Conférence de presse sur la plate-forme de réalité virtuelle PerfRV

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1 Conférence de presse sur la plate-forme de réalité virtuelle PerfRV 14 octobre 2004

2 La réalité virtuelle : pourquoi? Objectifs et enjeux La RV Placer un utilisateur en interaction sensori-motrice avec un environnement virtuel Objectifs industriels Concevoir, contrôler, apprendre, maintenir, comprendre, décider, Enjeux industriels Améliorer la productivité et la compétitivité industrielle Positionner la RV dans le cycle de vie d un produit 1

3 La réalité virtuelle dans l industrie Spécification Formation Design Fabrication 2

4 La plate-forme française de réalité virtuelle PERF-RV : une innovation Plate-forme RNTL 20 partenaires Recherche/Industrie De février 2001 à aujourd hui Réunion finale du projet Une structure adaptée : des experts techniques travaillant en collaboratif dans plusieurs groupes de travail Une réussite nationale : les principaux instituts de recherche et les industriels échangeant leurs connaissances. Une ambition internationale : donner à la France une légitimité au meilleur niveau mondial. 3

5 Les succès de PERFRV Des recherches abouties 17 thèses dont 10 soutenues, 65 publications Des applications industrielles innovantes : en cours d industrialisation, des solutions Open Source, des prototypes avancés, des démonstrateurs (faisabilité). 4

6 L espace démonstrations Concentration sur le site du CEA : de démonstrations innovantes, des résultats scientifiques, des applications industrielles, des acteurs de la RV française. 5

7 PERF-RV : des avancées visibles Interfaces haptiques et visualisation immersive Immersion visuelle et haptique par retour d effort Interface multimodale et coopérative Travail collaboratif sur la maquette numérique et interactions multiples et simultanées Simulation d assemblage et de montage Vérifications de la faisabilité d un montage industriel sur la maquette numérique Formation au geste technique L apprentissage et la formation par l exploitation de la réalité virtuelle 6

8 L après PERF-RV ou les perspectives de la réalité virtuelle Poursuivre l animation du réseau PERF-RV Créer une association française Conserver la dynamique de PERF-RV Promouvoir une dynamique thématique nationale Positionner la RV comme priorité de recherche nationale Poursuivre les avancées dans le réseau d excellence INTUITION du 6ème PCRD Lien avec d autres réseaux nationaux (UK, I, D, ) 70 partenaires européens (laboratoires et industriels) 7

9 Plate-forme française de réalité virtuelle PerfRV Le projet

10 Objectifs Répondre aux besoins de R&D, basé sur des dispositifs de réalité virtuelle interactifs et immersifs pour répondre aux besoins industriels de réduction : Des temps de développement, Du coût de l industrialisation des produits, Des coûts de formation et de maintenance associés. Consolider au niveau national De l accès à des plate-formes matérielles haut de gamme Des développement logiciels innovants Des méthodologies de déploiement de la réalité virtuelle Innovation & Points forts Mettre en commun les ressources humaines et expérimentales des laboratoires et partenaires industriels Offrir différentes plates-formes matérielles (Reality Center, Workbench, CAVE ) et dispositifs d interaction haptique Mettre à disposition des sites d évaluation technologique d applications interactives et de réalité virtuelle Offrir les moyen humains permettant de tester les solutions innovantes issues du réseau Factoriser et partager sur les différents sites l expérience acquise à travers le réseau Partager les ressources de réalité virtuelle temporellement et géographiquement Initier des transferts de technologies avec pour objectif la réalisation de «produits PERF-RV» Principe de base PERF-RV est organisé en quatre sous-projets contenant des actions de recherche et de développement : Sous-projet : Interfaces haptiques et visualisation immersive Action : Groupe de Travail Action : Démonstrateur interface haptique et visualisation immersive Action : couplage haptique-visuel Action : Conception et revue de projet immersives dans un CAVE Action : Retour d effort pour les études d ergonomie Action : Intégration des techniques de RV dans le processus de conception et de développement de produits Sous-projet : Interface multimodale et coopérative Action : Groupe de Travail Action : Serveur distribué d'événements pour dispositifs de RV Action : Interactions coopératives locales et distantes Sous-projet : Simulation d assemblage et de montage Action : Groupe de Travail Action : simulation d assemblage et montage Action : Extraction d éléments issus de simulation d assemblage et de montage Action : Simulation réalité virtuelle d un assemblage aéronautique Action : Revue d'application montage virtuel dans le domaine automobile Sous-projet : Formation au geste technique Action : Groupe de Travail Action : Forum des métiers Retombées Les principales retombées de PERF-RV sont : création d une communauté scientifique et technique française sur le thème de la réalité virtuelle Établissement d un parc de configurations matérielles Proposition de solutions logicielles et/ou matérielles exploitables en industrie Diffuser largement les résultats y compris auprès de PME Se positionner vers l Europe (6ème PCRD) Quelques images Partenariat Laboratoires Partenaires : INRIA Rennes et Rocquencourt, CEA-LIST, Ecole des Mines de Paris, ENSAM Chalon sur Saône, Labri, Laboratoire de Robotique de Paris, LIMSI, Industriels partenaires : ADEPA, EADS CCR, IFP, Centre Lavallois de Ressources Technologiques, Dassault Aviation, Giat-Industrie, PSA, Renault, EDF Contact projet : ARNALDI Bruno, INSA de Rennes, arnaldi@irisa.fr,

