La réalité virtuelle dans le domaine de l évaluation des produits

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1 La réalité virtuelle dans le domaine de l évaluation des produits OUALLOUCHE Fethi, OUALLOUCHE Younes et AMEUR Soltane Laboratoire d Analyse et de Modélisation des Phénomènes Aléatoires (LAMPA) Département d Electronique, Université Mouloud Mammeri de Tizi ouzou ouafethi_04@yahoo.fr RÉSUMÉ La réalité virtuelle permet de concevoir et d expérimenter de futurs produits. Par rapport à des méthodes de conception conventionnelles, elle se présente comme une alternative innovante et en plein essor. Les avantages d une telle solution s observent tant dans la diversité et la souplesse d utilisation de la technique, que dans les gains réalisés sur les coûts de conception, les campagnes d essais et la qualité des moyens de développement. La présence (ou présence virtuelle) est une notion primordiale dans le domaine de la réalité virtuelle. Cet article a pour but de présenter cette notion et de montrer son utilité dans le processus d évaluation de produits. Nous pensons que l efficacité de l évaluation virtuelle est liée au degré de présence que le système de réalité virtuelle peut évoquer. Autrement dit, plus nous sommes présents dans l environnement virtuel, meilleure est notre évaluation du produit. MOTS-CLÉS Réalité virtuelle, présence, conception de produits, évaluation de produits. 1 INTRODUCTION Aujourd hui, le développement de produits modernes est devenu de plus en plus complexe. A cet effet, les industriels cherchent à identifier et à intégrer de nouvelles techniques qui peuvent améliorer le processus de conception et de développement de produits. Parmi ces techniques, on a la réalité virtuelle (RV). La quasi totalité des secteurs industriels peuvent aujourd hui tirer profit de la réalité virtuelle. Cette dernière facilite la validation de la conception et accélère la prise de décision. Autrement dit, l intégration de la RV dans le processus de conception permettra de réduire le temps nécessaire à la mise sur le marché d un produit («time to market»). La réalité virtuelle est aussi utilisée pour diminuer le nombre de maquettes physiques réalisées avant la fabrication du produit, elle permet ainsi d abaisser les coûts de conception.

2 2 F. Ouallouche, Y. Ouallouche et S. Ameur Figure 1 : Deux méthodes de développement de produits, une utilisant des prototypes réels et l autre des prototypes virtuels (Mehta 2001). La réalité virtuelle complète la conception assistée par ordinateur «classique» en permettant à l ingénieur une meilleure étude des produits (Fuchs & Nashashibi 1998). En effet, si dans la CAO on fait intervenir les lois géométriques, physiques et mécaniques, la réalité virtuelle quant à elle permet de prendre en compte des critères subjectifs comme l'ergonomie. Pour le monde de la CAO elle rend possible la mise en situation à la fois de l'utilisateur et du produit, à toutes les étapes du cycle de vie: conception, style, distribution, maintenance, formation (Morineau & Clairand 2002). L un des facteurs majeurs utilisé pour déterminer la qualité d implémentation d un système de réalité virtuelle est sa capacité à évoquer la sensation d «être dans» l environnement virtuel (EV). Cette sensation est communément appelée présence dans l EV. 2 NOTION DE PRÉSENCE 2.1 Présence et immersion L immersion est l exposition de l utilisateur à un EV au moyen de dispositifs occultant en partie la perception (surtout visuelle) de l environnement alentours, pour afficher en lieu et place une image du monde virtuel. Par extension, on parle d immersion auditive, haptique, sensorielle etc. (Fuchs, Moreau, & Papin 2003). La notion de présence est complémentaire à l immersion. Elle peut être définie comme le sens psychologique de «se sentir présent» dans un environnement basé technologiquement sur l immersion. Mais, tous les environnements ne mènent pas forcement au sentiment de présence qui dépend aussi des individus. Certaines personnes sont plus sensibles que d autres et peuvent se contenter de plus ou moins de réalisme dans l immersion pour se sentir présent dans le monde virtuel (Aelle 2002). Selon Witmer et Singer (Witmer & Singer 1998), la présence dans un environnement virtuel est la sensation d être enveloppé par cet environnement et de pouvoir interagir avec lui. Vianin (Vianin 1995) explique la différence qui existe entre immersion (aspects du système utilisé) et présence (phénomène subjectif). En effet, selon lui : «l'immersion est une technologie, une technique d'interface entre l'homme et l'ordinateur et contrairement à la présence, elle ne concerne pas l'état psychologique du sujet, l'immersion immerge un sujet dans un environnement virtuel au travers d'informations sensorielles (vue, ouïe, tactilokinesthésiques)» (Vianin 1995). En résumé, on peut dire que la présence est l immersion cognitive du sujet dans un

