Casque de réalité virtuelle

Un casque de réalité virtuelle (ou casque VR ) est un appareil monté sur la tête qui utilise des écrans 3D proches des yeux et un suivi de position pour fournir un environnement de réalité virtuelle à l'utilisateur. Les casques VR sont largement utilisés avec les jeux vidéo VR , mais ils sont également utilisés dans d'autres applications, notamment les simulateurs et les formateurs. Les casques VR comprennent généralement un écran stéréoscopique (fournissant des images distinctes pour chaque œil), un son stéréo et des capteurs tels que des accéléromètres et des gyroscopes pour suivre la pose de la tête de l'utilisateur afin de faire correspondre l'orientation de la caméra virtuelle avec les positions des yeux de l'utilisateur dans le monde réel. de réalité augmentée (AR) sont des casques VR qui permettent à l'utilisateur de voir et d'interagir avec le monde extérieur. Les exemples de casques AR incluent l' Apple Vision Pro et le Meta Quest 3 .

Les casques de réalité virtuelle utilisent généralement au moins une IMU MEMS pour le suivi de mouvement à trois degrés de liberté (3DOF) et éventuellement une technologie de suivi supplémentaire pour le suivi de mouvement à six degrés de liberté (6DOF). Les appareils à 6DOF utilisent généralement un algorithme de fusion de capteurs pour fusionner les données de l'IMU et de toute autre source de suivi, généralement un ou plusieurs capteurs externes, ou un suivi « de l'intérieur vers l'extérieur » à l'aide de caméras orientées vers l'extérieur intégrées au casque. Les algorithmes de fusion de capteurs utilisés sont souvent des variantes d'un filtre de Kalman . Les casques de réalité virtuelle peuvent prendre en charge les contrôleurs de mouvement , qui combinent de la même manière les entrées des accéléromètres et des gyroscopes avec le système de suivi de mouvement du casque.

La plupart des casques de réalité virtuelle fonctionnent grâce à un ordinateur personnel . Certains casques « autonomes » sont basés sur un système d’exploitation mobile et un matériel de type smartphone , ce qui permet aux applications de réalité virtuelle de fonctionner directement sur l’appareil, tout en permettant également aux applications de réalité virtuelle d’être diffusées depuis un PC via une connexion USB ou Wi-Fi . Des casques et des visionneuses de réalité virtuelle ont également été conçus pour les smartphones, où l’écran de l’appareil est visualisé à travers des lentilles agissant comme un stéréoscope , plutôt que d’utiliser des écrans internes dédiés.

VPL Research était une entreprise qui fabriquait les premiers casques de réalité virtuelle dans les années 1980.

Le Sega VR a été annoncé en 1991 et présenté au début de 1993 au Winter CES . Il n'a jamais été commercialisé pour les consoles, mais a été utilisé pour l' attraction d'arcade de simulation de mouvement Sega VR-1 en 1994. Un autre casque VR précoce, le Forte VFX1 , a été annoncé au CES en 1994. Le VFX-1 dispose d'écrans stéréoscopiques, d'un suivi de la tête sur 3 axes et d'un casque stéréo.

Sony a sorti le Glasstron en 1997, qui dispose d'un capteur de position optionnel, permettant au porteur de visualiser l'environnement, la perspective se déplaçant au gré des mouvements de la tête de l'utilisateur, procurant une profonde sensation d'immersion. Ces casques VR ont donné aux joueurs de MechWarrior 2 une nouvelle perspective visuelle pour voir le champ de bataille depuis l'intérieur du cockpit de leur vaisseau. Cependant, ces premiers casques ont échoué commercialement en raison de leur technologie limitée, et ils ont été décrits par John Carmack comme "regarder à travers des rouleaux de papier toilette ".

