Définition du sujet et étude des composantes de la vision

 Définitions usuelles

Une fois l’évidence de la recherche de réalisme mise en avant, il devient nécessaire de définir ce qu’est le réalisme, sans quoi il serait impossible de le travailler. Tout d’abord, on peut s’intéresser à la définition que donne le Larousse  :

• Attitude qui tient compte de la réalité telle qu’elle est.
• Caractère de ce qui est une description objective de la réalité, qui ne masque rien de ses aspects les plus crus.
• Tendance littéraire et artistique du XIXe siècle qui privilégie la représentation exacte, tels qu’ils sont, de la nature, des hommes, de la société.
• Doctrine qui affirme que la connaissance du réel constitue le réel lui-même, que cette connaissance soit la seule réalité ou qu’à côté d’elle figure une autre réalité, l’objet auquel elle s’applique.

Mais ces définitions (notamment les 3 et 4) semblent assez peu utiles pour notre application car trop généralistes. Il faut s’intéresser à une définition qui soit spécifique au cadre de la réalité virtuelle (RV). Mais le « réalisme » en RV est un terme très ambivalent et difficile à cerner [Burkhardt, 2003]. C’est ce que nous allons étudier dans la prochaine sous-partie.

Définitions dans le domaine de la Réalité Virtuelle

La première définition qui vient à l’esprit est celle de la ressemblance graphique avec le monde réel [Ferwerda et al., 1996]. Est réaliste ce qui semble vrai ou beau, ce qui donne l’impression d’être vrai. On s’autorise alors l’utilisation d’un certain nombre d’artefacts graphiques (souvent issus de et popularisés par le cinéma), tel les bokehs  ou le tonemapping (voir plus bas), afin de renforcer le sentiment d’apparence réelle. Ce type de réalisme est notamment développé par le monde du jeu vidéo avec des textures et des matériaux de plus en plus sophistiqués, des modélisations de plus en plus fines (et donc lourdes en polygones) mais surtout des jeux de lumière et d’optique saisissants.

Une deuxième approche, moins évidente au premier abord, est décrite chez Hoorn [Hoorn et al., 2003] : un environnement virtuel sera jugé assez réaliste s’il remplit sa fonction; si, dans le cadre d’une application d’apprentissage par exemple, ce qui doit être appris est appris, et si cet apprentissage en RV est transféré en-dehors du monde immersif. Cette définition se détache complètement d’une volonté d’un réalisme d’apparence (comme on a pu voir précédemment) et peut même se détacher d’une construction logique et/ou anthropomorphe de l’environnement virtuel. Si une scène faite de volumes géométriques colorés flottants dans un espace monochrome suffit à transmettre le message voulu, la scène est jugée réaliste.

On trouve, dans [Fuchs et al., 2003], une définition plus complète, divisée en cinq acceptations du terme réalisme dans le domaine de la RV. Ces acceptations ne sont pas mutuellement exclusives mais il peut être nécessaire d’utiliser plusieurs d’entre elles pour construire sa définition du réalisme :

• Évaluation subjective du degré de ressemblance d’une situation.
• Fidélité de construction de la simulation aux lois de la Nature.
• Évaluation subjective du degré de crédibilité d’une situation.
• Fidélité psychologique.
• Illusion du réel (connue aussi sous l’appellation présence).

La première acceptation, l’évaluation subjective du degré de ressemblance, a déjà été décrite dans un paragraphe précédent. Elle recouvre toute la partie esthétique et artistique de la conception de l’environnement virtuel.

La deuxième acceptation, la fidélité de la simulation aux lois de la Nature, accorde moins d’importance à la beauté de la simulation qu’à son comportement simulé; en dépit de ce que peut juger l’utilisateur. Chaque fonctionnalité implémentée se comporte en suivant un modèle issu du monde physique réel. De par le biais de perception qui peut être induit dans un monde virtuel, les comportements (comme par exemple la gravité, l’adhérence sur un sol, etc …) et/ou les apparences (rendu des couleurs, floutage des images en fonction de la vitesse, …) peuvent apparaitre comme non naturels à l’utilisateur. Son avis n’est pas pris en compte, on se contente d’afficher des modèles rigoureux.

La troisième acceptation, est la création d’une expérience perceptive qui serait crédible du point de vue du système sensoriel, tant sur le plan microscopique (chaque élément pris à part) que sur le plan macroscopique (l’environnement virtuel dans sa globalité). Même si les informations qui sont envoyées à l’utilisateur (via l’interface de l’environnement virtuel) ne suivent pas rigoureusement les lois de la physique et du monde réel, il faut que l’observateur les perçoive comme étant vraies.

On peut supposer un lien fort et systématique entre cette dernière acceptation (perception crédible) et la précédente (construction objective via des modèles déterminés) mais cette question est encore grande ouverte et sujette à recherche.