11 Plate-forme française de réalité virtuelle PerfRV Les démonstrations

12 SP1A2 : Simulations physiques avec retour d effort sous OpenMASK SP2A3 : Interactions coopératives distribuées avec OpenMASK Présentateurs Thierry Duval (Siames) Tangi Meyer (Siames) Tangui Morvan (I3D) Organismes INRIA/Siames INRIA/I3D INRIA/Siame s INRIA/I3D Cette démonstration illustre l avancée de nos travaux en termes d interactions et de gestion des retours d efforts, sur les objets d une scène de réalité virtuelle, contraints cinématiquement ou physiquement. Elle démontre aussi l intégration, au sein d une même plateforme de développement et d exécution de simulations (OpenMASK), de notre participation à deux actions de PerfRV : simulations physiques avec retour d effort et interactions coopératives distribuées. Deux opérateurs vont simuler dans une scène de réalité virtuelle, le chargement d une bicyclette, d une malle et de boites dans le coffre d une Mégane Scenic. Dans la première partie de la démonstration, axée «cinématique», nous montrons l intérêt de nos outils et protocoles d interaction pour manipuler des parties du véhicule : montage ou démontage de liaisons mécaniques entre les diverses parties du véhicule, ouverture et fermeture des portes et haillon. La deuxième partie, axée «physique», présente à la fois les résultats sur le retour d effort et sur la coopération distribuée. Les deux utilisateurs doivent coopérer pour ouvrir le coffre du véhicule puis pour y placer la bicyclette. Dans cette simulation, deux simulateurs physiques (Ode et CONTACT) et deux périphériques haptiques (Virtuose6D et SPIDAR) sont exploités. Le champ d application de ce type de simulation sera, notamment, l évaluation d opérations de montage/démontage sur maquettes numériques, ou l apprentissage de gestes techniques, par des utilisateurs éventuellement géographiquement séparés.

13 Retour haptique sur Plan de Travail Virtuel et détection de collisions continue Présentateur Sabine Coquillart Tangui Morvan Organisme I3D INRIA Une bande vidéo du Plan de Travail Virtuel avec retour haptique sera présentée (voir photo). Ainsi qu une démonstration présentant l algorithme de détection de collisions Contact. Contact offre la spécificité de détecter les collisions en continu à l inverse de la majorité des algorithmes qui recherchent les collisions à des intervalles de temps discrets et donc détectent les collisions après pénétration. Contact sera démontré sur un cas de montage/démontage industriel. Présenté sur station de travail lors des journées PERF-RV, Contact est opérationnel sur le Plan de Travail Virtuel (voir photo) et employé dans plusieurs démonstrations avec, ou sans, retour haptique.

14 Giat Virtual Training Présentateur Charles Saint-Romas Organisme GVT, outil de formation utilisant les technologies de la réalité virtuelle est développé à l'initiative de Giat industries en partenariat avec l ENIB et l IRISA. Le système présenté ici est un outil générique, à la fois outil de formation utilisant la réalité virtuelle visant à acquérir des compétences et savoirs-faire, et outil de génération interactif de formation en RV. Il ne se limite pas à une formation spécifique, ni même à un matériel. Doté d'une pédagogie différenciée, GVT exploite un environnement virtuel permettant à l'apprenant d'évoluer dans un environnement de synthèse réactif, immersif (casque + souris 3D) ou non immersif (écran+souris). Le stagiaire peut alors acquérir et/ou améliorer les compétences nécessaires à l'exploitation, l'utilisation, la maintenance d'un matériel... Produit évolutif et adaptable à tout domaine, basé sur un modèle d'objets innovants, GVT permet au formateur d'adapter la formation au stagiaire, de mieux suivre ses acquisitions, de détecter ses intentions avant la réalisation d'une action, mais également d'adapter l'aide fournie au stagiaire (faire l'action, montrer une vidéo, afficher du texte, etc.). Le formateur peut diffuser une session : - en mode immersif ou non immersif, - à un ou plusieurs stagiaires en intégrant une pédagogie différenciée, - en multi-sites. GVT offre enfin la faculté de construire soi-même une formation, sans intervention d'un informaticien, et sans apprentissage lourd d'outils multiples. La formation évolue donc au gré de l'utilisateur, en fonction de la progression de l'apprenant.

