L émergence de la Réalité Augmentée

Université de Franche-Comté IUT Belfort-Montbéliard Semestre 1, groupe B1 Expression informatique L émergence de la Réalité Augmentée Yoann BLEIN, Clément BOULACHIN Année 2010-2011

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Introduction La Réalité Augmentée (RA) vise à ajouter en temps direct des éléments virtuels au monde qui nous entoure, en orant à l'utilisateur la possibilité d'être immergé dans cet environnement mixte. Elle peut concerner les cinq sens mais elle touche principalement la perception visuelle. À terme, on peut imaginer un système de tel façon qu'un utilisateur ne soit pas capable de distinguer le monde réel de la Réalité Augmentée qui l'accompagne. C'est un concept très puissant qui va sans aucun doute révolutionner notre façon d'interagir avec le monde extérieur. Le champs d'action de la Réalité Augmentée est très étendu. Parmi les principaux domaines on trouve : le médical, le militaire, l'industriel, le marketing, la navigation ou encore le domaine vidéo-ludique... Nous nous intéressons ici à la Réalité Augmentée accessible à tous dans le monde d'aujourd'hui et à ses applications actuelles : Après avoir été imaginée il y a des années, comment la Réalité Augmentée bascule-t-elle nalement dans les technologies grand public? Cet exposé se découpe en deux parties : après avoir presenté la Réalité Augmentée nous etudierons les raisons de son arrivée au grand public. iii

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Table des matières 1 Naissance, évolution et fonctionnement 1 1.1 Historique............................................. 1 1.2 Principe et fonctionnement................................... 3 1.2.1 Dénition exacte...................................... 3 1.2.2 Mise en uvre....................................... 3 2 La percée de la Réalité Augmentée 5 2.1 Progès technique......................................... 5 2.2 Une nouvelle interaction avec l'informatique.......................... 5 2.3 Correspondance aux besoins................................... 6 A Documents cités 7 v

vi TABLE DES MATIÈRES

Chapitre 1 Naissance, évolution et fonctionnement 1.1 Historique 1966 : Ivan Sutherland (MIT) invente le premier casque qui combine la vue de la réalité et une image de synthèse. L'achage était eectué par des tubes cathodiques miniatures et le suivi des mouvements de la tête était assuré par un bras mécanique lié au casque. Figure 1.1 Casque de Sutherland 1975 : Myron Krueger créée Videoplace, un dispositif permettant aux utilisateurs d'interagir avec des objets virtuels via une caméra et un projecteur. Figure 1.2 Videoplace 1

2 CHAPITRE 1. NAISSANCE, ÉVOLUTION ET FONCTIONNEMENT 1979 : McDonnell Douglas développe un casque projetant des informations utiles pour les pilotes de chasse directement sur leur visière. Figure 1.3 Casque pour pilote de chasse conçu par McDonnell 1997 : Steve Feiner présente la Touring Machine, le premier système itinérant de Réalité Augmentée combinant un achage sur les lunettes à la vue réelle. Le système intègre un GPS et un accès internet par ondes radio. Figure 1.4 Touring Machine de Steve Feiner 1999 : Hirokazu Kato met à disposition ARToolkit, la première librairie open-source et multi-plateformes dédiée à la création d'interfaces de Réalité Augmentée qui va changer l'histoire de la Réalité Augmentée en simpliant son développement. 2000 : Bruce H. Thomas développe ARQuake, le premier jeu basé sur la Réalité Augmentée, permettant de jouer à Quake dans un univers réel grâce à la combinaison de caméras, capteurs et GPS. Figure 1.5 ARQuake, le premier jeu en Réalité Augmentée

1.2. PRINCIPE ET FONCTIONNEMENT 3 2009 : Lancement de Wikitude Drive, système de navigation en Réalité Augmentée pour plateformes Android basé sur NyARToolkit. Il s'agit là de la première application nomade de Réalité Augmentée disponible pour le grand public. Peu après, des applications similaires furent mises à disposition sur l'iphone d'apple. Figure 1.6 Wikitude Drive, système de navigation en RA pour mobiles 1.2 Principe et fonctionnement 1.2.1 Dénition exacte. Il existe deux dénition qui se complètent de la Réalité Augmentée. La première date de 1994, année où Paul Migram et Fumio Kishino dénissent le Milgram's Reality-Virtuality Continuum (1) ou continuum réel/virtuel, expliquant ainsi les diérences entre les réalités mixtes (Réalité Augmentée et la Virtualité Augmentée). La gure suivante illustre ce concept. Figure 1.7 Illustration du continuum réel/virtuel La seconde dénition à été proposée par Ronald Azuma en 1997 et considère comme Réalité Augmentée les systèmes vériant les points suivants (1) : Combine le réel est le virtuel Permet une interaction en temps réel Est inscrit dans un espace en trois dimensions 1.2.2 Mise en uvre. Comme le soulignent Raphaël Grasset (chercheur au laboratoire HITLabNZ ) et Jean-Dominique Gascuel (chercheur de l'équipe ARTIS au Laboratoire LJK ) (2), il n'existe pas de méthodologie de mise en uvre d'un environnement de Réalité Augmentée. Cependant, il est possible de lister le type de matériel souvent utilisé.

