CONCEPTION ET DEVELOPPEMENT D ENVIRONNEMENTS VIRTUELS COLLABORATIFS Roberta LIMAGOMES 1 Directeur de thèse: JeanPierre COURTIAT* Laboratoire d'accueil: * LAASCNRS 7, avenue du Colonel Roche 31077 Toulouse Cedex 4 Etablissement d'inscription: Université Paul Sabatier Toulouse III 118, Route de Narbonne 31062 Toulouse Résumé Pour répondre à la demande croissante de technologies de collaboration, plusieurs CVEs (Environnements Virtuels Collaboratifs) ont été développés. Cependant, dans la plupart de ces systèmes collaboratifs, la collaboration se restreint au contexte de la réalité virtuelle. Ce travail propose de définir et mettre en œuvre une méthode générale pour étendre des CVEs par l intégration de différents outils pour que la collaboration puisse avoir lieu dans différents contextes (par exemple, la navigation Web), de façon parallèle et coordonnée avec la scène virtuelle. Différents domaines d application, dont le téléenseignement, sont envisagés pour montrer le bien fondé de l approche proposée. Mots clés Systèmes collaboratifs, environnements virtuels multiutilisateurs, réalité virtuelle, téléenseignement. 1 INTRODUCTION Le World Wide Web est devenu aujourd hui la plus importante plateforme de communication et de collaboration. La demande croissante de technologies de collaboration est une évidence d'un désir commun d'abolir le paradigme conventionnel où chaque utilisateur exploite le WEB de façon individuelle et indépendante. Une des principales motivations encourageant ces technologies est la façon distribuée dont les entreprises et les centres de recherche travaillent. Comme réponse à cette demande, plusieurs systèmes collaboratifs (ComputerSupported Cooperative Work ou CSCW) ont été conçus. Certains n'assurent que la notion de présence tandis que d'autres offrent tout un ensemble d'outils de gestion et de communication. Les Environnements Virtuels Collaboratifs (Collaborative Virtual Environments ou CVEs) représentent une catégorie importante de systèmes CSCW qui fournissent des facilités de collaboration à travers l'implémentation d'un espace virtuel distribué. L'espace virtuel peut être représenté par de simples environnements textuels ou même par de riches scènes 3D partagées (ce qu'on appelle des mondes virtuels). L'utilisation de la Réalité Virtuelle (Virtual Reality ou ) est encouragée à cause de sa capacité importante de modélisation et d'interactivité, permettant aux CVEs de résoudre plusieurs problèmes concernant les CSCW: (i) la notion de présence (perception des activités des autres membres du groupe); (ii) la représentation des métaphores du monde réel (des gestes humains) et des objets (simulations en 3D); (iii) la réduction des coûts de transmissions à travers le réseau. 1 rgomes@laas.fr
Cependant, la plupart des CVEs connus correspondent à des solutions propriétaires commerciales qui travaillent indépendamment des autres outils de collaboration. Ceuxci n'offrent la collaboration qu'à l'intérieur de leurs mondes virtuels respectifs. En conséquence, de riches fonctionnalités normalement offertes par différents outils d'édition, de communication et de collaboration ne sont pas fournies. L objectif de ce travail est de proposer l'extension de CVEs à travers l'intégration d'outils externes [1]. Afin de permettre que cette extension soit mise en œuvre d'une façon la plus générale possible, un "Integration Framework" a été défini. Celuici décrit comment les différents outils de collaboration doivent être interfacés avec les CVEs. Cet article est structuré en cinq sections. Dans la section 2 nous faisons le positionnement de notre travail par rapport à d'autres travaux de recherche. Dans la section 3 nous présentons les motivations qui ont guidé cette proposition d'intégration ainsi que quelques scénarios d'intégration. L' "Integration Framework" et une architecture de système associée sont décrits dans la section 4. La cinquième section présente quelques conclusions et directions de travaux futurs. 