15 VRAD (Virtual Reality Aided Design) CAO immersive et multimodale sur des objets «réactifs» Présentateur Thomas CONVARD Patrick BOURDOT Organisme LIMSI-CNRS, Orsay. Les outils actuels de CAO offrent de nombreuses possibilités en termes d édition d objets 3d. Cependant, les interfaces standards des stations de travail (cf. paradigme WIMP) rendent difficile l interaction avec ces objets (multiplication des boîtes de dialogue, boutons ). L application VRAD (Virtual Reality Aided Design) fait tout d abord la preuve que la combinaison multimodale de commandes vocales et gestuelles rend plus «naturelle» l interaction immersive. Afin de bénéficier de telles interactions, il faut pouvoir agir directement sur les objets. Or les objets CAO ont une représentation qui décrit les étapes de leur conception (CSG, form feature). Pour éviter l'édition de ces historiques notre approche consiste à rendre plus «réactifs» les objets CAO. Une méthode consiste à modifier «implicitement» ces arbres à partir de l interaction immersive de l'utilisateur sur les éléments topologiques des objets (B-Rep). Action transversale de RV&A «VENISE» Virtualité et ENvironnement Immersif pour la Simulation et l'expérimentation

16 SAMSOM : démonstrateur de feedbacks «visuel/audio/ tactile» en milieu immersif Présentateur Jean-Marc VEZIEN Organisme LIMSI-CNRS, Orsay. Ce démonstrateur vise à présenter la richesse des retours sensori-moteurs disponibles en environnement immersif, afin de permettre une interaction naturelle avec les objets virtuels, notamment dans une tâche dynamique de conception. Il met en exergue les feedbacks audio 3d et vibro-tactile. Pour les feedbacks audio 3d les objets sont pourvus d'une spatialisation sonore en plus de la visualisation stéréoscopique, et peuvent par exemple être repérés à l'écoute, lorsqu'ils sont situés "derrière" l'utilisateur. Ce son spatialisé est restitué en temps réel à l'usager via un système binaural (casque sans fil). L'information de contact entre la main de l'utilisateur et les objets est restituée par le biais d'un gant vibro-tactile. Cette information est modulée en fonction des actions de l'utilisateur: contact simple, préhension des objets, déplacement... Ce démonstrateur servira de base aux expérimentations futures de l'équipe sur la multimodalité en sortie (combinaisons des feedbacks sensori-moteurs). Action transversale de RV&A «VENISE» Virtualité et ENvironnement Immersif pour la Simulation et l'expérimentation

17 Présentateurs Organismes La Réalité Virtuelle dans le Groupe PSA PEUGEOT CITROEN Apport de PERF-RV Jean LORISSON Thierry VOILLEQUIN PSA PEUGEOT CITROEN Institut Image Institut Image Stéphane IMBERT L industrie automobile est sous la pression concurrentielle : accélération de l apparition de nouvelles silhouettes, de nouvelles innovations; demandes croissantes de la clientèle (qualité, sécurité, confort, protection de l environnement, prix d achat et d entretien). Il faut innover dans le processus même de conception! La RV ouvre de nouvelles pistes : analyser un nombre plus élevé d hypothèses tout en réduisant les délais; limiter le recours aux prototypes physiques malgré la diversité produit; améliorer la qualité par le tri anticipé de plus de solutions et la simulation des processus de fabrication. Au travers de PERF-RV, PSA a évalué en vraie grandeur la technologie des salles immersives de type CAVE et a décidé de l intégrer dans son tout nouveau Centre de Design. Les domaines d utilisation en sont la conception des véhicules, l évaluation de concepts innovants, l évaluation des prestations de l habitacle, l interprétation de phénomènes complexes (aérodynamique), le jugement de qualité perçue, l étude des postes de travail et de leur ergonomie, la faisabilité des opérations, l apprentissage du geste technique. L industrie automobile est sous la pression concurrentielle : accélération de l apparition de nouvelles silhouettes, de nouvelles innovations; demandes croissantes de la clientèle (qualité, sécurité, confort, protection de l environnement, prix d achat et d entretien). Il faut innover dans le processus même de conception! La RV ouvre de nouvelles pistes : analyser un nombre plus élevé d hypothèses tout en réduisant les délais; limiter le recours aux prototypes physiques malgré la diversité produit; améliorer la qualité par le tri anticipé de plus de solutions et la simulation des processus de fabrication. Au travers de PERF-RV, PSA a évalué en vraie grandeur la technologie des salles immersives de type CAVE et a décidé de l intégrer dans son tout nouveau Centre de Design. Les domaines d utilisation en sont la conception des véhicules, l évaluation de concepts innovants, l évaluation des prestations de l habitacle, l interprétation de phénomènes complexes (aérodynamique), le jugement de qualité perçue, l étude des postes de travail et de leur ergonomie, la faisabilité des opérations, l apprentissage du geste technique.