4 CHAPITRE 1. NAISSANCE, ÉVOLUTION ET FONCTIONNEMENT Pour les supports visuels, on note l'utilisation de casques de vision directe ou indirecte (la diérence se situe au niveau du mécanisme : lentille transparente plus image projetée, ou image plus vidéo projetée ), d'écran d'ordinateur, d'écran portatifs comme les PDA ou, plus récemment, les téléphones mobiles et enn les projecteurs. Enn, la partie logicielle de l'application remplit les fonctions de calibrage, détection, tracking ainsi que d'ajout (ou augmentation) d'images virtuelles, dans l'image réelle et la gestion des interactions. Toutes ces fonctions nécessitent de la puissance de calcul et celle-ci n'est devenue accessible au grand public que durant cette dernière décennie.

Chapitre 2 La percée de la Réalité Augmentée L'augmentation de la puissance de calcul des machines disponibles au grand public fait parti des facteurs principaux expliquant l'apparition de la Réalité Augmentée au yeux de tous ; Elle se justie aussi par une nouvelle interaction avec l'informatique et par une correspondance avec les besoins des hommes du monde moderne. 2.1 Progès technique Comme vu précédemment, la Réalité Augmentée nécessite un support visuel et une partie logicielle, cette dernière étant supportée par une machine. Ce sont les progrès techniques qui ont permit la grande distribution de matériels tels que les cameras ou smarthpones susamment performants pour supporter cette nouvelle technologie, comme le fait remarquer Gilles Musi, Ce système peut en eet fonctionner sur du matériel standard (ordinateur, caméra, webcam) vendu dans la grande distribution. (3). D'autre part la partie logicielle à elle aussi énormément évoluée grâce aux acteurs de la Réalité Augmentée tel que Total Immersion, entreprise française devenue leader mondial dans ce domaine en quelques années. Gilles Musi toujours, relève que cette entreprise a entre autres réussi à contourner l'une des dif- cultés techniques de la réalité augmentée : conserver une cohérence visuelle entre images réelles et eets virtuels, et a permit le passage d'un long traitement de post-production à quelques millisecondes pour obtenir une image enrichie, ouvrant ainsi la voix à l'achage dynamique en temps réel. Mais en plus d'être techniquement réalisable la Réalité Augmentée présente une nouvelle manière d'interagir avec les données électroniques. 2.2 Une nouvelle interaction avec l'informatique L'ordinateur a révolutionné notre manière de travailler et de vivre en créant un monde informatique qui se chevauche au monde réel. Cependant les deux restent très distincts dans la pratique : on ne communique de l'un à l'autre que part l'intermédiaire d'un moniteur et des périphériques d'entrées, clavier et souris principalement. An d'éviter de se retrouver avec des données présentes dans ces deux mondes, l'homme à tenté de tout informatiser. Toutefois comme le souligne Wendy E. Mackay, directrice de recherche à l'inria (Institut de Recherche en Informatique et en Automatique), le bureau sans papier s'est révélé être un mythe, ce qui n'empêche pas aux hommes d'être débordés d'informations électroniques. De plus, les hommes sont très mal équipés pour faire la liaison entre ces deux mondes, c'est pourquoi le monde de l'informatique reste distinct du réel. C'est ici que la Réalité Augmentée intervient. En eet cette technologie propose de compléter le monde réel, et donc permettre une interaction directe avec les données électroniques tout en continuant à manipuler nos objets familiers, relève Wendy E. Mackay. À défaut de plonger l'homme dans un univers articiel, celui-ci vient compléter son environnement actuel dans le but de tirer des deux mondes simultanément ; C'est l'objectif de tout les projets exploitant la Réalité Augmentée. Ainsi Wendy E. Mackay propose qu'un architecte sur le terrain puisse directement noter et transmettre des corrections sans quitter des yeux son plan papier, mais on peut trouver un grand nombre d'utilisations de cette technologie pour répondre à nos besoins. 5

6 CHAPITRE 2. LA PERCÉE DE LA RÉALITÉ AUGMENTÉE 2.3 Correspondance aux besoins La Réalité Augmentée touche un grand nombre de domaines et peut se révéler fort utile, que ce soit dans un cadre professionnel comme au quotidien en répondant aux besoins secondaires des humains. Ces premières utilisations sont déjà disponibles sous forme d'applications pour smarthpone. On relève notamment les pages jaunes immersives qui font apparaitre les commerces proches dans la direction où ils se situent, voire leur position exacte sur l'image vue par l'appareil ou encore une application permettant de faire apparaitre, de la même manière qu'avec les pages jaunes, les habitations et locaux en vente ou location. Toujours dans au service du quotidien on trouve, depuis un ordinateur muni d'une webcam cette fois, des sites proposant de projeter le produit sur votre image et ainsi d'essayer un habit ou une montre. Grâce au Kinect de Microsoft, on voit aussi apparaitre les premiers jeux vidéos exploitant la Réalité Augmentée sur console, c'est probablement un des secteurs qui va être le plus marqué par cette technologie. On delà de simples applications, on peut imaginer des système complets en Réalité Augmentée tel que cette cuisine (1) où l'utilisateur est entièrement guidé et dispose d'un grand nombre d'informations à tout moment.

