Obligement - L'Amiga au maximum

Mercredi 26 juillet 2017 - 16:45  

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Dossier : Les jeux en réalité virtuelle
(Article écrit par Mathieu Brisou et extrait de Tilt - juillet 1991)


La tête enveloppée d'un casque de science-fiction, les mains emmitouflées de gants recouverts de capteurs, à la taille une ceinture reliée à un ordinateur, vous êtes entièrement coupé du monde réel. Vous voyagez dans ce qu'on appelle la "réalité virtuelle" ! La pièce où vous évoluez n'existe pas, et pourtant vous la voyez et vous vous y déplacez. Vous parvenez même à prendre et à déplacer des objets engendrés par un programme. On assiste à la dernière grande révolution technologique du XXe siècle. Imaginez ce que seront les jeux de demain ! Tilt vous invite à participer à une excursion dans le futur...

Un autre univers

De tout temps, les hommes ont tenté de s'échapper de leur univers. La raison importe d'ailleurs peu. Le constat est là ! Que ce soit par le voyage, la religion, les arts, la littérature ou encore diverses substances plus ou moins autorisées, ils ont à chaque époque essayé de découvrir autre chose que le réel. Cette autre chose est, du reste, souvent un fait héroïque. Qui, en effet, ne rêve de devenir tel ou tel personnage mythique de notre culture comme Icare, David, Christophe Colomb, Zorro ou Goldorak.

Désormais, et à coups de prouesses technologiques, ce rêve devient réalité. Certes, ce n'est pas donné à tout le monde pour le moment car cela coûte fort cher. Certes, il reste des progrès à accomplir car la technique doit encore évoluer. Mais le résultat est là : s'échapper du quotidien est devenu possible à l'orée des années 1990 et devrait constituer un des faits majeurs de la dernière décennie de ce XXe siècle, progrès technique aidant.

Eh oui, terminées les aventures dont vous êtes le héros, finie la fiction que l'on se fait dans sa tête ! L'imaginaire devient tangible, la réalité se perd dans les méandres de l'esprit. On devient héros dans l'univers de son choix. Vous voulez déjeuner avec un Martien, sur la troisième planète à gauche, autour d'une table de style ? Pas de problème. Vous voulez affronter de monstrueux dinosaures assoiffés de sang de l'époque où "homme" ne voulait rien dire ? Quand vous voulez...

La genèse

Nous parlons ici de réalité virtuelle, d'un système où se mélangent informatique, système de visualisation et de repérage de commande. Ce système permet d'évoluer dans un espace constitué d'images de synthèse, en temps réel, bien évidemment.

Ce procédé fut imaginé par la National American Space Agency, autrement dit la NASA. Le moteur de cette invention fut l'essor des simulateurs au début des années 1980. Ceux-ci permettent d'entraîner au sol, à moindre coût, des pilotes de chasse mais aussi de l'aviation civile, des pilotes d'hélicoptère, de char, etc. La formation de ces derniers peut se faire dans d'excellentes conditions, en minimisant les risques, mais aussi en simulant des pannes, ce qui est nouveau. Un simulateur se veut le plus proche possible de la réalité. Il se compose d'une maquette de cabine de pilotage ou de tableau de bord devant lequel est assis l'élève, et, à la place des fenêtres et autres hublots, se trouvent des écrans sur lesquels sont projetées des images calculées en temps réel. En fonction des actions effectuées par le pilote, les images changent, la cabine dans laquelle il est posté bouge. Ces simulateurs présentent l'inconvénient d'être réduits à une application et à un nombre limité de cas.

Or, ce que l'on cherche à faire, c'est aller plus loin dans la simulation. On est en quête du mouton à cinq pattes le simulateur de réalité, dans lequel la réalité n'est plus. Elle devient virtuelle. Programmable, ce dernier ne nécessite qu'un minimum de temps pour présenter au choix une cabine de pilotage de Boeing, de chasseur de l'US Air Force, de char, de navette spatiale, etc. Mais un simulateur de réalité va encore plus loin, car il permet de modéliser un univers complexe, dans lequel l'élève peut évoluer librement. Il est nécessaire, pour cela, de capter tous les mouvements de son corps, ce que les chercheurs de la NASA, puis d'autres, se sont évertués à faire...