2 ETAT DE L ART Plusieurs systèmes collaboratifs ont été documentés dans la littérature. La plupart de ces systèmes ont le WEB comme architecture de base. CoLab [2] et PROOF [3] sont des exemples de systèmes multiutilisateurs pour la navigation synchrone de documents WEB. Tout comme la navigation collaborative, certaines applications WEB offrent aussi des outils de communication telles que les chat ou visioconférence (PageTogether [4]). Des outils de partage d'applications et de tableaublanc sont également proposés (NetDIVE [5]). Concernant les CVEs, beaucoup d'efforts ont été déployés pour développer des applications collaboratives 3D. Des systèmes comme DIVE [6] et Open Community [7] fournissent les moyens nécessaires pour la conception des mondes virtuels 3D complexes (représentant le cœur de la collaboration) où des personnes se "rencontrent" pour interagir les unes avec les autres. Les environnements de réalité virtuelle multiutilisateurs peuvent être développés à travers des solutions propriétaires (MASSIVE3 [8], DIVE) ou par l'extensions de standards et de formats de modélisation 3D existants (COSMOS [9], Open Community). Les plus importants parmi ces standards et formats sont: (i) MPEG4 [10] (un standard ISO/IEC qui utilise une approche orientée à objets et un langage binaire pour la description de scènes ); (ii) ML [11] (aussi un standard ISO/IEC représentant un langage de description de scènes en format texte); et (iii) X3D [12] (la " prochaine génération" de ML, encore dans l'état de "Draft", où le format XML doit être utilisé pour la description des scènes). Parmi les CVEs existants, seulement quelques solutions proposent l'intégration de l'activité collaborative en cours dans le monde avec d'autres applications. Dans [13] les auteurs proposent l'intégration de CRACK! (un outil qui fournit la notion de présence des utilisateurs visitant la même page WEB) et VIVA (une application de réalité virtuelle) pour permettre aux utilisateurs qui sont en train de naviguer sur le WEB d'être au courant d'autres qui sont connectés au monde. Dans [6] l'environnement virtuel est interfacé avec une application d'envoi de messages électroniques ainsi qu'avec un éditeur de texte permettant aux utilisateurs de prendre des notes et les envoyer à travers une boîte postale virtuelle. Virtual Worlds Platform 5 [14] fournit une intégration plus riche où des documents de différents formats peuvent être affichés dans le monde (en utilisant l'interface 3D) et des communications "Voix sur IP" peuvent être établies. 3 INTEGRATION DE DIFFERENTS OUTILS DE COLLABORATION ET LA REALITE VIRTUELLE Comme nous l'avons décrit dans la section précédente, l'intégration de différentes applications avec les CVEs est un sujet de recherche encore peu exploré, même si cette intégration peut apporter plusieurs bénéfices. Dans cette section nous présentons les principales motivations de ce travail et introduisons quelques scénarios d'intégration.
