Les techniques de réalité virtuelle gagnent du terrain. Les progrès majeurs en matière d’informatique, tant logiciel que matériel, d’affichage stéréoscopique, ou encore de détection de mouvement ont favorisé leur diffusion. On observe une perméabilité des applications entre les mondes professionnels et grand public. Le succès du film Avatar, du portail web Second Life, de la console de jeu Wii, l’arrivée prochaine dans les magasins spécialisés d’écrans plats stéréoscopiques… ne font qu’amplifier ce phénomène d’enrichissement mutuel. Et les bureaux d’études ?
La réalité virtuelle, parlons-en
Mais de quoi s’agit-il ? « La réalité virtuelle est un domaine scientifique et technique exploitant l’informatique et des interfaces comportementales en vue de simuler dans un monde virtuel le comportement d’entités 3D, qui sont en interaction en temps réel entre elles et avec un ou des utilisateurs en immersion pseudo-naturelle par l’intermédiaire de canaux sensori-moteurs » telle est la définition technique de la réalité virtuelle (RV)admise communément par les acteurs du domaine. Deux expressions sont à retenir, l’immersion et l’interaction. Il s’agit donc d’exploiter ces deux paradigmes afin de permettre à une ou plusieurs personnes d’interagir avec un mode virtuel à travers une interface lui donnant l’illusion de la réalité.
Sans rentrer dans le détail, la RV s’appuie sur un système d’affichage immersif (un ou plusieurs écrans orthogonaux les uns avec les autres, lunettes stéréoscopiques…), et sur une interface capturant les actions de l’opérateur (tracking de position, joystick, manipulateur à retour d’effort, etc.). L’application logicielle se charge de calculer les interactions de l’opérateur avec cet environnement virtuel et d’en restituer, en temps réel, le résultat sur les dispositifs d’affichage immersif. Techniquement, le sujet est particulièrement vaste. Nous invitons les lecteurs curieux à se plonger dans « le traité de la réalité virtuelle », un ouvrage en cinq tomes édité par la librairie technique de l’Ecole des Mines de Paris et dirigé par Philippe Fuchs, dont vous trouverez les propos dans les lignes qui suivent.
Pour qui ? Pour quoi ?
Dans le domaine de la production manufacturière, la RV trouve naturellement deux voies d’applications majeures : la revue de projets en cours de développement et la formation des opérateurs. Mais ces deux axes de simulation recouvrent une grande variété de situation et de secteurs.
L’automobile est sans doute le premier utilisateur de ces technologies. Le site de Vélizy dédié au design de PSA dispose d’une salle de 500 m2 totalement dédiée à la réalité virtuelle et regroupant trois types d’installations. La plus importante est un Cave, un espace cubique composé de cinq surfaces de projection de 5 x 3 m. L’immersion est renforcée par le port de lunettes stéréoscopiques. Le constructeur l’utilise pour simuler à l’échelle 1 et évaluer les intérieurs de véhicules en cours de développement, mais également des postes d’assemblage sur les lignes de production. Les revues de projets de véhicules complets s’appuient, elles, sur un écran stéréoscopique de 5 x 3, 75 m permettant d’afficher grandeur nature le véhicule et de tourner autour comme si vous l’aviez devant les yeux. D’ailleurs, le constructeur dispose de plusieurs de ces écrans dans son centre ADN, preuve que les besoins sont importants… Le troisième équipement est un Holobench. Il s’agit de deux écrans orthogonaux de 1,8 x 1 m, associés à un manipulateur à retour d’effort par câbles. Il est employé pour simuler des opérations de montage comme l’installation d’un moteur de vitre dans une porte ou la dépose d’un joint d’étanchéité et en vérifier notamment l’aspect ergonomique. Comme l’explique Marc Duval Destin, directeur de la recherche et de l’ingénierie du groupe, « la RVest un outil utilisé au quotidien par nos équipes. La salle est constamment occupée et une dizaine d’experts préparent continuellement les séances projets pour les évaluations d’architecture véhicule, de qualité perçue, de style, ou des opérations de process. Il faut comprendre qu’il ne faut qu’une ou deux journée pour réaliser une maquette virtuelle de véhicule, contre plusieurs semaines pour ne produire qu’une partie de son équivalent physique comme l’habitacle ! PSA utilise de plus en plus la RV : 35% de plus sur la nouvelle C3 par rapport à la C3 Picasso… »
En tête, le secteur des transports
D’autres domaines que l’automobile sont concernés par la RV. Les constructeurs de navires emploient la réalité virtuelle depuis plusieurs années, notamment pour des démonstrations avant-vente et des revues de conception. Le fabricant de navires militaires DCNS par exemple conçoit le poste de navigation opérationnel de son dernier sous-marin d’attaque à l’aide d’un équipement de RV élaboré par la société Clarté. Particularité de cette installation, sa duplication en deux exemplaires, l’une sur le site de Cherbourg, l’autre à Lorient. Cela permet un travail collaboratif entre deux personnes distantes géographiquement, un ingénieur et un ergonome par exemple. Tous deux sont immergés dans le même environnement virtuel (un grand écran d’affichage, des lunettes stéréoscopiques et un tracking de leurs mouvements). Le premier peut prendre des mesures physiques, saisir des objets, les déplacer, y placer un mannequin et vérifier avec le second ses possibilités de mouvements et son champ de vision. Les bénéfices ? « Ces outils améliorent la qualité de conception et assurent un meilleur cadencement des études en accord avec la production », répond Georges Joab, directeur Navires armés de DCNS. Une nécessité alors que les sous-marins de nouvelles générations doivent être conçus et fabriqués en 10 ans, contre 15 ans auparavant, et que les enveloppes budgétaires sont de plus en plus strictes.