Pour comprendre l'intérêt du système, prenons un exemple : un industriel équipé de systèmes de production robotisés. Les robots, c'est connu, ne brillent pas par leur intelligence. Pour leur apprendre les divers mouvements à effectuer, un "professeur" déplace le bras du robot pour lui enseigner l'ordre des divers mouvements. Cette phase est alors mémorisée puis répétée. Cette période d'apprentissage demande du temps et l'immobilisation de postes de travail, donc l'arrêt de la production. Imaginons ce qui se passe dans un univers virtuel. Le professeur enfile un habit muni de capteurs et un casque. Il se retrouve alors en présence de l'équivalent informatique de son robot. La phase d'apprentissage s'effectue comme dans la réalité mais, ici, tout est synthétique. Pas d'immobilisation de poste de travail, pas d'interruption de production. Une fois cette phase réalisée, la programmation des véritables robots s'effectue par simple échange de données informatiques et le tour est joué !

Réalité virtuelle
Un hélicoptère 3D, en temps réel !

Bref, la réalité virtuelle a une base économique bien... réelle, et ses domaines d'application sont innombrables. Il s'agit donc d'une véritable révolution, qui touchera tout le monde. Imaginons en effet ce que sera demain. Vous êtes tranquillement installé chez vous et désirez visiter un musée de New York. Un petit tour d'univers virtuel et c'est comme si vous y étiez ! De même, pour le jeu, pensez à ce que pourrait être Mario Bros en réalité virtuelle vous êtes Mario Bros, tout simplement.

Les forces en présence

Bien entendu, nous n'en sommes pas encore à enfiler l'habit de Mario. La réalité virtuelle en est à ses tout débuts, elle n'est pas encore adolescente. Grosso modo, on estime qu'une centaine de systèmes de réalité virtuelle ont été vendus jusqu'à présent, alors qu'on en parle depuis 1986, date de création de la société VPL Research, véritable promoteur de ces systèmes et qui a su profiter des acquis de la NASA en la matière.

Cette faible diffusion s'explique par divers facteurs. Le premier, essentiel, est d'ordre technique. Le traitement des images en temps réel n'est apparu sur le système VPL que depuis un an et demi environ... Le second facteur est d'ordre plus psychologique : il semble que la notion de réalité virtuelle ait du mal à faire son chemin. Mais cela n'empêche pas d'autres sociétés de se lancer dans la course, comme W.Industries par exemple, qui est en concurrence directe avec VPL. De même, Videonics en Grande-Bretagne, des sociétés nippones et australiennes s'intéressent de très près à ce marché. Mais, il est clair que VPL Research et W.Industries ont une bonne longueur d'avance. Ainsi, Videonics utilise les périphériques de base proposés par VPL...

Réalité virtuelle
La platine développée par Videonics

Concrètement, comment se présentent ces divers "simulateurs" ? Premier choc : le système VPL apparaît, au premier abord, comme bien artisanal. Il s'agit d'un méli-mélo de câbles connectés à des racks noirs, le tout entouré d'une kyrielle d'ordinateurs. Vaste programme. Fondamentalement, le système est constitué de deux types d'éléments : ceux de saisie et de ceux de restitution.

Pour la saisie, le premier élément se nomme Dataglove, le gant de données. Il est chargé de saisir et d'envoyer à l'ensemble informatique les informations correspondant aux déplacements des doigts. Attention, nous disons bien des doigts et non de la main. En effet, le Dataglove est équipé d'un système de repérage de position, faisant appel à un champ électromagnétique. Le Spatial Tracking System, surnommé Polhemus Space, émet un champ et détecte les mouvements du gant. Les données sont ensuite expédiées à la partie informatique de l'ensemble. Ce système offre une très grande précision, de l'ordre de 1 mm en mode optimal et de 0,8 mm en bout de champ. Côté inclinaison, on dispose d'une précision de 0,1 degré. Cette précision est utilisée par le système puisque le pilotage des commandes de base s'effectue par des mouvements de la main ou des doigts. Deux doigts en avant avec le bras tendu signifie avancer dans telle direction, le même mouvement par dessus l'épaule veut dire reculer, etc. Soulignons que Polhemus est aussi utilisé pour le repérage des déplacements de la tête, par le casque et éventuellement du corps, par une combinaison de données. Dans ce cas, on marche, on court, on monte un escalier, dans la réalité mais aussi virtuellement.