3.1. MOTIVATIONS Les motivations qui ont guidé le développement de ce travail s'appuient sur le fait que la plupart des CVEs existants ne permettent la collaboration entre les utilisateurs que dans le contexte de la réalité virtuelle. Cette approche est à notre avis trop contraignante pour fournir des services collaboratifs. Commençons tout d'abord par le WEB qui représente la plus importante source publique d'information. En effet, il semble que toutes les activités de collaboration puissent y avoir accès. L'intégration d'un système de navigation WEB collaboratif avec un CVE permettrait à la collaboration ellemême de ne pas être restreinte au contexte. Donc, les utilisateurs seraient capables de coordonner et de synchroniser leurs dans les deux contextes simultanément. Par exemple, au même temps que les utilisateurs naviguent dans un musée virtuel, ils peuvent visiter les pages WEB des oeuvres en exposition. Le fait de suivre un lien vers une page qui décrit une certaine antiquité ramène l'utilisateur dans la salle virtuelle où se trouve la représentation 3D de cette antiquité. Une autre limitation de quelques CVEs est le fait d'utiliser l'interface 3D pour afficher ou manipuler les documents (par exemple dans [14]). Par exemple, afficher/éditer le contenu d'un fichier WORD dans la scène virtuelle. Puisque la réalité virtuelle n'a pas été conçue pour présenter des données telles que des textes formatés ni des feuilles de calcul numériques, c'est un vrai défi pour les utilisateurs d'éditer ou simplement de visualiser ces documents à l'intérieur du monde virtuel. Ainsi, l'intégration d'outils d'édition externes serait nécessaire pour permettre aux utilisateurs de manipuler correctement ces documents (au lieu d'essayer de les éditer directement à l'intérieur de la scène 3D). De plus, l'intégration d'outils de partage d'applications pourrait répondre aux besoins actuels en matière d'édition collaborative de documents. Le dernier aspect pris en compte par ce travail regarde les besoin en communication toujours associés aux travaux collaboratifs. Vu que la communication est un élément clé pour la collaboration, elle devrait être inhérente aux CVEs. Plusieurs CVEs fournissent déjà des moyens de communication tels que des Chat et Audioconférence [6,14]. Mais souvent ils consistent en des solutions propriétaire qui ne peuvent être utilisées que pour atteindre les utilisateurs connectés au même environnement. L'intégration d'outils de communication externes ne permettrait pas seulement la communication entre les utilisateurs connectés, mais également avec ceux qui sont en dehors du monde virtuel. 3.2. LES SCENARIOS D INTEGRATION Les deux premiers scénarios d'intégration concernent l'intégration des CVEs et le WEB: a) Synchronisation bidirectionnelle Dans les documents conventionnels des de navigation peuvent être exécutées comme résultat des inter utilisateur. Ceci est accompli par la définition d'ancres sur les objets qui composent la scène. Une fois qu'un objet est sélectionné, l'url cible (qui peut référencer différents type de ressource WWW) est alors présentée. La définition d'ancres dans les scènes virtuelles représente aujourd'hui le seul mécanisme offrant une intégration entre les mondes et WEB. Ce scénario d'intégration propose l'extension de ce mécanisme afin de permettre que les inter aient lieu également dans le sens inverse. C'estàdire, être capable de lier des événements de navigations WEB à des dans le monde virtuel, en changeant par conséquence son état courrant (par exemple, en insérant un nouvel objet dans la scène 3D). b) "Portail WEB" d'accès au monde Puisque les activités de groupe ont lieu dans le contexte, les utilisateurs doivent avoir des équipements adéquats pour joindre le groupe (des machines performantes ainsi que les logiciels 3D appropriés). Pourtant ces contraintes peuvent rendre difficile l'accès au monde virtuel à travers des dispositifs plus restreints (par exemple, des PDAs). Ce scénario d'intégration a pour but de permettre aux utilisateurs de suivre l'activité du groupe depuis l'extérieur du contexte. Des pages WEB dynamique représentant l'état courant