Ensuite, la quatrième acceptation du terme réalisme est liée à une fidélité d’ordre psychologique. L’utilisateur doit se comporter de la même manière dans l’environnement virtuel que dans la même situation dans le monde physique. Les images affichées peuvent ne pas correspondre avec ce que l’utilisateur verrait dans la situation réelle (en fonction de la tâche à réaliser) tant que les performances et les résultats du sujet dans l’environnement virtuel sont similaires ou identiques à celles/ceux enregistré(e)s dans le monde réel. Cette acceptation est largement détaillée dans la littérature [Burkhardt, 2003; Patrick, 1992; Stoffregen et al., 2003].

Enfin, la cinquième et dernière acceptation fusionne les concepts de réalisme et de présence. Plus le sentiment de présence dans un environnement virtuel sera fort, plus le réalisme dudit environnement le sera aussi. La présence est « l’illusion d’une réalité qui n’existe pas » [Stoffregen et al., 2003], c’est à dire le fait de faire croire au cerveau que les images/objets/personnes virtuelles que l’on voit sont en fait bien réels ou vivants [Burkhardt, 2003]. Plus la croyance en la réalité de la scène est forte, plus la présence est forte.

Définition de la multi-sensorialité 3D

Immersion 

Deux sémantiques coexistent : l’immersion est à la fois l’action d’immerger un utilisateur dans un environnement complètement virtuel via des images de synthèse ; mais c’est aussi l’effet (avéré ou non) qu’a cette immersion sur ce même utilisateur. De manière plus formelle, on peut dire que l’immersion est le « degré et [la] qualité, par l’interface [d’un] système, du contrôle des entrées sensorielles pour chaque modalité de perception et d’action » (depuis [Fuchs et al., 2003]).

Pour Burkhardt et al. [1999], le degré d’immersion est caractérisé par un ensemble de grandeurs :

• Le sous ensemble des modalités mises en œuvre dans l’interaction.
• Les propriétés des dispositifs d’interaction pour chacune des modalités visées (degré de complétude, qualité, paramètres du signal, …)
• La cohérence interne et la latence globale de l’information et des réactions délivrées en temps réel par le système.
• Les propriétés physiques de l’environnement physique dans lequel se déroule l’expérience.

Présence

Le concept de présence rassemble à la fois le(s) résultat(s) et l’effet d’une (bonne) immersion. Comme décrit dans [Burkhardt, 2003] : « [la présence] désigne l’effet de faire percevoir comme réels ou vivants, les objets, évènements ou personnages avec lequel l’utilisateur interagit dans l’environnement virtuel ».

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Table des matières

Introduction générale
I Définition du sujet et étude des composantes de la vision
1 Définition du réalisme
1.1 Enjeux et problématique
1.2 Définitions usuelles
1.3 Définitions dans le domaine de la Réalité Virtuelle
1.4 Définition de la multi-sensorialité 3D
1.5 Cadre d’étude
2 Fonctionnement général de la vision
2.1 Structure de l’œil
2.2 Modélisation de l’œil
2.3 Vision binoculaire
2.4 Traitement post-rétinien
3 Perception de la couleur
3.1 Espaces colorimétriques
3.2 Observateurs standards
3.3 Illuminants
3.4 Equations de différentiations des couleurs
4 Perception du contraste
4.1 Définitions mathématiques
4.2 Calcul de seuil
4.3 Méthodes classiques de calcul sur un écran
5 Perception visuelle de la profondeur
6 Influences Physiologiques
6.1 Variations physiologiques et morphologiques
6.2 Âge
II Modèles de vision en Réalité Virtuelle
Introduction
1 État de l’art
1.1 Modèles principaux dans la littérature
1.2 Pérennité des modèles principaux
1.3 Détail des modèles de Mantiuk et al
1.4 Détail des modèles de reproduction de tons
2 Modèle de Pattanaik et al.
3 Modèle de Mantiuk & Ramponi
Conclusion
III Score de réalisme visuel en Réalité Virtuelle
Introduction
1 Précédents dans la littérature
1.1 Modèle de Rose
1.2 Observateur idéal & théorie de détection du signal
1.3 Tableau de Burdea & Coiffet
2 Score de réalisme
2.1 Ambition
2.2 Méthodologie
3 Proposition de modèle
3.1 Propositions préliminaires
3.2 Modèle définitif
4 Indices de vision
4.1 Contraste & luminosité
4.2 Fréquence de rafraichissement
4.3 Couleurs
4.4 Champ de vision
4.5 Acuité monoscopique
4.6 Acuité stéréoscopique
5 Indices d’immersion
5.1 Latence
5.2 Champ de regard
5.3 Stéréoscopie
5.4 Tracking
5.5 Uniformité
5.6 Orientation des caméras
6 Pondération du modèle
6.1 Contraste, luminance, taille et champs visuels
6.2 Tracking, stéréoscopie, convergence des caméras et couleurs
6.3 Conclusion
7 Etude expérimentale
7.1 Objectif
7.2 Apparatus
7.3 Résultats
7.4 Discussion
Conclusion générale

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