FR2975198A1 - Virtual reality equipment i.e. immersive virtual reality environment, has light emitting device covering whole or part of real object or individual intended to be integrated into virtual scene for display of images related to virtual scene - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'AFFICHAGE POUR OCCULTATION DANS SYSTEME DE REALITE VIRTUELLE L'invention s'adresse aux équipements de réalité virtuelle utilisés dans l'industrie et dans les laboratoires pour visualiser en trois dimensions et à taille réelle des maquettes ou des environnements virtuels. Plus précisément l'invention s'adresse aux systèmes de projection permettant l'immersion d'un opérateur dans un environnement de réalité virtuelle lui permettant d'interagir avec des objets virtuels en trois dimensions, tels que les équipements de réalité virtuelle de type CAVETM (acronyme de Cave Automatic Virtual Environment). L'invention s'adresse également aux éléments réels pouvant être mis en oeuvre dans de tels équipements de réalité virtuelle et offrant des possibilités d'interaction entre l'opérateur et l'équipement de réalité virtuelle. DISCLOSURE DEVICE FOR OCCULTATION IN VIRTUAL REALITY SYSTEM The invention is directed to virtual reality equipment used in industry and laboratories to visualize in three dimensions and real size models or virtual environments. More specifically, the invention is directed to projection systems allowing the immersion of an operator in a virtual reality environment that allows him to interact with virtual objects in three dimensions, such as CAVETM-type virtual reality equipment ( acronym for Cave Automatic Virtual Environment). The invention is also addressed to the real elements that can be implemented in such virtual reality equipment and offering interaction possibilities between the operator and the virtual reality equipment.
La technologie de type CAVETM est bien connue de l'homme du métier. Un exemple de technologie auquel peut s'appliquer l'invention est donné par le document US6154723. Ce document divulgue un équipement de réalité virtuelle dans lequel l'opérateur est immergé et peut interagir avec l'environnement virtuel à la fois par commande vocale et par commande manuelle. CAVETM technology is well known to those skilled in the art. An example of a technology to which the invention can be applied is given in US6154723. This document discloses a virtual reality equipment in which the operator is immersed and can interact with the virtual environment both by voice command and by manual control.
Les équipements de réalité virtuelle auxquels s'adresse l'invention comprennent au moins un écran de rétroprojection ou de projection directe stéréoscopique. Lorsque l'équipement comprend plusieurs écrans comme c'est le cas pour des systèmes immersifs, lesdits écrans sont jointifs et synchronisés. La figure 1 présente un exemple d'équipement de réalité virtuelle auquel peut s'adresser l'invention, comprenant une chambre d'immersion (1) composée d'un agencement d'écrans (3) jointifs. Afin de visualiser les objets virtuels (5) en trois dimensions (3D) générés par le système de réalité virtuelle, l'opérateur (7) porte des lunettes (9) à vision stéréoscopique dont la position est traquée par un ensemble de caméras (11). L'ensemble est synchronisé de sorte qu'un ou plusieurs ordinateurs commandent la projection sur les différents écrans (3) des images destinées à être vues par chaque oeil. The virtual reality equipment to which the invention is directed comprises at least one rear projection screen or stereoscopic direct projection screen. When the equipment includes several screens as is the case for immersive systems, said screens are joined and synchronized. FIG. 1 shows an example of virtual reality equipment to which the invention can address, comprising an immersion chamber (1) composed of an arrangement of contiguous screens (3). In order to visualize virtual objects (5) in three dimensions (3D) generated by the virtual reality system, the operator (7) wears glasses (9) with stereoscopic vision whose position is tracked by a set of cameras (11). ). The set is synchronized so that one or more computers control the projection on the various screens (3) of images intended to be seen by each eye.