de l'activité du groupe pourraient jouer le rôle de "miroir" du monde virtuel. Un exemple pourrait être une page WEB qui affiche la liste des utilisateurs connectées au monde ainsi que tous les messages texte déjà échangés entre eux. Pour enrichir un peu plus cette fonctionnalité nous pourrions faire une association avec le scénario décrit précédemment. Par exemple, nous pourrions permettre que des utilisateurs n'ayant pas de "capacités" puissent interagir avec le monde virtuel en envoyant des messages (saisis en utilisant des Forms dans les pages WEB) qui seront affichés dans la scène 3D. Les deux prochains scénarios d'intégration concernent l'extension des fonctionnalités des applications en utilisant d'autres outils de collaboration et de communication: c) Outils d'édition + Partage d'application À l'intérieur des mondes des objets peuvent être créés pour représenter de véritables documents (tels que des feuilles de calcul ou des textes formatés). Dans les scènes conventionnelles, la définition d'ancres sur ces objets permettrait aux utilisateurs de cliquer sur eux et par conséquence de les télécharger ou de les visualiser localement dans la fenêtre du navigateur WEB. Dans ce scénario d'intégration nous proposons la possibilité d'exécuter un outil d'édition collaboratif pour visualiser/éditer un document suite à une interaction dans le monde virtuel, comme sa sélection. Puisqu'il y a toujours une version centrale du document (au lieu d'une version locale pour chaque utilisateur), sa représentation pourrait refléter les changements apportés au document lors de son édition. d) Outils de Communication L'intégration d'outils de communication dans les mondes proposée par ce scénario a pour but de faciliter aux utilisateurs l'accès à ces outils. L'idée principale est de permettre que des outils de communication soient lancés suite à des évènement dans le monde virtuel. Par exemple, sélectionner un avatar (la représentation graphique d'un utilisateur) déclencherait une conférence audio avec lui. En plus, les outils de communication peuvent être directement liés à des objets virtuels. Un objet qui modélise un téléphone pourrait représenter un lien vers une application du type "Voix sur IP", ce qui permettrait aux utilisateurs d'appeler depuis le monde virtuel d'autres qui sont ailleurs. Training / E learning Group Work Ebusiness Virtual Classes Product Maintenance Product Enginee ring Group Meetings Virtual Products Virtual Shopping Intégration avec le WEB Synchronisation "Portail WEB" d'accès bidirectionnelle au monde Permettre aux étudiants qui n'ont pas des dispositifs nécessaires pour se connecter au monde d'avoir accès aux cours. Des professeurs qui donnent des cours en exécutant simultanément des navigation WEB et des inter dans des scènes virtuelles. Des sur le modèle 3D d'un produit peuvent être exécutées comme résultat des inter de navigation sur son manuel HTML. Insertions d'objets dans la scène virtuelle représentant des véritables documents qui ont été uploaded pour être accessibles aux autres utilisateurs. Les consommateurs choisissent les produits depuis un catalogue WEB et les ajoutent dans la scène virtuelle. Visualisation simultanée d'une même marchandise en effectuant la navigation WEB synchronisée avec des inter sur son modèle 3D. Tableau. 1. Intégration d'autres applications Outils d'édition + Partage Outils de Communication d'application Objets pourraient être édités de façon collaborative. L'intégration avec une application de Tableau Blanc. Des pages WEB présentant l'état courant de la réunion pour les partenaires en retard qui essaient de joindre le groupe temporairement depuis un PDA. Utiliser des applications CAD pour projeter des produits, tandis que leurs représentations sont mises à jour dans la scène. Identique pour des feuilles de calcul représentées par des diagrammes 3D. Une application du genre Tableau Blanc partagé peut être utilisée tandis que l'objet représentant ce tableau affiche son état courant (par exemple, tous les 5 secondes). Exemple d applications de scénarios d'intégration. Utiliser une application de VoIP pour contacter des gens qui ne font pas partie de la réunion virtuelle.