3 3 environnement virtuel où il est actif, c est l immersion et l interaction mentales (Fuchs, Moreau, & Papin 2001). 2.2 Les causes de la présence Beaucoup de recherches ont été consacrées à la découverte des différents facteurs qui contribuent à la présence. Un résumé de ces facteurs à été avancé par les divers chercheurs (Slater et Usoh, Witmer et Singer, Sheridan, Lombard et Ditton, Steuer) qui travaillent sur le sentiment de présence : La richesse et la qualité des informations sensorielles. La cohérence sensorielle de l environnement virtuel. Les interactions de l'utilisateur avec l'environnement virtuel. Les caractéristiques personnelles de l'utilisateur. Parmi ces caractéristiques, on peut citer l implication et l engagement de l utilisateur dans l expérience virtuelle et sa croyance à l EV. En effet, si l utilisateur a tendance à croire facilement par exemple à une pièce de théâtre ou à vivre dans un film au cinéma, il aura une plus grande facilité à se sentir présent dans un environnement virtuel (Shubber 1998). Les facteurs de distraction, à quel point l utilisateur est détourné de l environnement virtuel par des distractions du monde réel. 2.3 Mesure du degré de présence Différentes stratégies ont été développées afin de mesurer la présence ressentie par un sujet. Ces stratégies sont réparties en deux groupes : les mesures objectives et les mesures subjectives (Hendrix 1994) Mesures objectives Dans les mesures objectives de la présence, on va s intéresser au comportement de l utilisateur, ainsi Sheridan (Sheridan 1992) mesure les réflexes et Freeman (Freeman et al 2000) mesure la réponse posturale. De son coté, Barfield (Barfield & Weghorst 1993) a dégagé cinq indicateurs distincts : Indicateurs physiologiques : posture, tension musculaire, réponses oculaires et cardio-vasculaires aux événements virtuels ; Indicateurs physiométriques : réponses corticales à l'expansion optique d'objets virtuels, diamètre de la pupille; Performances dans des tâches effectuées dans des environnements virtuels: la précision, la rapidité et la pertinence des réponses données par le participant faisant l'expérience des environnements virtuels ; Cadre de référence - résolution de conflit : lorsque les cadres de références naturels (environnement réel) et virtuels appellent des réponses conflictuelles, la direction de la résolution du conflit peut servir comme indicateur du degré de présence; Degré de désorientation : le temps mis par le sujet pour ré-émerger dans le contexte réel Mesures subjectives La présence peut être mesurée subjectivement grâce aux auto-questionnaires. D après Witmer et Singer (Witmer & Singer 1998), l objectif est d obtenir une méthode de mesure sûre et valide, elle doit avoir une validité de contenu et de construction. Ces auteurs ont élaboré le

4 4 F. Ouallouche, Y. Ouallouche et S. Ameur Questionnaire de Présence PQ pour lequel les facteurs contribuant à la sensation de présence sont : les facteurs de contrôle, sensoriels, de distraction, de réalisme, l aspect naturel et la qualité de l interface. L équipe de Schubert (Schubert, Regenbrecht, & Friedmann 2000) a également développé un questionnaire de présence IPQ constitué de 75 items pour lequel il existe deux types de facteurs : de présence (présence spatiale, implication et réalisme) et d immersion (qualité de l immersion, conscience de l interface et exploration du monde virtuel). 3 PROTOTYPAGE VIRTUEL Plusieurs termes sont utilisés pour parler des modèles dans le domaine de la réalité virtuelle appliquée à la conception de produits. Dans cette section, on exposera la différence entre tous ces termes. Dans la CAO classique, le concepteur utilise la «maquette numérique» qui contient les informations de conception et de fabrication mécanique. La «maquette virtuelle» est une représentation visuelle réaliste du produit conçu mis dans son environnement fonctionnel. L utilisateur peut ainsi naviguer à l intérieur de cet environnement. Mais à part cette possibilité de navigation l utilisateur est passif face à cette maquette virtuelle. Le «prototype virtuel» (sur quoi nous allons travailler) est une représentation sur laquelle l utilisateur peut interagir. L utilisateur est donc actif : il peut, par