Réalité virtuelle, réalité augmentée

Comment fonctionne la réalité virtuelle ?

Date:
Mis à jour le 25/10/2021
La réalité virtuelle offre à ses utilisateurs la possibilité de se projeter dans des univers virtuellement recomposés, et ce grâce à des matériels et logiciels toujours plus évolués. Mais comment la technologie fonctionne-t-elle réellement ? Comment arrive-t-elle à tromper le cerveau humain, en l'amenant à accepter ce qu’il voit comme réel ?
Comment fonctionne la VR
© Inria / Photo H. Raguet

Le principe

D'un point de vue strictement technique, la réalité virtuelle est un concept simple, combinant matériels (casques, écrans, capteurs…), et environnements synthétiques générés par ordinateur. Cette technologie permet d’immerger des utilisateurs dans des environnements simulés.

Les casques de réalité virtuelle sont ainsi des machines conçues pour permettre à des utilisateurs de vivre des activités sensorimotrices et cognitives bien réelles dans un environnement synthétique 3D, lui, purement virtuel. De plus en plus légers et faciles à porter, ils affichent une image calculée en fonction des mouvements de l’utilisateur, favorisant ainsi une très bonne immersion. D’autres équipements permettent de rendre l’expérience encore plus réaliste, à l’instar des systèmes haptiques, c’est-à-dire procurant la sensation du toucher, qui permettent à l’utilisateur de sentir les objets comme s’ils étaient réellement là. « Si je participe à une expérience de réalité virtuelle et que je cherche à attraper un objet, ma main passera au travers, ce qui risque de casser l’illusion. Les systèmes haptiques vont me donner l’impression de toucher vraiment l’objet, de le manipuler, et ça change tout», précise Martin Hachet, responsable de l’équipe-projet Potioc qui conçoit, développe, et évalue de nouvelles approches qui exploitent l’interaction multimodale afin de favoriser une expérience utilisateur stimulante.

Des composants essentiels

Mais pour se révéler efficace, c’est-à-dire réussir à immerger l’utilisateur dans l’univers face auquel il se trouve, la réalité virtuelle n’est pas qu’une question de bon matériel. « Ce qui est important, c’est de savoir ce que l’on met derrière toute cette technologie. Il ne suffit pas d’avoir un bon casque et un bon ordinateur, il faut aussi savoir comment on scénarise l’expérience, comment on évalue au mieux l’interaction de l’utilisateur avec son environnement... Tout cela se travaille », explique Martin Hachet.

Les êtres vivants fondent en effet leur perception du monde sur les règles élaborées par leur propre expérience. C est sur cette façon de percevoir les choses et d’interagir avec le monde, partagée par les humains, que les concepteurs de réalité virtuelle se basent pour créer des environnements qui semblent aussi crédibles que le monde qui nous entoure. La technologie repose sur plusieurs concept et techniques importants.

  • La vision stéréoscopique

Le premier composant d’une expérience de réalité virtuelle réussie est la vision stéréoscopique. Les casques de réalité virtuelle se basent sur notre physiologie, en présentant des images légèrement décalées d’un œil à l’autre afin de reproduire une vision binoculaire (dans la réalité, nos yeux captent en effet deux images différentes que notre cerveau combine afin de créer une image unique tridimensionnelle).

  • Le suivi de mouvements

Le mouvement est également l’un des critères les plus importants pour qu’une expérience en réalité virtuelle soit convaincante. L’environnement doit pouvoir s’adapter à la position du corps de l’utilisateur, qui avance, tourne, ou recule.

Pour cela, on utilise aujourd’hui en réalité virtuelle des capteurs de mouvement, qui détectent les actions de l'utilisateur et ajustent en temps réel la vue sur l'écran en conséquence. Les casques, eux, intègrent un système de suivi des mouvements de la tête capable de récupérer des informations sur son orientation dans l’espace afin que le décor s’adapte en fonction de sa position.

Un concept qui repose sur une donnée importante : la capacité de l’ordinateur à réagir presque en temps réel aux actions de l’utilisateur. Ce temps de réaction, qui doit être au plus de l'ordre de quelques millisecondes, revêt une importance capitale pour éviter le "cybermalaise", une sensation de nausée, de fatigue, de désorientation ou de maux de tête, provoquée, entre autres, par un temps de traitement trop élevé entre le mouvement de l’utilisateur et la réaction de l’ordinateur.

