionnaires subjectifs, mais également des réactions comportementales. Ils ont demandé en effet aux sujets de soulever successivement les doigts virtuels et ont enregistré en particulier leurs mouvements lorsqu’ils demandaient de soulever le sixième doigt : est-ce que le sujet restera immobile ? Quel doigt sera soulevé ?
Les scientifiques ont étudié et analysé plusieurs conditions, notamment une deuxième condition expérimentale « dégradée » dans laquelle le sixième doigt est présent mais il est  rigide, inanimé et il n’est jamais brossé avec le pinceau (comme si le doigt était « mort »). Cette condition sert de condition de contrôle pour vérifier qu’en l’absence de mouvement et/ou de stimulation tactile sur le sixième doigt, le sentiment de contrôle et d’appropriation chute fortement.

Quel contexte et quelles applications ?

Le contexte principal est celui de l’arrivée massive des visiocasques (Occulus Rift, HTC Vive, Playstation VR) et des applications de réalité virtuelle grand public : communautés virtuelles, réseaux sociaux, jeux vidéo, nouveaux médias et films interactifs, etc ; avec des investissements colossaux des acteurs clés du domaine (Sony, Google, Samsung, Facebook, Microsoft, etc).  Les revenus générés par le marché de la réalité virtuelle grand public sont estimés à plusieurs dizaines de milliards de dollars d’ici 2020.
Dans la plupart de ces applications, les utilisateurs sont représentés par un avatar dont les propriétés et caractéristiques physiques/morphologiques peuvent être très différentes de celles de l’utilisateur. De nombreuses autres applications de la réalité virtuelle impliquent par ailleurs la représentation de l’utilisateur sous la forme d’avatar virtuel : formation, entraînement sportif, etc. Un autre exemple d’application est celui de la production cinématographique et des effets spéciaux, avec des acteurs qui très souvent doivent incarner des personnages dotés de corps parfois très éloignés du corps humain : animaux, mutants, etc.
La question de ces représentations (avatars), de leur appropriation et de leur capacité à influencer la perception et la représentation de soi, voire le comportement de l’utilisateur en réalité virtuelle, se pose donc de manière critique actuellement.
 
Cette plate-forme expérimentale originale est aujourd’hui mise à disposition et pourra inspirer d’autres travaux et d’autres recherches dans les domaines concernés par ces questions comme : les neurosciences, les sciences cognitives ou la psychologie.
Elle pourra également servir à des médecins souhaitant étudier le potentiel de ces technologies dans un contexte clinique.

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