exemple, manipuler en temps réel l objet ou un de ses sous-ensembles, tester l ergonomie ou les fonctionnalités du dispositif (Fuchs, Moreau, & Papin 2001). Le prototypage virtuel utilisé en milieu industriel a déjà permis de réduire le temps de développement de produits, le coût de l industrialisation, ainsi que les coûts de formation et de maintenance. Les moyens actuels (matériels et logiciels) nous permettent de mettre en uvre des systèmes de RV, représentant des systèmes manufacturés dont le comportement se rapproche de celui qu ils auraient dans le monde réel. Le prototypage virtuel permet d'envisager de faire intervenir dans le processus d'ingénierie mécanique, autour d'une maquette numérique, des non-spécialistes de la CAO ou des logiciels de calcul. Les outils de prototypage virtuel devront ainsi s'intégrer dans des plates-formes de conception collaborative et distribuée. Le prototypage virtuel n est en fait que la partie amont d un processus de gestion du cycle de vie d un produit qui prend en compte toutes les contraintes de fabrication, d utilisation et de maintenance du produit (Andriot 2003). Figure 2 : Exemple de système pour le prototypage virtuel (Pulli, Antoniac, & Hickey 1999).

5 5 4 LA NOTION DE PRESENCE ET L EVALUATION DE PRODUITS Actuellement, les systèmes de RV les plus répandus dans le domaine de la conception de produits sont des systèmes non-immersifs, car ils sont faciles à réaliser et ne demandent pas de matériel particulier, exemple : afficher le produit et l environnement virtuel à l aide d un simple PC de bureau. Ces systèmes permettent aux concepteurs de sélectionner le produit, de le manipuler, de changer de vue, de couleur, de texture, d éclairage, etc. Mais, en général, ils ne sont pas capables d évoquer un fort sentiment de présence, ce qui représente, selon nous et selon quelques chercheurs du domaine (Keller, Stappers, & Adriaanse 2000), un handicap pour une bonne évaluation (évaluation virtuelle) du produit. En effet, pour que le système soit efficace dans l évaluation du produit, il ne doit pas seulement afficher une représentation 3D du produit mais il doit aussi transmettre l atmosphère et le contexte d utilisation de ce produit. Par exemple, il nous semble évident que nous évaluons mieux un produit dans un système interactif doté d un grand écran et d un son spatialisé que devant son ordinateur personnel. A cet effet, nous posons l hypothèse suivante : il y a une corrélation positive entre le degré de présence suscité par le système de RV et l efficacité des évaluations virtuelles. La mémoire joue un rôle non négligeable dans la phase d évaluation de produits. En effet, l expérience de l évaluateur lui permet de se créer un référentiel par rapport auquel il évalue le produit. Lors de précédentes études (Dinh et al 1999) (Lin et al 2002), on a pu démontrer une corrélation positive entre la présence et le degré de mémorisation. Ceci renforce notre hypothèse. En outre, une expérience virtuelle en ligne (Li, Daugherty, & Biocca 2002) à été réalisée à l université de Michigan pour trouver le lien entre le sentiment de présence et l intention d achat de produits sur Internet. Cette étude à montrer d un coté, qu en utilisant des modèles 3D interactifs pour afficher les produits au lieu de modèles 2D on augmente le degré de présence des consommateurs dans l expérience virtuelle. De l autre coté, la présence influence la façon dont les consommateurs évaluent les produits. En effet, cette expérience à révéler que plus le consommateur se sens présent, meilleure est son évaluation du produit, ce qui augmente son intention d achat. 5 PROTOCOLE D EXPERIMENTATION Dans nos recherches futures, afin de vérifier l hypothèse citée plus haut, nous allons mettre en place un protocole d expérimentation où nous allons évaluer plusieurs produits dans des environnements virtuels de degrés de présence différents. Les sujets de cette expérience seront considérés comme utilisateur novice de périphérique de réalité virtuelle. Néanmoins, ils vont remplir un questionnaire dans lequel ils déclareront s ils ont déjà eu une expérience en réalité virtuelle et avec quels périphériques. Nous allons mettre les sujets dans des systèmes avec des configurations différentes (10 sujets par configuration), exemple : affichage interaction audio système 1 écran d un pc souris/clavier sans son système 2 écran d un pc spacemouse avec son système 3 grand écran gant de données+capteur sans son système 4 visiocasque gant de données+capteur avec son Tableau 1 : Exemple de configuration pour l expérience virtuelle.