Pour illustrer les scénarios d'intégration décrits précédemment, nous présentons dans le Tableau 1 des exemples d'utilisation dans le contexte de différentes applications collaboratives. 4 IMPLEMENTATION DE LA PROPOSITION D INTEGRATION 4.1. FRAMEWORK D INTEGRATION Ce Framework d'intégration a pour but de guider l'intégration entre des CVEs qui présentent une architecture clientserveur et différents environnements clientserveur. Nous avons décidé de ne prendre en compte dans un premier temps que des systèmes clientserveur car: (i) la plupart des CVEs existants suivent cette architecture; et (ii) le WEB luimême est de nature clientserveur. Comme il est montré dans la Figure 1, pour accomplir l'intégration envisagée ce framework définit un Module d'intégration qui doit s interfacer avec tous les serveurs concernés. Sa tâche consiste essentiellement à surveiller les événements détectés par chaque serveur (telles que des inter utilisateur) et à exécuter des à travers ces serveurs. Par conséquent, ce module tiendra une liste d'événements liant des événements à des. Une fois un événement notifié, le Module d'intégration enverra des message au serveur correspondant pour exécution des associées à cet évènement. À l'intérieur du monde virtuel, il y a trois principaux types d'événements observables pendant l'activité de collaboration: sélection, création et changements d'état des objets/avatars. Les à être exécutées sont exactement les mêmes. Les autres types d'événements et qui peuvent être notifiées ou exécutées dépendront de la nature de chaque application collaborative. Par exemple, si nous considérons un serveur qui gère une application de navigation WEB collaborative, les évènements sont: taper une nouvelle URL; suivre un lien défini dans la page actuelle; un Submit exécuté à travers des pages interactives (qui contient des Forms HTML). Concernant les à être déclenchées, nous avons tout simplement l'activation des URLs pour forcer la navigation synchronisée du côté de chaque client. Collaboration WEB Browsing Browsing. Collaboration Collaboration Integration Module CVE Fig.1. Framework d'intégration Start/Stop Commun./ App. Sharing Integration Actualization Module Platine Browsing CoLab Browsing VNet Platine Client Tools CoLab Applet Browser Client 1 Fig.2. VApplet EAI ML Plugin Platine Client Tools Un exemple d'architecture CoLab VApplet Applet EAI ML Browser Plugin Client N
4.2. UN EXEMPLE D ARCHITECTURE Pour implémenter le framework proposé nous avons défini une architecture de système (Figure 2) qui intègre différentes applications collaboratives. Quelques besoins ont été considérés pour la définition de cette architecture tels que (i) l'indépendance de la plateforme et (ii) l'extensibilité des systèmes. Puisque Java représente un langage orienté objet et ouvert, il a été choisi comme technologie de base afin de répondre à ces exigences. Le Module d'intégration est représenté par une application Java qui communique avec chaque serveur en utilisant JSDT 2.0 (Java TM Shared Data Toolkit). Nous avons décidé d'utiliser cette technologie car elle offre une vrai boîte à outils pour le développement d'applications collaboratives. De plus, JSDT permet la communication à travers des firewalls puisqu'il peut être utilisé au dessus de HTTP. Ce module implémente différents event listeners programmés pendant son initialisation (il reçoit comme entrée un fichier de configuration contenant une liste d'évènements/) pour envoyer des messages d'action aux serveurs dès que certains évènements sont notifiés. Par rapport au CVE nous avons choisi VNet [15], une technologie client/serveur qui utilise Java et ML pour fournir des espaces 3D partagés. Pour la communication entre les clients et le serveur on utilise le protocole VIP (ML Interchange Protocol). Il s'agit d'un protocole simple et compact qui implémente la transmission des champs ML à travers des messages binaires. Du côté client, nous proposons l'utilisation d'une Applet Java qui communique avec le plugin ML à travers l'interface EAI [16]. Cette Applet doit détecter chaque interaction locale (en fait, des inter qui peuvent changer l'état du monde virtuel) et la communiquer au serveur. Une fois que ces informations sont arrivées au serveur, celuici les diffuse aux autres Applet clientes et cellesci mettent à jour la scène virtuel respective. Cette architecture restreindra le monde à être spécifié en ML. C'est une contrainte acceptable puisque ML est un standard largement utilisé. De plus, lorsque X3D acquerra le statut de standard, la migration du système sera plus directe. Les deux autres applications partagées sont CoLab et PLATINE [17]. CoLab est un environnement Java qui implémente un système de navigation collaborative. Fondamentalement, le serveur CoLab est composé d'un Proxy WEB (responsable de surveiller toute l'activité de navigation exécuté par les utilisateurs) et d'un Moteur de Collaboration (responsable de, dynamiquement, définir les droits d'accès des utilisateurs en fonction d'un ensemble de règles). Le client CoLab est une Applet Java qui en étant connecté au serveur lui permet de synchroniser la visualisation de pages WEB de tous les clients. PLATINE est une plateforme qui fournit des outils de communication, tels que Chat, Audio et Visioconférence, ainsi que des outils de collaboration, tels que un TableauBlanc et un outil de Partage d'application. Tous les modules de la plateforme sont implémentés en Java, sauf l'outil de Partage d'application (implémenté en C++). Le Module d'intégration contrôle les outils PLATINE à travers des start/stop. Parmi ces outils, seulement le Partage d'application et le Tableau Blanc doivent produire des événements pour indiquer des changements effectués sur les documents partagés. 5 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Dans cet article, nous avons proposé l'extension des environnements virtuels partagés à travers l'intégration de différents outils de collaboration et de communication. Cette intégration permet à l'activité de collaboration, normalement restreinte au contexte, d'avoir également lieu dans d'autres contextes (par exemple, le WEB ou le partage d'applications) de façon parallèle et coordonnée. Un Framework d Integration et l'architecture d'un système associé ont également été décrits.