En 2012, une campagne de financement participatif a été lancée pour un casque de réalité virtuelle connu sous le nom d' Oculus Rift ; le projet a été mené par plusieurs développeurs de jeux vidéo de premier plan , dont John Carmack directeur technique de l'entreprise . En mars 2014, la société mère du projet, Oculus VR, a été acquise par Facebook pour 2 milliards de dollars. La version finale destinée au grand public d'Oculus Rift a commencé à être commercialisée le 28 mars 2016.

En mars 2014, Sony a présenté un prototype de casque pour PlayStation 4 , qui a ensuite été nommé PlayStation VR . En 2014, Valve a présenté quelques prototypes de casque, ce qui a conduit à un partenariat avec HTC pour produire le Vive , qui se concentre sur les environnements VR « à l'échelle de la pièce » dans lesquels les utilisateurs peuvent naturellement naviguer et interagir. Le casque utilise la plate-forme logicielle « SteamVR » de Valve. Le Vive est sorti en avril 2016 et le PlayStation VR en octobre 2016.

Google a publié une série de spécifications et de kits DIY associés pour les visionneuses de réalité virtuelle connues sous le nom de Google Cardboard ; ces visionneuses peuvent être construites à l'aide de matériaux à faible coût (et d'un smartphone avec un gyroscope), comme le carton (d'où le nom). Samsung Electronics s'est associé à Oculus VR pour co-développer le Samsung Gear VR (qui n'est compatible qu'avec certains appareils Samsung Galaxy ). LG Electronics a développé un casque avec des écrans dédiés pour son smartphone LG G5 connu sous le nom de LG 360 VR. En mars 2017, Microsoft a lancé une plate-forme pour les casques de réalité virtuelle et mixte fonctionnant sous Windows 10 connue sous le nom de Windows Mixed Reality , avec des casques de réalité virtuelle de plusieurs partenaires, dont les fabricants de PC Acer , Dell , HP Inc. et Lenovo .

En 2018, Oculus a sorti l' Oculus Go , un casque autonome capable d'exécuter des applications VR sur du matériel informatique mobile intégré, ne nécessitant donc pas de PC ou de smartphone inséré pour fonctionner. En juin 2019, Valve a sorti son propre casque SteamVR, le Valve Index . Dans un rapport d'octobre 2019, Sony, Facebook (Oculus) et HTC ont été identifiés par Trend Force comme les trois plus grands fabricants de matériel VR. Oculus Quest de première génération , un successeur du concept Oculus Go qui prend en charge les contrôleurs de mouvement et le suivi de position avec 6DOF.

Il existe différentes optiques et qualités visuelles qui affectent la façon dont un individu perçoit la qualité de l'image et dont il expérimente le monde virtuel. La clarté de l'image dépend de la résolution de l'écran, de la qualité optique, du taux de rafraîchissement et du champ de vision.

Les casques de réalité virtuelle étendent un seul écran sur un large champ de vision (jusqu'à 110° pour certains appareils selon les fabricants), ce qui rend les défauts de la technologie d'affichage beaucoup plus apparents. L'un des problèmes est l' effet de porte moustiquaire , où les espaces entre les rangées et les colonnes de pixels deviennent visibles, un peu comme si l'on regardait à travers une porte moustiquaire . Ce phénomène était particulièrement visible dans les premiers prototypes et kits de développement, des résolutions inférieures à celles des versions commerciales.

Les lentilles du casque sont responsables de la mise en correspondance de l'affichage rapproché avec un champ de vision large, tout en offrant un point de focalisation distant plus confortable . L'un des défis à relever est d'assurer la cohérence de la mise au point : comme les yeux sont libres de tourner dans le casque, il est important d'éviter d'avoir à refaire la mise au point pour éviter la fatigue oculaire .

Les lentilles de Fresnel sont couramment utilisées dans les casques de réalité virtuelle en raison de leur compacité et de leur structure légère. Les lentilles n'utilisent pas plusieurs morceaux de matériau dans leurs lentilles comme d'autres lentilles, mais la lentille sera divisée en sections, permettant à l'individu d'avoir un champ de vision plus large. Le problème observé avec la lentille consiste à voir les crêtes des lentilles lorsque le casque n'est pas correctement aligné sur la tête.