Le second périphérique est le casque. Le Eye Phone restitue images et sons. La partie image, composée de deux écrans LCD couleur, propose une résolution de 360x260 points en 256 teintes. Actuellement, à chaque oeil correspond une machine - un SGI 310 - qui calcule l'image en temps réel. Le tout transite par un réseau de type Ethernet, sous le contrôle d'un Macintosh II FX, qui synchronise les divers échanges de données. C'est donc lui qui se débrouille avec le son par l'intermédiaire des boîtiers Emax et Audiosphere.

Mon premier est en fait un échantillonneur qui permet d'intégrer une banque de sons dans un univers. Mon second se charge de la répartition du son dans l'espace, c'est-à-dire de la spatialisation des effets sonores restitués par les deux haut-parleurs contenus dans le Eye Phone. Ainsi, lorsqu'un avion arrive par la droite, on l'entend bel et bien venir de là.

Signalons que la séparation que nous avons faite entre organes de saisie et de restitution n'est que fonctionnelle. Dans la réalité, le casque - organe de restitution - sert à repérer les déplacements de la tête et, dans un proche avenir, le gant - organe de saisie - sera en mesure de restituer des sensations telles que chaud, froid, etc. Mais, nous n'en sommes pas encore là, bien que des prototypes tournent déjà.

En résumé, le système VPL est constitué d'au moins un Eye Phone, un Dataglove, un Mac, deux SGI 310, un Polhemus et de cinq boîtes noires. Le tout pour une somme de l'ordre d'un million de francs sans combinaison de données et sans logiciels. Car il faut aussi des logiciels pour modeler les univers et les régir. Côté modeleur, le système VPL fait appel au programme RB2 de Swivel, avec possibilité de dériver vers Alias et West Front, voire interfaçage avec Explore de TDI. Enfin, il est nécessaire de disposer d'une intelligence pour diriger l'univers, rôle tenu par le Body Electric de VPL. Ce dernier détermine les contraintes physiques telles que loi de gravité, équations de mouvement, possibilités ou non de traverser un mur, etc. Bref, la facture totale est plus proche de deux millions ! Pas vraiment démocratique, n'est-ce pas ?

Ce qualificatif n'est pas non plus très approprié au système proposé par W.Industries bien qu'il soit plus accessible. Il est en effet proposé en entrée de gamme aux alentours de 170 000 FF. Dès l'abord, il apparaît comme bien mieux fini que son concurrent : un style agréable, des connexions blindées allant vers un boîtier ressemblant à une grosse borne d'arcade et intégrant toute la partie informatique - qui, du reste, révèle quelques surprises...

Réalité virtuelle
Le casque de W.Industries

L'ensemble paraît clair, simple, ce que confirme l'examen technique. La base est bien entendu comparable à celle du système VPL. Le casque, nommé Visette, offre une résolution supérieure de 35% au Eye Phone. Cependant, cet avantage ne devrait pas durer, puisque VPL a présenté au CeBIT un casque pourvu d'écrans de 700 lignes. Signalons tout de même que la palette affichable par la Visette est limitée à 32 teintes d'où un très large recours aux trames. D'autre part, le casque est connecté à la partie informatique par l'intermédiaire d'un boîtier que l'on porte dans le dos.

Côté périphérique de saisie, le gant peut être secondé, voire remplacé, par une manette. Enfin, le système Polhemus a ici son pendant, sous la forme d'un champignon que l'on met au plafond et dont les limites sont marquées par un tapis de couleur jaune et bleue. Notez, que ce dernier sert uniquement à limiter l'espace du champ électromagnétique.