18 Retour d effort pour les études d ergonomie Présentateur P. Fuchs Organismes L objectif est de pouvoir valider l ergonomie d un poste de conduite à l aide de la seule maquette numérique. Cette action vise à développer un cadre d'expérimentation concernant le couplage des interfaces haptiques et de la visualisation immersive, avec visiocasque ou avec rétroprojection, dans un contexte d'applications ergonomiques des postes de conduite du domaine automobile et des autres moyens de transport (train par exemple). Interface à retour d effort sur deux doigts L'enjeu de cette action concerne donc l'évaluation opérationnelle du couplage de l'interface haptique et du système de visualisation pour répondre à une immersion et une interaction fonctionnelle en ergonomie : la solutions retenue est composée d un gant à retour d effort sur deux doigts, conçu à l Ecole des mines de Paris.

19 VTT : Virtual Technical Trainer Présentateurs Franck CRISON Jean-Louis DAUTIN Organismes Daniel MELLET Concept Dans le domaine de l usinage, l évolution des outils a fait disparaître les tours et fraiseuses manuels au profit des machines à commandes numériques. Or ces dernières éloignent l apprenant de la matière au point qu il perd toute notion des contraintes mécaniques dans les tâches réalisées par les machines d usinage. Pour procéder à des réglages adaptés de la machine, il convient de comprendre les forces qui sont mises en jeu. Un environnement virtuel permet de mettre en relation directe la sensibilité d un apprenant avec les forces engendrées par les systèmes. Grâce à un bras à retour d effort, il ressent les effets physiques et les contraintes mécaniques de l usinage. Caractéristiques du VTT Deux parties distinctes : L atelier virtuel ainsi que le tablier de la fraiseuse, la pièce à fraiser et le mandrin de la fraiseuse qui apparaissent en tant qu objets indépendants. Le pilotage du périphérique de retour d effort. Le principe consiste à associer le mandrin de la fraiseuse virtuelle à la poignée. Dés que la tête de fraiseuse entre en contact avec la pièce, une résistance est ressentie au niveau de la poignée, résistance dont l intensité est directement liée au travail effectué au matériau utilisé. Spécificités scientifiques et techniques Compte tenu du cadre applicatif (milieu industriel) il a été décidé de réaliser un périphérique à retour d effort dédié incluant du véritable retour d effort sur 2 axes et une approche pseudo-haptique sur un axe.

20 Montage virtuel avec retour d effort d un moteur de lèvevitre à l intérieur d une portière Présentateur Claude Andriot Organismes Dans cette démonstration nous présentons le montage virtuel avec retour d effort d un moteur de lèvre vitre à l intérieur d une portière Renault. Cette démonstration aura lieu dans la salle immersive PHARE du CEA/LIST. PHARE comprend les éléments suivants : Deux organes haptiques à 6 degrés de liberté, des Virtuose 6D développés par la société Haption, permettent à l'opérateur de manipuler, avec retour d'effort, les objets virtuels présentés à l'opérateur. Leur volume de travail est un cube de 40 cm de côté et peuvent développer jusqu'à 40N en effort. Un système de capture de mouvement, composé de 4 têtes stéréo développées par la société ActiCM et installées au 4 coins de la plate-forme, permet de saisir les mouvements de tout l'opérateur au moyen de petites billes réfléchissantes fixées sur son corps. La précision de la capture est de l'ordre du mm dans un cube de 2,5m de côté. Deux écrans de 2mx2,5m l'un vertical, l'autre horizontal, assurent l'immersion visuelle. Deux projecteurs Barco affichent une image en 3D grâce à un système de stéréo active. Un système de restitution sonore spatialisé permettant de simuler le son accompagnant les collisions dans le monde virtuel. Un moteur physique temps réel permettant de détecter les collisions entre objets du monde virtuel et de calculer les forces échangées lors de ces collisions. Avec le soutien du Conseil Régional d Ile-de-France