6 6 F. Ouallouche, Y. Ouallouche et S. Ameur Dans chaque configuration, nous allons mesurer à la fois le degré de présence des sujets dans l environnement virtuel et leurs évaluations virtuelles des produits. Pour mesurer la présence, nous allons utiliser un questionnaire dérivé et traduit du questionnaire de Witmer et Singer (Presence Questionnaire : PQ) (Witmer & Singer 1998). Nous pouvons aussi associer à ce questionnaire d autres paramètres plus objectifs, tels que la durée de l expérience virtuelle. Cela, nous donnera une indication sur l engagement (l implication) du sujet dans l expérience. Pour mesurer la qualité des évaluations de produits par les sujets, nous allons nous baser sur une méthode qui est en train d être mise en place par le laboratoire CPNI d Angers. Cette méthode s inscrit dans le cadre d une étude qui a pour but de comparer entre les évaluations réelles et les évaluations virtuelles de produits (collecteurs de déchets). Une analyse statistique des résultats va suivre cette expérience afin de déceler une éventuelle corrélation entre la présence et l évaluation de produits. Cette étude va aussi nous permettre de déterminer quels sont les paramètres qui influencent le plus le sentiment de présence dans ce genre de systèmes, à savoir des systèmes de RV destinés pour l évaluation de produits. 6 CONCLUSION La réalité virtuelle peut être employée avec succès dans le domaine de la conception de produits. Elle a ouvert des perspectives intéressantes en permettant de simuler des situations réelles, en créant la possibilité d une interaction avec le produit virtuel et en favorisant un gain de temps et de moyens. Cependant, plusieurs études devront être réalisées afin d'en comprendre les bénéfices et les limites. Cette étude donne un petit aperçu de ce que la réalité virtuelle pourrait apporter au domaine de la conception. Elle tente de montrer l importance de la notion de présence dans le processus d évaluation de produits. Cette notion est très importante dans le domaine de la réalité virtuelle, et nous pensons qu elle l est aussi dans le domaine de la conception. A cet effet, l objectif de nos recherches sera d intégrer cette notion dans le processus de conception et d étudier ses différentes facettes afin de bien l utiliser dans la phase d évaluation de produits. 7 BIBLIOGRAPHIE Aellen, N., (2002). Conduite en immersion totale d un véhicule au moyen de trackers. Projet de diplôme EPFL-DI-LIG. Lausanne. Andriot, C., (2003). Les progrès du prototypage virtuel. CLEFS CEA-N 47. CEA centre de Fontenay-aux-roses. France. Barfield, W., & Weghorst, S., (1993). The sense of presence within virtual environnements: a conceptual framework. In Salvendy et Smith (Eds.), Human-computer interaction: software and hardware interfaces, (Vol B, pp ). Bowman, D., A., (1998). Interaction Techniques for immersive Virtual Environments: Design, Evaluation and Application. Human-Computer Interaction Consortium (HCIC) Conference. Chéné, E., Samier, H., Richir, S., (2003). Processus virtuel de décision dans la chaîne numérique de conception en PME en ingénierie concourante par Internet. article in International Journal of Information Sciences for Decision Making, n 8. Dinh, H. Q., Walker, N., Song, C., Kobayashi, A., & Hodges, L. F., (1999). Evaluating the Importance of Multi-sensory Input on Memory and the Sense of Presence in Virtual Environments. Proceedings IEEE Virtual Reality, Houston, Texas, March