Malheureusement un des inconvénients d'un tel système d'immersion en réalité virtuelle est que tout élément réel tel qu'un individu ou un objet présent dans la chambre d'immersion va générer une occultation partielle des écrans (3) lorsqu'il est placé dans le champ de vision de l'opérateur (7). Cette occultation partielle de l'écran par interposition d'un objet réel nuit à la qualité de l'image en trois dimensions formée devant les yeux de l'opérateur (7). L'opérateur se trouve dans une telle situation lorsque par exemple un dispositif haptique, comme un bras à retour de force, est introduit dans la chambre d'immersion à des fins de simulation. Un autre exemple est l'occultation que génère le corps même de l'opérateur (7) ainsi qu'illustré sur la figure 1. Unfortunately, one of the drawbacks of such a virtual reality immersion system is that any real element such as an individual or an object present in the immersion chamber will generate a partial occultation of the screens (3) when it is placed in the field of view of the operator (7). This partial occlusion of the screen by interposition of a real object affects the quality of the three-dimensional image formed before the eyes of the operator (7). The operator is in such a situation when for example a haptic device, such as a force feedback arm, is introduced into the immersion chamber for simulation purposes. Another example is the concealment generated by the actual body of the operator (7) as illustrated in FIG.
D'une manière générale, il est difficile d'intégrer un objet réel à une scène virtuelle. Ainsi, par exemple, pour tester l'ergonomie d'un poste de conduite, il est connu d'intégrer un siège automobile équipé d'un capteur de position dans la chambre et de projeter sur les écrans les images en trois dimensions de l'habitacle en cohérence avec la position du siège pour former une scène virtuelle. Le problème est que l'opérateur ne peut pas toucher la représentation virtuelle du poste de conduite apparaissant autour de lui ce qui rend difficile l'évaluation de cette ergonomie. Pour tâcher d'y remédier en partie certains éléments de ce poste de conduite sont réellement placés dans la chambre d'immersion, comme par exemple un volant. Mais dans un tel cas, l'image virtuelle du volant ne peut plus se former correctement devant les yeux de l'opérateur en raison de l'occultation par l'objet réel des images s'affichant sur les écrans rétroprojetés. Il est donc difficile d'obtenir une scène virtuelle complète et de tester complètement l'ergonomie du poste de conduite. Par exemple, l'opérateur ne pourra pas tester l'accessibilité des commandes placées sur ledit volant.30 Il est connu du document US6341869 de placer sur un objet une surface rétro-réfléchissante et de projeter sur cette surface au moyen d'une caméra une image correspondant à la partie de l'écran occultée afin de camoufler optiquement ledit objet. Malheureusement, cette solution implique que l'image soit projetée sur l'objet d'un point se conjuguant avec le point de vue de l'opérateur. Ce qui signifie que pour obtenir un camouflage de l'objet, l'opérateur doit être positionné relativement à la caméra qui projette l'image et à l'objet qui reflète l'image projetée, la liberté de mouvement de l'opérateur est donc restreinte. De plus cette technique présente l'inconvénient de générer des ombres. Par exemple, l'objet recouvert d'une surface rétro-réfléchissante va générer une ombre sur l'écran rétroprojeté placé derrière lui ce qui va nuire à la qualité de la scène virtuelle obtenue. In general, it is difficult to integrate a real object into a virtual scene. Thus, for example, to test the ergonomics of a driving position, it is known to integrate a car seat equipped with a position sensor in the room and project on the screens three-dimensional images of the cockpit consistent with the seat position to form a virtual scene. The problem is that the operator can not touch the virtual representation of the driving position appearing around him which makes it difficult to evaluate this ergonomics. To try to remedy some of the elements of this driving position are actually placed in the immersion chamber, such as a steering wheel. But in such a case, the virtual image of the steering wheel can not be formed properly in front of the eyes of the operator because of the obscuration by the real object of the images displayed on the back-projected screens. It is therefore difficult to obtain a complete virtual scene and to completely test the ergonomics of the driving position. For example, the operator will not be able to test the accessibility of the controls placed on said steering wheel. It is known from document US6341869 to place on an object a retro-reflective surface and to project on this surface by means of a camera a image corresponding to the portion of the screen obscured to optically camouflage said object. Unfortunately, this solution implies that the image is projected onto the object of a point that combines with the point of view of the operator. This means that to camouflage the object, the operator must be positioned relative to the camera projecting the image and the object that reflects the projected image, so the operator's freedom of movement is restraint. In addition, this technique has the disadvantage of generating shadows. For example, the object covered with a retro-reflective surface will generate a shadow on the rear-projected screen placed behind him which will affect the quality of the virtual scene obtained.
