Environnement virtuel automatique de la grotte

Un environnement virtuel automatique de grotte (mieux connu sous l' acronyme récursif CAVE ) est un environnement de réalité virtuelle immersif dans lequel des projecteurs sont dirigés vers trois à six des murs d'un cube de la taille d'une pièce. Le nom fait également référence à l' allégorie de la grotte dans la République de Platon dans laquelle un philosophe contemple la perception, la réalité et l'illusion.

Le CAVE a été inventé par Carolina Cruz-Neira , Daniel J. Sandin et Thomas A. DeFanti au laboratoire de visualisation électronique de l'Université de l'Illinois à Chicago en 1992. Les images sur les murs étaient en stéréo pour donner un indice de profondeur.

Une CAVE est généralement une salle de cinéma vidéo située dans une pièce plus grande. Les murs d'une CAVE sont généralement constitués d' écrans de rétroprojection , mais les écrans LED à grande échelle sont de plus en plus courants. Le sol peut être un écran de projection vers le bas, un écran projeté vers le bas ou un écran plat. Les systèmes de projection sont à très haute résolution en raison de la visualisation à courte distance qui nécessite de très petites tailles de pixels pour conserver l'illusion de la réalité. L'utilisateur porte des lunettes 3D à l'intérieur de la CAVE pour voir les graphiques 3D générés par la CAVE. Les personnes utilisant la CAVE peuvent voir des objets apparemment flottant dans l'air et peuvent marcher autour d'eux, obtenant une vue appropriée de ce à quoi ils ressembleraient dans la réalité. Cela a été rendu possible au départ par des capteurs électromagnétiques, mais a été converti aux caméras infrarouges . Le cadre des premiers CAVE devait être construit à partir de matériaux non magnétiques tels que le bois pour minimiser les interférences avec les capteurs électromagnétiques ; le passage au suivi infrarouge a supprimé cette limitation. Les mouvements d'un utilisateur de CAVE sont suivis par les capteurs généralement attachés aux lunettes 3D et la vidéo s'ajuste en permanence pour conserver la perspective du spectateur. Les ordinateurs contrôlent à la fois cet aspect de la CAVE et l'aspect audio. Il y a généralement plusieurs haut-parleurs placés à différents angles dans la CAVE, fournissant un son 3D pour compléter la vidéo 3D .

Un affichage visuel réaliste est créé par des projecteurs placés à l'extérieur de la CAVE et contrôlés par les mouvements physiques d'un utilisateur à l'intérieur de la CAVE. Un système de capture de mouvement enregistre la position en temps réel de l'utilisateur. Des lunettes stéréoscopiques à obturateur LCD transmettent une image 3D . Les ordinateurs génèrent rapidement une paire d'images, une pour chaque œil de l'utilisateur, en fonction des données de capture de mouvement. Les lunettes sont synchronisées avec les projecteurs de sorte que chaque œil ne voit que l'image correcte. Comme les projecteurs sont placés à l'extérieur du cube, des miroirs sont souvent utilisés pour réduire la distance requise entre les projecteurs et les écrans. Un ou plusieurs ordinateurs pilotent les projecteurs. Les grappes de PC de bureau sont populaires pour faire fonctionner les CAVE, car elles coûtent moins cher et fonctionnent plus rapidement.

Des logiciels et des bibliothèques conçus spécifiquement pour les applications CAVE sont disponibles. Il existe plusieurs techniques de rendu de la scène. Il existe trois graphes de scène populaires actuellement utilisés : OpenSG , OpenSceneGraph et OpenGL Performer . OpenSG et OpenSceneGraph sont open source ; bien qu'OpenGL Performer soit gratuit, son code source n'est pas inclus.

Pour pouvoir créer une image qui ne sera pas déformée ou déplacée, les écrans et les capteurs doivent être calibrés. Le processus de calibrage dépend de la technologie de capture de mouvement utilisée. Les systèmes optiques ou inertiels-acoustiques nécessitent uniquement de configurer le zéro et les axes utilisés par le système de suivi. Le calibrage des capteurs électromagnétiques (comme ceux utilisés dans la première grotte) est plus complexe. Dans ce cas, une personne mettra les lunettes spéciales nécessaires pour voir les images en 3D. Les projecteurs remplissent ensuite la grotte de plusieurs boîtes d'un pouce d'épaisseur espacées d'un pied. La personne prend ensuite un instrument appelé « appareil de mesure à ultrasons » qui a un curseur au milieu et positionne l'appareil de manière à ce que le curseur soit visuellement aligné avec la boîte projetée. Ce processus peut se poursuivre jusqu'à ce que près de 400 blocs différents soient mesurés. Chaque fois que le curseur est placé à l'intérieur d'un bloc, un programme informatique enregistre l'emplacement de ce bloc et envoie l'emplacement à un autre ordinateur. Si les points sont calibrés avec précision, il ne devrait y avoir aucune distorsion dans les images projetées dans la grotte. Cela permet également au CAVE d'identifier correctement où se trouve l'utilisateur et de suivre précisément ses mouvements, permettant aux projecteurs d'afficher des images en fonction de l'endroit où se trouve la personne à l'intérieur du CAVE.

Le concept de CAVE original a été réappliqué et est actuellement utilisé dans de nombreux domaines. De nombreuses universités possèdent des systèmes CAVE. Les CAVE ont de nombreuses utilisations. De nombreuses sociétés d'ingénierie utilisent les CAVE pour améliorer le développement de produits. Des prototypes de pièces peuvent être créés et testés, des interfaces peuvent être développées et des configurations d'usine peuvent être simulées, tout cela avant de dépenser de l'argent pour des pièces physiques. Cela donne aux ingénieurs une meilleure idée de la façon dont une pièce se comportera dans le produit dans son intégralité. Les CAVE sont également de plus en plus utilisés dans la planification collaborative dans le secteur de la construction. Les chercheurs peuvent utiliser le système CAVE pour mener leur sujet de recherche d'une méthode plus accessible et plus efficace. Par exemple, les CAVE ont été appliqués à l'enquête sur des sujets d'entraînement à l'atterrissage d'un avion F-16.

L'équipe EVL de l'UIC a sorti le CAVE2 en octobre 2012. Similaire au CAVE original, il s'agit d'un environnement immersif 3D mais basé sur des panneaux LCD plutôt que sur une projection.