Côté capteur, le système de W.Industries est plus simple puisqu'il est réduit à un seul. Plus simple mais aussi bien moins précis. C'est pourquoi les divers déplacements ne sont pas gérés par des mouvements des doigts mais bel et bien par le déplacement du corps. En outre, les gestes de la main sont, dans la pratique, réduits à un état binaire : ouvert ou fermé.

Côté informatique, nous vous avons parlé de surprise. A l'artillerie lourde de VPL, W.Industries répond en effet par la micro en utilisant un Amiga 3000 comme coeur de son système. Enfermé dans le boîtier principal du système, l'ordinateur intègre, en outre, une carte d'interface pour la saisie des données de commandes et de deux cartes graphiques - une pour chaque oeil - pour la génération des images. La modélisation des univers s'effectue sur un PC ou un Macintosh à l'aide du logiciel Autocad.

Réalité virtuelle
Le système de W.Industries piloté par une manette

Comment fonctionnent les gants

Bien des gens se demandent comment les gants arrivent à saisir les mouvements des doigts et de la main. Commençons par exposer le principe de base du Dataglove de VPL Research. Disponible en plusieurs tailles, il se présente sous la forme d'un gant en textile extrêmement résistant, le licra. Des fibres optiques se trouvent à sa surface. A chaque doigt correspond une fibre qui part du haut du doigt, va jusqu'au bout et revient. Elle forme donc une sorte de boucle. Mais, le secret est qu'elle est fendue. Elle conduit un faisceau infrarouge et, à chaque mouvement de doigt, la fente laisse passer une certaine quantité de lumière invisible. Le système calcule alors la quantité véhiculée en sortie de fibre optique et en déduit le mouvement réalisé.

Ce système donne une très grande précision. Toutefois, il s'avère d'une solidité très relative. Au bout d'un certain temps, les fentes pratiquées dans les fibres optiques arrivent à s'agrandir et les pertes dépassent les valeurs théoriques. Le système n'a plus alors la même précision, ce qui en limite grandement les possibilités d'utilisation.

L'approche de W.Industries est tout autre. Leur système a été conçu en fonction de la solidité et de la fiabilité à long terme. Le gant, réalisé en caoutchouc, existe en une seule taille. Pas question dès lors d'atteindre la précision parfaite du Dataglove. Ce gant ne tient que par des ergots dans lesquels viennent se loger les doigts et par une bande velcro qui vient s'adapter au poignet du manipulateur. Sur le dessus de chaque doigt se trouvent des plaques de métal noyées dans le caoutchouc. Le déplacement d'un doigt fait varier l'espace entre ces plaques et c'est par détection de cette variation que le système calcule ensuite le mouvement. Ce n'est pas très précis mais d'une fiabilité à toute épreuve.

La réalité du virtuel...

Côté technique, VPL est donc en avance mais côté coût - même au prix d'une certaine simplification - W.Industries l'emporte largement. En fait, ces deux systèmes ne sont pas véritablement concurrents. VPL offre un système répondant parfaitement aux besoins des industriels. W.Industries est plus proche d'un marché plus grand public, celui des bornes d'arcade et autres démonstrations. Mais, pour VPL, peu importe. En effet, il semble que quelques démêlés judiciaires opposent les deux sociétés : VPL accuse purement et simplement W.Industries de violer certains de ses brevets concernant le système Polhemus. Qu'en est-il exactement ? Oui, les deux systèmes se ressemblent. Oui, un champ électromagnétique est utilisé dans les deux cas. A la justice de donner son avis.

Mais, cette anecdote sur fond de bagarre pour la maîtrise d'un marché porteur ne doit pas cacher la réalité du virtuel. Cet univers est loin d'être figé et les systèmes évoqués sont déjà derrière ce qui se trame en laboratoire et que l'on verra très bientôt. Nous avons déjà évoqué la présentation par VPL d'un Eye Phone d'une résolution double du modèle actuel. Il semble que W.Industries prépare sa réplique.