L'invention a pour objectif de remédier aux inconvénients présentés par l'art antérieur en offrant à l'homme du métier un nouvel équipement de réalité virtuelle permettant d'intégrer des objets réels dans une scène virtuelle sans nuire à la formation d'images en trois dimensions devant les yeux de l'opérateur et de préférence sans pour autant restreindre la liberté de mouvement de l'opérateur. The object of the invention is to overcome the drawbacks presented by the prior art by offering to the person skilled in the art a new virtual reality equipment that makes it possible to integrate real objects into a virtual scene without harming the formation of images by three dimensions in front of the eyes of the operator and preferably without restricting the freedom of movement of the operator.
A cet effet l'invention a pour objet un équipement de réalité virtuelle comprenant au moins un écran et un système gérant l'affichage d'une scène virtuelle par un affichage stéréoscopique sur ledit écran permettant à au moins un objet virtuel d'apparaître en trois dimensions devant un opérateur portant des lunettes de vision stéréoscopique, ledit équipement comprenant au moins un dispositif d'affichage destiné à couvrir tout ou partie d'un objet réel ou d'un individu destinés à être intégrés à la scène virtuelle et des moyens d'affichage configurés pour afficher sur ledit dispositif d'affichage des images relatives à la scène virtuelle, ledit équipement étant remarquable en ce que ledit dispositif d'affichage est un dispositif émetteur de lumière. Selon l'invention, le dit objet réel ou ledit individu sont destinés à être intégrés à la scène virtuelle afin d'y participer ou d'y être camouflés optiquement. For this purpose the invention relates to a virtual reality equipment comprising at least one screen and a system managing the display of a virtual scene by a stereoscopic display on said screen allowing at least one virtual object to appear in three dimensions in front of an operator wearing stereoscopic vision goggles, said equipment comprising at least one display device intended to cover all or part of a real object or an individual intended to be integrated into the virtual scene and means for display configured to display on said display device images relating to the virtual scene, said equipment being remarkable in that said display device is a light emitting device. According to the invention, the said real object or the said individual are intended to be integrated into the virtual scene in order to participate in it or to be camouflaged optically therein.
Ledit objet réel ou ledit individu sont disposés relativement à au moins un écran dudit équipement de sorte à être pouvoir être au moins en partie dans le champ de vision de l'opérateur et occulter ainsi au moins partiellement ledit écran. De préférence, ledit équipement de réalité virtuelle comprend une chambre d'immersion et ledit objet réel ou ledit individu sont destinés à être placés dans l'enceinte de ladite chambre d'immersion. De préférence, le dispositif d'affichage est un écran flexible comprenant des diodes électroluminescentes LED ou des diodes électroluminescentes organiques OLED ou des diodes électroluminescentes organiques phosphorescentes PHOLED ou des diodes électroluminescentes à polymère PLED. 10 Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, ledit dispositif d'affichage présente de manière permanente ou intermittente un ou plusieurs marqueurs de position et ledit équipement comprend en outre des moyens de détection de la position desdits marqueurs, de préférence les moyens d'affichage sont configurés 15 pour afficher sur ledit dispositif d'affichage l'image d'un ensemble de marqueurs de position en alternance avec les images relatives à la scène virtuelle. Said real object or said individual are arranged relative to at least one screen of said equipment so as to be able to be at least partly in the field of view of the operator and at least partially obscure said screen. Preferably, said virtual reality equipment comprises an immersion chamber and said real object or said individual are intended to be placed in the enclosure of said immersion chamber. Preferably, the display device is a flexible screen comprising LED light emitting diodes or OLED organic light emitting diodes or PHOLED phosphorescent organic light emitting diodes or PLED polymer light emitting diodes. According to a preferred embodiment of the invention, said display device has one or more position markers permanently or intermittently and said equipment further comprises means for detecting the position of said markers, preferably the means for detecting the position of said markers. The display is configured to display on said display device the image of a set of position markers alternating with the images relating to the virtual scene.