La suite de ce travail se concentrera sur l'implémentation de l'architecture proposée afin de vérifier sa faisabilité. Une application application de réalité virtuelle distribuée dans le domaine du elearning est également en train d'être développée. Son but sera de permettre d'illustrer les fonctionnalités fournies par l'intégration proposée dans cet article. Références [1] R.L. Gomes, G.J. HoyosRivera and J.P. Courtiat "Collaborative Virtual Environments: Going Beyond Virtual Reality", Procs. of IEEE International Conference on Multimedia & Expo, ICME 03, Baltimore, Jul.69, 2003. [2] G.J. HoyosRivera, R.L. Gomes, and J.P. Courtiat, A Flexible Architecture for Collaborative Browsing, Proc. 11th IEEE International Workshops on Enabling Technologies: Infrastructure for Collaborative Enterprises, WETICE'01, MIT, Massachusetts, 2001. [3] G. Cabri, L. Leonardi, and F. Zambonelli, Supporting Cooperative WWW Browsing: a Proxybased approach, 7th Euromicro Workshop on PDP, IEEE, 1999. [4] K. Jiyong et al., PageTogether: WebBased Cooperative Work System Using Multi Protocol Interface, Proc. International Conference on Computers in Education, ICCE'01, Korea, 2001. [5] http://www.netdive.com/indexea.htm [6] E. Frécon and A.A. Nöu, Building distributed virtual environments to support collaborative work, Proc. ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology, 1998. [7] http://www.opencommunity.com/ [8] http://www.crg.cs.nott.ac.uk/research/systems/massive3/ [9] V. Darlagiannis and N.D. Georganas, Virtual Collaboration and Media Sharing using COSMOS, Proc. CSCC 2000, Greece, July, 2000. [10] MPEG4 Overview, ISO/IEC JTC1/ SC29/WG11/N2725, http://www.cselt.stet.it/mpeg/standards/mpeg4/mpeg4.htm. [11] ISO,ML97: The Virtual Reality Modeling Language, Part 1: Functional specification and UTF8 encoding ISO/IEC 147721,1997 [12] http://www.web3d.org/taskgroups/x3d/specification2002february/ [13] S. Pekkola, et al., Collaborative Virtual Environments in the Year of the Dragon, Proc. 3rd Collaborative Virtual Environments, ACM, Monterey, San Francisco, p.1118, 2000. [14] Blaxxun interactive, Virtual Worlds Platform 5: product specification, Munich, Germany, 2001. [15] VNet WEB site: http://www.csclub.uwaterloo.ca/u/sfwhite/vnet/ [16] ISO,ML97: The Virtual Reality Modeling Language, Part 2: External authoring interface ISO/IEC 147722,1997. [17] V. Baudin et al, "Supporting distributed experts in emeetings for synchronous collaboration", Proc. IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, SMC'02, Tunisia, 2002.