Soulignons aussi que les univers actuellement modélisés restent extrêmement pauvres. On peut les comparer, du point de vue qualitatif. à ce que proposait la synthèse il y à cinq ou dix ans. C'est pourquoi VPL prépare une évolution de son système avec des SGI 320 et W.Industries travaille sur une interface, afin d'aller vers des ordinateurs plus performants que l'Amiga. Côté gant, cette même société a pris une longueur d'avance à l'occasion du dernier Imagina. Un gant simulant certaines sensations a ainsi été montré. Chaud, froid, notion de toucher avec rugueux ou lisse sont ainsi accessibles. La commercialisation de ce système devrait intervenir en août de cette année. De son côté, VPL Research possède un modèle comparable que l'on pourra certainement découvrir à l'occasion du Scigraph, prévu pour le mois de juin. Inutile de dire que la transposition de ce principe aux combinaisons de données est d'ores et déjà d'actualité.

Mais, la réalité virtuelle se heurte toujours à la réalité tout court. En effet, imaginez que vous vous déplaciez virtuellement dans un désert sans limites. Vous marchez, marchez et boum ! Eh oui, en réalité, il y a des murs à votre chambre... Bref, le tapis multidirectionnel qui se déroulerait sous vos pas dans toutes les directions reste à inventer. Soulignons qu'un tel système, mais monodirectionnel, existe déjà outre-Atlantique.

Enfin, autre réalité du monde virtuel tel qu'il existe à l'heure actuelle : l'art... On peut parler de Legibie City, la Ville lisible. Dans cette cité virtuelle, on se déplace à vélo et les images sont projetées sur un grand écran. Qui dit nouvelle technique, dit développements et donc perspectives d'avenir. On le sait, la réalité virtuelle est loin de tenir toutes ses promesses.

Au-delà des développements actuels ou prochains, un certain nombre de problèmes restent à régler avant d'envisager une large diffusion. Le premier, réside dans le coût de ces installations. W.Industries, avec son système à environ 170 000 FF, ouvre une brèche. Gageons que les mois à venir verront apparaître diverses applications dans des salles de jeux avec, pourquoi pas, installation en réseau. Mais, nous sommes encore bien loin du plus large public. C'est-à-dire de votre salon... Pour cela, il faudra des écrans LCD, encore relativement chers. Cependant, dans les années à venir, pourront exister de tels systèmes avec des résolutions de l'ordre de 360x260 - ce qui est largement suffisant dans un premier temps - à moins de 5000 FF. Il en est de même pour les gants et les combinaisons de données ainsi que les systèmes de détection par champ électromagnétique.

Cependant, le secret de la réalité virtuelle ne réside pas là mais dans des moyens informatiques rapides. Or, les micros actuels sont largement dépassés, notamment du point de vue de leur capacité de calcul. En effet, le problème n'est pas tellement le calcul 3D en temps réel mais la gestion d'un nombre important d'objets. Pour être réellement convaincante, la réalité virtuelle doit en effet proposer des univers complexes avec des éléments variés et nombreux. Et là, les capacités des micros font défaut.

Second problème : le son. Ici encore, nos micros apparaissent bien faibles face aux 320 MIPS dédiés aux sons par le système EMax plus Audiosphere qu'utilise VPL. D'autant que le temps réel est une fois de plus de rigueur. Si la partie mécanique - saisie et restitution - pose peu de problème, la partie informatique, elle, évolue. Il existe des processeurs qui peuvent parfaitement s'acquitter de ces tâches comme le i860 d'Intel ou encore les processeurs développés par les Japonais dans le cadre du programme Tron. Le reste n'est plus qu'une question d'industrialisation.

Dernier obstacle : la mémoire. Nous évoquions plus haut une possible visite d'un musée new-yorkais depuis votre salon. Or, il faut bien stocker les données quelque part... La solution idéale est toute trouvée : le CD. Bref, d'un côté une partie informatique, de l'autre un ensemble assurant une interactivité complète et, au milieu, un simple disque compact. Tel sera, fort probablement, le simulateur de réalité virtuelle grand public de la prochaine décennie.

CD, interactivité ? Oui, les lecteurs sagaces auront reconnu le portrait du CDI. Et si, justement, la réalité virtuelle était appelée à devenir la vidéo de demain ? Rien d'impossible... C'est d'ailleurs ce "rien", qui effraie certains. Ils dépeignent la réalité virtuelle comme une sorte d'enfer. Imaginons, en effet, une société où les hommes ne vivraient plus que cloîtrés dans des univers restreints par leur volonté où tout se déroulerait à leur convenance. Une sorte de baladeur sublime en sorte. C'est oublier un peu rapidement les interférences entre univers virtuel et réel.