  • Le champ de vision

Troisième préoccupation importante pour les développeurs de réalité virtuelle : imiter le champ de vision des utilisateurs, ou du moins s’en approcher au maximum. Un être humain moyen peut en effet voir l'environnement qui l'entoure sur une zone d'environ 200 à 220 degrés sur l’axe horizontal. À l’endroit où la vision de l'œil gauche et de l'œil droit se recouvrent, il existe un champ de vision stéréoscopique binoculaire de 114 degrès, à l’intérieur duquel nous pouvons réellement voir en relief.

À ce jour, aucun casque grand public à des prix abordables ne peut encore offrir l’imitation parfaite du champ de vision naturel complet. Certains s’en approchent, à l’image du StarVR (210 degrés), mais les casques les plus répandus sur le marché offrent pour l’instant un champ de vision d’environ 110 degrés.

  • Le concept de présence et la notion d’interaction

Dernier point et non des moindres : le concept de "présence", qui définit l'impression qu’a l’utilisateur d'être physiquement dans l'environnement virtuel, plutôt que dans l'environnement réel.

Plusieurs techniques sont aujourd’hui utilisées pour favoriser ce sentiment de présence, et permettre à l’utilisateur de s’immerger pleinement dans l’expérience en réalité virtuelle. La qualité de la sensation de présence peut êtreévaluée grâce à des questionnaires subjectifs, ou grâce à des mesures objectives basées sur des données physiologiques : rythme cardiaque plus rapide, paumes de mains moites et respiration plus rapide, par exemple, dans certaines situations.

« Quand quelqu’un joue à un jeu vidéo de pilotage de voiture, on estime que l’expérience est réussie à partir du moment où celui-ci se penche dans son canapé dans les virages, parce qu’il les a anticipés », indique ainsi Franck Multon, responsable de l’équipe projet MimeTIC, dans un article dédié à la réalité virtuelle dans le domaine du sport.

« La notion d’incarnation virtuelle, qui permet de s’approprier son corps virtuel, son avatar, n’est également pas à négliger », ajoute Anatole Lécuyer. Elle intéresse de ce fait de plus en plus les spécialistes de la technologie, qui travaillent à faciliter l’incarnation de l’utilisateur en amont de l’expérience en réalité virtuelle. Le Défi Avatar, fondé en 2018, travaille en ce sens, en visant à concevoir des avatars mieux incarnés, plus interactifs et plus sociaux.

Comment faire croire à un humain qu'il évolue dans un monde virtuel ? C'est la question que se pose Anatole Lécuyer, chercheur au centre Inria Rennes – Bretagne Atlantique, dans son livre "Votre cerveau est un super-héros", publié en 2020.
Six Fingers : mieux comprendre la perception de notre corps virtuel
Six Fingers est une plateforme expérimentale de réalité virtuelle sur l’incarnation virtuelle (virtual embodiement) et l’avatar, développée par les équipes HYBRID et MIMETIC. © Inria / Photo J.C. Moschetti

 

Enfin, la notion d'"interaction" est essentielle dans une expérience de réalité virtuelle, et constitue en grande partie ce qui permet de la différencier du visionnage d'une vidéo 360 degrés, au cours duquel les spectateurs sont passifs.

Aussi évoluée qu’elle nous semble déjà, la réalité virtuelle va pourtant continuer à s’améliorer largement et rapidement ces prochaines années, pour rendre l’expérience utilisateur toujours plus immersive et interactive. Les dispositifs, encore onéreux, vont se démocratiser, et les technologies, comme la résolution des écrans, vont s’affiner pour améliorer encore l’expérience utilisateur. « À l’avenir, les concepteurs vont pouvoir davantage prendre en compte les aspects physiologiques et psychologiques de la réalité virtuelle. Il va falloir les comprendre et les caractériser, notamment chez les personnes fragiles, pour avoir des vraies préconisations sur leurs usages. Il y a également de nombreux sujets éthiques, écologiques, et de protection des données, à traiter dans le domaine, il y a encore du travail pour que la technologie et tout ce qui l’englobe arrive à maturité », conclut Anatole Lécuyer.

Inria fait partie des pionniers, en France, dans le domaine de la réalité virtuelle et augmentée. Aujourd’hui, l’institut compte plusieurs équipes-projet qui travaillent sur le sujet, parmi lesquelles Hybrid, MimeTIC, Potioc et Loki.