Toujours à propos de DCNS, évoquons le projet Sigran que l’entreprise pilote. Celui-ci vise à introduire directement la « réalité augmentée » dans le poste de pilotage des navires. L’idée est d’en favoriser la conduite en superposant aux instruments de navigation un modèle 3D temps réel de l’environnement maritime (bateaux, côtes rocheuses, plateformes pétrolières), potentiellement cachés par les conditions climatiques. Une modélisation nettement plus efficace pour les marins qu’une trace radar…
On citera encore Dassault Aviation qui a largement utilisé la maquette numérique et la revue de projets en mode stéréoscopique pour l’élaboration de son dernier jet d’affaire Falcon 7X. Une technique particulièrement efficace pour découvrir le plus tôt possible les collisions et impossibilités techniques qui peuvent survenir dans une structure où se croisent des centaines de kilomètres de câbles et de canalisation en tout genre…
DOSSIER
Une démocratisation lente mais certaine
Evidemment, le coût et la sophistication de ces installations les a jusqu’à maintenant réservé à des utilisateurs « riches ». Il s’agit des grands noms de l’industrie automobile, du secteur aéronautique et des centres de R&D comme le CEA-List, l’Ecole Nationale des Ingénieurs de Brest ou l’Ecole des Mines de Paris. Mais la démocratisation de ces équipements est en route comme le montrent les exemples dans les pages « applications » qui suivent. Des universités comme celle de Reims s’équipent en exploitant judicieusement la mutualisation des moyens ; une piste à suivre sans doute pour les industriels. La société Clarté, spécialiste de la RV, met ses ressources technologiques de « l’Ingénierium » de Laval à disposition de nombreuses entreprises. Une démarche similaire pour le Centre de Réalité Virtuelle de la Méditerranée dont les installations ont bénéficié par exemple au fabriquant de navires Bourbon pour des projets de conception. Et des éditeurs comme Dassault Systèmes s’équipent pour présenter leurs propres outils comme Virtools. Les projets d’application métier participent également à la diffusion de la technologie et à son intégration dans les process de conception innovante.
Comme l’explique Claude Andriot, Expert Senior en Simulation Interactive au CEA-List, « la technique évolue très vite. L’instrumentation de l’opérateur va céder la place à une caméra 3D pour piloter l’avatar, technique beaucoup plus légère. Les écrans plats de grande dimension et capables d’afficher en relief seront disponibles bientôt à des prix accessibles. Ils remplaceront avantageusement les écrans et projecteurs : lourds, chers et encombrants. Citons encore le retour d’effort simulé par dispositif vibreurs, moins performants, mais nettement plus économiques et simples à mettre en œuvre que les dispositifs haptiques actuels. Enfin, l’utilisation d’un PC avec une carte graphique musclée, à la place d’une station haut de gamme, et l’amélioration de l’aspect sonore de la simulation permettent de combler les différences de performances avec les équipements haut de gamme.»
Le futur ?
Pour l’industriel qui conçoit des produits manufacturés, les outils de réalité virtuelle constituent un pas de plus pour diminuer, voir supprimer les maquettes et prototypes physiques. Ils sont…
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