Rappelez-vous le désert imaginaire et le mur, bien réel celui-là, de votre chambre. Pour que l'on puisse vivre sans arrêt dans un univers virtuel, il faudrait que les systèmes soient miniaturisés - ce qui ne pose pas de problème à terme - mais surtout qu'ils replacent l'univers virtuel dans un cadre en accord avec le réel. C'est-à-dire, qu'ils acquièrent en temps réel des spécifications de l'univers réel - position des murs, déplacements des gens et des objets, etc. - et les intègrent en temps réel dans l'univers imaginaire dans lequel l'utilisateur évoluerait. Et là, c'est une autre paire de manches du point de vue informatique ! Pour le moment, nous sommes bien loin de tout cela !

Conclusion

Foin de ces considérations d'avenir, vous êtes certainement impatient de "voir ce que ça donne". Je vous comprends. Des systèmes comme The Legible City sont itinérants et permettent au grand public de découvrir la réalité virtuelle. Du reste, la Cité Des Sciences de La Villette a récemment accueilli quelques procédés virtuels. Certes, ces dispositifs ne sont pas tout à fait comparables aux systèmes évoqués ici mais c'est déjà mieux que rien. On dit aussi que la Cité Des Sciences de La Villette a pris langue avec certaines sociétés pour la mise en place de bornes de réalité virtuelle. Cette opération, d'après nos sources, ne devrait pas trop tarder et mettrait en scène des systèmes W.Industries. De même, les prochains mois verront peut-être ce genre de borne se répandre dans des lieux de loisirs comme Futuropolis, à Poitiers, ou bien encore le successeur de la Planète Magique, à Paris. Dès que nous aurons plus d'informations sur ce sujet d'avenir, nous vous en ferons part pour que vous aussi soyez au rendez-vous d'une des dernières révolutions du XXe siècle.

Annexe : Videosystem - médias et système de pointe

La réalité virtuelle a incontestablement une base économique et les premiers arrivés seront certainement les mieux servis. Aussi, la société Videosystem s'est lancée sur ce marche en devenant le distributeur officiel de VPL Research pour l'ensemble des pays francophones. Pour mémoire, la société Videosystem est une des sociétés françaises les plus connues pour la synthèse d'images en 3D. Fondée en 1974 par Alain Guillot, elle emploie actuellement environ 80 personnes et son chiffre d'affaires est de l'ordre de 70 millions de francs. A l'occasion du dernier Imagina, elle a présenté l'étonnant Don Quichotte.

Mais Videosystem realise aussi de la post-production, du montage, et autres. Bref, il est courant de voir, à la télévision, des créations auxquelles Videosystem a participé, comme le générique du journal de vingt heures de TF1, la fabrication de celui de la deuxième chaîne, la publicité pour les Smarties ou encore les génériques de Roland Garros, Paris-Dakar et Flushing Meadows diffusés par la Cinq.

Côté projets, soulignons que le générique officiel des Jeux Olympiques d'Albertville et le générique correspondant de TF1 seront réalisés par Videosystem. Enfin, la société travaille actuellement sur un long-métrage entièrement en synthèse en collaboration avec le dessinateur Moebius. Nous avons vu les premières images : c'est très prometteur... Bref, 3D et montage se partagent à peu de chose près le chiffre d'affaires de la société.

En matière de réalité virtuelle, l'objectif est de lui donner un poids comparable à celui de la synthese. Dirigé par Nicolas Boutherin, le département Réalité Virtuelle devrait à terme comprendre une vingtaine de personnes. Il a récemment quitté le quartier Saint-Augustin pour des bâtiments modernes au centre Passy-Kennedy. Pas moins de quatre salles de démonstration sont prévues et les activités iront de la vente à la prestation de service en passant par la location. Inutile de préciser qu'en matière de réalité virtuelle, c'est la première fois qu'on assiste à la mise en place d'une telle structure.


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