La réalité augmentée : un aperçu 

/ Par Eric R. Harvey, ing., Ph.D., CIMMI

La science-fiction au cinéma a abondamment illustré des concepts futuristes d’interaction entre l’humain et la machine. L’avènement de dispositifs d’affichage portés sur la tête ou dans un casque a pavé la voie à la démocratisation des moyens d’interagir plus naturellement avec la machine. La réalité augmentée (RA) constitue une approche particulière qui entre dans cette catégorie de dispositif d’affichage interactif.

La RA se définit comme une expérience où les objets physiques dans le monde réel sont enrichit par des informations perceptuelles générées par ordinateur, parfois à travers plusieurs modalités sensorielles. La technologie sous-tend la notion de réalité mixte (Mixed Reality ou MR), à l’intérieur d’un continuum qui s’étend entre réalité et virtualité (1,2). Une définition alternative plus complète de la RA consiste à décrire un système qui remplit trois caractéristiques essentielles: une combinaison des mondes réels et virtuels, une interaction en temps réel et une correspondance 3D précise des objets virtuels et réels.

Les premiers développements des technologies d’affichage immersives en réalité augmentée et virtuelle (RA/RV) ont débutés dans les années 1960 par Ivan Sutherland à l’université de l’Utah aux É.-U. (3). Depuis ce temps, les chercheurs et ingénieurs travaillent à relever plusieurs défis, autant matériel que logiciel, afin de mettre au point des systèmes de RA performants et ergonomiques, basés sur des plateformes mobiles, lunettes et casques autonomes. Parmi les défis à relever, notons les aspects suivants:

Estimer la pose d’objets réels dans une scène

Plusieurs méthodes utilisent des marqueurs géométriques préalablement placés dans la scène observée qui permettent d’estimer la position relative de la caméra. Les objets virtuels apparaissent à la position du marqueur en fonction du point de vue de la caméra. Cette opération est le point de départ de certaines applications de RA. Cependant, ces méthodes sont parfois restrictives et limitent leur utilisation, dans le cas où l’installation de points de repère est impossible, comme un artéfact de musée. Il est souhaitable d’utiliser de nouvelles techniques pour estimer cette pose sans utiliser de marqueurs ou utiliser des modèles d’objets 3D rigides dans la scène.

Composer avec un nouveau paradigme d’interaction

En raison de la technologie d’interface utilisateur Web et mobile développée au cours des dernières décennies, presque tout le monde est habitué à interagir avec un environnement 2D. Les interfaces de RA/RV obligent les utilisateurs à interagir dans un espace tridimensionnel. Ce changement de paradigme impose de nouvelles méthodes et technologies pour interagir avec des objets virtuels dans un environnement 3D.

Par exemple, la technologie actuelle utilisée pour les personnes à mobilité réduite, en particulier les systèmes de suivi oculaire, peut être utilisée comme un outil d’interaction avec la RA. Au cours des prochaines années, la technologie d’interface cérébrale, en cours de développement aujourd’hui, constituera également une nouvelle interface directe avec le cerveau pour interagir en RA.

Améliorer les interactions humaines

Les plateformes d’échanges collaboratives par internet sont désormais un moyen de communication courant pour les particuliers et les entreprises. Il est possible d’amener les interactions avec ces plateformes qui s’effectuent dans un contexte industriel, vers des applications de RA. Ces systèmes collaboratifs permettront de décloisonner l’utilisation des technologies immersives à un groupe d’utilisateurs.

La RA et la RV en réseau sont des outils de plus en plus importants pour la collaboration et l’échange de données dans la fabrication, la conception et la formation industrielles. De telles applications peuvent résoudre les défis des architectures système et de la visualisation des données, lorsqu’une interaction entre collègues est requise.

Mettre sur le marché des systèmes performants et ergonomiques

En termes d’évolution des produits d’affichage en RA au cours des dernières années, les utilisateurs ont pu observer l’avènement d’un nombre croissant de casques et lunettes de RA/RV pour un large éventail d’utilisateurs. Les dispositifs se composent de téléphones mobiles insérés dans un support, de lunettes et casques intégrés autonomes. L’évolution des produits a connu une accélération marquée depuis 2015. Il faut noter que la quantité de produits sur le marché est nettement plus élevée en RV comparé à la RA. La figure 1 présente l’évolution technologique des technologies d’affichage pour la RA qui ont vu le jour commercialement à partir des années 1990.
Certains fabricants proposent des lunettes transparentes haut de gamme, à savoir la Microsoft HoloLens et la Magic Leap One, qui offrent un positionnement à six degrés de liberté (DDL), un suivi oculaire et une reconnaissance de signes gestuels. D’autres manufacturiers ont opté pour une approche hybride par le couplage de caméras stéréo à un casque de RV, ce qui permet d’offrir un plus grand champ de vue augmenté.

Fig. 1 : Évolution technologique de produits et systèmes de RA.

Amener la technologie à s’adapter à une panoplie d’applications

De nombreuses applications de la RA sont apparues en même temps que la mise au point d’appareils mobiles, lunettes et casques toujours plus performants et ergonomiques. Les principaux domaines d’application répertoriés qui bénéficient de la RA sont les suivants : médical, industriel, militaire, robotique, éducation, tourisme et muséologie, formation, divertissement (diffusion télé de sports, arts, jeux), événementiel et marketing (4). Il faut s’attendre à voir surgir d’autres domaines dans lesquels la technologie de la RA offrira un réel avantage dans la collaboration entre les humains et la machine.

Références
1. Paul Milgram et Fumio Kishino, A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays, IEICE Transactions on Information and Systems, December 1994.
2. Doolani, S., Wessels, C., Kanal, V., Sevastopoulos, C., Jaiswal, A., Harish Nambiappan, H., Makedon, F., A Review of Extended Reality (XR) Technologies for Manufacturing Training, MDPI, Technologies, 8, 77, 2020.
3. Sutherland, I. E., A Head-Mounted Three Dimensional Display, Fall Joint Computer Conference, 1968.
4. Sirohi, P., Agarwal, A., Maheshwari, P., A Survey on Augmented Virtual Reality: Applications and Future Directions, Seventh International Conference on Information Technology Trends (ITT), 25-26 November 2020.

Crédits images: Iron Man (2008) Marvel Studios et Paramount Pictures / Avatar (2009) 20^th Century Fox.