Les lentilles introduisent une distorsion et une aberration chromatique , qui sont généralement corrigées par logiciel . Les lentilles peuvent également être ajustées de manière dynamique pour tenir compte de la prescription de lunettes de l'utilisateur afin que l'utilisateur puisse utiliser le casque sans lunettes correctrices.

Les casques de réalité virtuelle ont des exigences de latence (le temps nécessaire entre un changement d'entrée et l'apparition d'un effet visuel) nettement plus élevées que les jeux vidéo ordinaires. Si le système est trop lent pour réagir aux mouvements de la tête, l'utilisateur peut alors ressentir le mal de la réalité virtuelle , une sorte de mal des transports. Selon un ingénieur de Valve, la latence idéale serait de 7 à 15 millisecondes .

L' unité de traitement graphique (GPU) doit également être suffisamment puissante pour restituer la quantité d'images requise. Oculus a cité la puissance de traitement limitée de la Xbox One et de la PlayStation 4 comme raison pour laquelle ils ont ciblé le marché des jeux sur PC avec leurs premiers appareils.

Le rendu fovéal est une nouvelle technique permettant de réduire la charge de travail de rendu. Il utilise un matériel de suivi oculaire pour déterminer à quel point l'utilisateur regarde et réduit la résolution de rendu plus loin du regard de l'utilisateur. Cela peut passer inaperçu pour l'utilisateur car la vision périphérique humaine est beaucoup moins sensible que la fovéa .

Les casques de réalité virtuelle sont actuellement utilisés comme moyen de formation des étudiants en médecine à la chirurgie . Ils leur permettent d'effectuer des procédures essentielles dans un environnement virtuel et contrôlé. Les étudiants effectuent des interventions chirurgicales sur des patients virtuels, ce qui leur permet d'acquérir les compétences nécessaires pour effectuer des interventions chirurgicales sur de vrais patients. Cela permet également aux étudiants de revisiter les interventions chirurgicales du point de vue du chirurgien principal .

Traditionnellement, les étudiants devaient participer aux interventions chirurgicales et il leur arrivait souvent de rater des parties essentielles. Désormais, grâce aux casques de réalité virtuelle, les étudiants peuvent regarder les interventions chirurgicales du point de vue du chirurgien principal sans manquer les parties essentielles. Les étudiants peuvent également mettre en pause, rembobiner et avancer rapidement les interventions. Ils peuvent également perfectionner leurs techniques dans un vrai casque, monté dans un environnement sans risque.

Outre les objectifs de formation, les casques de réalité augmentée sont également déjà utilisés pour la chirurgie guidée par l'image .

Les smartphones équipés de casques de réalité virtuelle ont été utilisés pour capturer des vidéos et des images de haute qualité de la rétine afin de documenter les lésions rétiniennes périphériques.

Les casques de réalité virtuelle sont utilisés par les forces armées des États-Unis . Il s'agit d'un outil particulièrement utile pour former le personnel militaire sans le mettre en danger.

Le casque de réalité virtuelle permet au personnel militaire d'interagir avec des personnes de réalité virtuelle pour leur donner l'impression d'être dans le monde réel. Ils peuvent se parler et effectuer différentes actions pour donner l'impression qu'ils sont dans le monde réel. L'utilisation du casque par le personnel militaire présente également des inconvénients et des avantages. L'inconvénient est que le casque est conçu pour une zone intérieure, dans un environnement frais et à l'abri de toute chaleur. Ainsi, lorsque le personnel militaire ne porte que le casque, sans équipement militaire, ce n'est pas comme s'il s'agissait de son entraînement de base. Les avantages consistent à répéter les situations plusieurs fois et le coût du casque est moindre, car aucun équipement militaire n'est nécessaire.