Annexe A Documents cités 1. Article anglais de Wikipedia sur la Réalité Augmentée Source : http://en.wikipedia.org/wiki/augmented_reality 2. Raphaël Grasset (chercheur au laboratoire HITLabNZ ) et Jean-Dominique Gascuel (chercheur de l'équipe ARTIS au Laboratoire LJK ). Publication du mémoire Réalité Augmentée et Environnement Collaboratif : Un Tour d'horizon en 2003. Source : http://artis.imag.fr/publications/2003/gg03/afig2003.pdf. 3. Gilles Musi, article Total Immersion démocratise la réalité augmentée publié sur L'Expansion.com le 27/10/2007. Source : http://www.lexpansion.com/high-tech/total-immersion-democratise-la-realite-augmentee_ 130739.html. 4. Wendy E. Mackay, directrice de recherche à l'inria (Institut de Recherche en Informatique et en Automatique), extrait de l'article Réalité augmentée : le meilleur des deux mondes Source : http://www.lexpansion.com/high-tech/total-immersion-democratise-la-realite-augmentee_ 130739.html. L'informatique actuelle nous force généralement à laisser de côté nos anciens outils. Elle prétend les remplacer. Une nouvelle approche de l'informatisation, baptisée réalité augmentée, propose au contraire de continuer à manipuler nos objets familiers - documents papier, crayons, gommes... - de façon ordinaire. Mais en coulisses une discrète machinerie augmente ces objets de nouvelles capacités de traitement de l'information. Ainsi un architecte pourra sur un chantier noter et transmettre des corrections sans quitter des yeux son plan papier, un mécanicien sera guidé dans son intervention par des indications graphiques projetées sur les pièces qu'il doit tester ou remplacer. Plutôt que de plonger l'homme dans un monde articiel, la réalité augmentée propose d'enrichir son environnement naturel. Une vraie révolution dans la conception des interfaces informatiques pourrait bien changer la manière dont nous conçevons l'ordinateur. Elle s'articule autour d'un nouveau concept : la réalité augmentée. De quoi s'agit-il? L'ordinateur est partout et a transformé notre façon de travailler et de vivre. Mais la transition entre l'univers traditionnel peuplé d'objets matériels et l'usage d'ordinateurs n'est pas facile. Le bureau sans papier s'est révélé être un mythe : non seulement les employés de bureau sont submergés de papier, mais ils doivent aujourd'hui manipuler des quantités toujours plus grandes d'informations électroniques. Ce qui est plus grave, c'est qu'ils sont très mal équipés pour faire la liaison entre ces deux mondes diérents mais qui se chevauchent. Il n'est sans doute pas étonnant que l'ordinateur n'ait eu que peu d'impact, voire pas du tout, sur la productivité des cols blancs. Ces questions ne concernent pas uniquement le travail de bureau. En médecine, des progrès importants ont été réalisés dans les techniques d'imagerie et les outils de diagnostic interactif. Pourtant, la plupart des hôpitaux restent dèles au papier et au crayon pour les courbes de températures accrochées au lit du malade. 7

8 ANNEXE A. DOCUMENTS CITÉS La réalité augmentée s'attaque à ce type de problème en réintégrant l'information électronique dans le monde physique. La réalité augmentée est un vocable général qui recouvre diérentes méthodes dont l'objectif est commun : permettre aux gens de tirer parti de leurs compétences dans l'interaction avec le monde de tous les jours, tout en protant de la puissance des réseaux informatiques. [...] 5. Capture extraite de la vidéo Imagining An Augmented Reality Future Source : http://nanojv.wordpress.com/2011/01/01/realite-augmentee-israel-123/. Figure A.1 Extrait de la vidéo Imagining An Augmented Reality Future Extraite de la vidéo "Imagining An Augmented Reality Future", cette capture montre les possibilités de l'utilisation de la Réalité Augmentée dans une simple cuisine. Nous somme dans le point de vue de l'utilisateur, qui va faire chauer de l'eau, un minuteur apparait alors automatiquement devant de sa bouilloire une fois celle-ci allumée. De plus il est avertit qu'il "gâche de l'énergie" car la quantité d'eau utilisée est trop grande pour une tasse. A l'aide d'un clavier virtuel l'utilisateur recherche ensuite une recette de thé, donnant résultat dans un temps et record et automatiquement mise en relation avec la bouilloire. Les éléments nécessaire à sa préparation lui sont indiqués dans la pièce. On remarque aussi l'omniprésence des publicités ajoutées elles aussi virtuellement et d"autres éléments pratiques comme une horloge.