21 SAMIRA II Présentateur François GUILLAUME Organismes SAMIRA II est une plate-forme 3D interactive de simulation de tâches de maintenance avec retour d efforts. Ce projet a été réalisé par le Centre Commun de Recherche de EADS. il fait suite à une première version, SAMIRA I, déployée dans les entités du groupe EADS et complétée grâce aux expérimentations technologiques menées dans le cadre du projet Perf-RV. Cette nouvelle plate-forme est basée sur une architecture modulaire et évolutive s appuyant sur une grappe de PC. Chaque nœud de calcul est dédié à une tâche spécifique : *Rendu visuel sur Virtools *Rendu haptique avec le bras Virtuose 6D *Simulation physique avec Vortex ou OpenDE Les tests réalisés par EADS CCR sur des cas complexes ont permis de mettre en évidence les performances de la plate-forme, la rapidité d analyse et de résolution des cas difficiles et la simplicité de prise en main. Au delà des études de maintenabilité, SAMIRA II a pour vocation d être utilisée dans le cadre de démonstrations aux clients de EADS.

22 Couplage visuel haptique Présentateur Samir Garbaya (LRV) Organisme Objectif : Etude de la coopération entre sens et détermination de la dominance sensorielle entre la vision et le retour haptique. Approche expérimentale : Découplage visuel haptique : 1. perception haptique de formes géométriques 2. localisation mono sensorielle d objets virtuels 3. étude de la performance humaine Résultats : L analyse de données expérimentales montre que le retour haptique est un sens dominant chez l homme. Le retour visuel est un sens anticipatoire indispensable au début de l interaction qui reste actif lorsque le retour haptique entre en action. Perception haptique de formes géométriques Une fois l opérateur s est fixé des références, ses facultés perceptives utilisent en priorité le sens haptique.

23 Interface haptique à tendons Présentateurs Jérôme PERRET François LOUVEAU Organismes Concept Le terme «interface haptique à tendons» désigne un système à retour d effort dans lequel les couples exercés par les moteurs sont transmis à l utilisateur par des câbles tendus de part et d autre de l espace de travail. Le principe des câbles tendus constitue une alternative intéressante aux structures mécaniques poly-articulées traditionnelles. En particulier, il offre une flexibilité sans équivalent, et permet de réaliser des interfaces haptiques à grand champ et à moindre coût. Cependant, cette solution comporte des inconvénients majeurs, comme la présence de moteurs en surnombre, et l encombrement important de l espace de travail dès que le nombre de degrés de liberté dépasse 3 translations. Prototype présenté Le système présenté est un prototype d interface haptique à tendons, réalisé à partir des briques technologiques mises en œuvre dans tous les produits Virtuose TM : motorisation, électronique, logiciel embarqué. Il se caractérise par une très bonne raideur et des efforts importants, aux dépens de la transparence, qui pourrait être améliorée. Bilan Le prototype présente un intérêt indéniable pour compléter un système de visualisation immersif, dans toutes les tâches de navigation et de manipulation en 3D (pointage, exploration, etc.). Travaux futurs Ce système ainsi constitué servira de base à l expérimentation de nouveaux concepts d interfaces haptiques à tendons, visant à proposer plus de 3 degrés de liberté à retour d effort, sans surcharger l espace de travail.

24 Utilisation de mécanismes virtuels Présentateurs Jérôme PERRET Pascal LOUVEAU Organismes Concept Le terme de «mécanisme virtuel» désigne un ensemble de fonctionnalités qui permettent de modifier le comportement d un système à retour d effort. Il s agit de définir des contraintes cinématiques qui doivent s appliquer aux mouvements de l interface haptique, et qui modifient l interaction avec l utilisateur. Ainsi, les mécanismes virtuels les plus simples sont de type géométrique : blocage le long d un axe, dans un plan, etc. Mais le concept ne se limite pas à ces exemples simples, et se prête très bien à l intégration de contraintes complexes, telles que manivelles, rotules, ou encore trocart. Enfin, il est possible de définir une trajectoire arbitraire en 6 dimensions, et de la considérer comme un «guide virtuel», que l utilisateur est obligé de suivre. Applications Les applications des mécanismes virtuels sont nombreuses, et largement à découvrir. A commencer par l implémentation d un «mode souris», permettant de piloter le curseur habituel sans lâcher l interface haptique, dans un plan vertical face à l écran. Les guides virtuels, quant à eux, sont particulièrement intéressants pour l apprentissage de gestes techniques en réalité virtuelle. Enfin, leur utilisation dans le domaine médical a fait l objet d une démonstration récente, en orthopédie du genou.