Avantageusement, les moyens d'affichage sont configurés pour afficher sur ledit dispositif d'affichage l'image de l'ensemble de marqueurs selon une fréquence 20 déterminée et de préférence selon une durée inférieure au seuil de perception de l'oeil humain. Advantageously, the display means are configured to display on said display device the image of the set of markers according to a determined frequency and preferably to a duration less than the perception threshold of the human eye.
Avantageusement, il comprend en outre des moyens pour commander l'occultation des deux yeux de l'opérateur par les lunettes stéréoscopiques durant l'affichage de 25 l'image de l'ensemble de marqueurs sur le dispositif d'affichage. Advantageously, it further comprises means for controlling the occultation of the two eyes of the operator by the stereoscopic glasses during the display of the image of the set of markers on the display device.
Préférentiellement, les marqueurs sont uniques de telle sorte à pouvoir être distingués les uns des autres. Preferably, the markers are unique so that they can be distinguished from each other.
30 Par exemple, les moyens de détection comprennent un ensemble de caméras couplées à un logiciel d'analyse permettant de calculer les coordonnées (X,Y,Z)5 des différents marqueurs dans le référentiel de la scène virtuelle, de préférence l'ensemble de caméras comprend au moins une caméra infrarouge et ou au moins une caméra vidéo. For example, the detection means comprise a set of cameras coupled to an analysis software making it possible to calculate the coordinates (X, Y, Z) of the different markers in the virtual scene repository, preferably the set of cameras includes at least one infrared camera and or at least one video camera.
Selon un mode de réalisation préféré, il comprend en outre des moyens de capture de la position de l'opérateur et est remarquable en ce que le logiciel d'analyse est configuré pour calculer, à partir des coordonnées (X,Y,Z) des différents marqueurs, la position de la surface d'affichage du dispositif d'affichage dans le référentiel de la scène virtuelle et/ou les déformations éventuelles de sa surface et en ce qu'il comprend en outre des moyens pour calculer la distorsion des images relatives à la scène virtuelle à afficher sur ledit dispositif d'affichage, de préférence de manière stéréoscopique, en fonction de la position de la surface d'affichage dudit dispositif d'affichage dans le référentiel de la scène virtuelle et/ou des déformations éventuelles de sa surface d'une part et en fonction de la position capturée de l'opérateur d'autre part. According to a preferred embodiment, it further comprises means for capturing the position of the operator and is remarkable in that the analysis software is configured to calculate, from the coordinates (X, Y, Z) of the different markers, the position of the display surface of the display device in the repository of the virtual scene and / or the possible deformations of its surface and in that it further comprises means for calculating the distortion of the relative images. to the virtual scene to be displayed on said display device, preferably in a stereoscopic manner, as a function of the position of the display surface of said display device in the repository of the virtual scene and / or the possible deformations of its surface on the one hand and depending on the captured position of the operator on the other hand.
Optionnellement, le dispositif d'affichage comprend en outre des moyens de détection de contact transparents, lesdits moyens de détection de contact comprennent de préférence un film résistif ou capacitif. Optionally, the display device further comprises transparent contact detection means, said contact detection means preferably comprise a resistive or capacitive film.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif d'affichage dans un équipement de réalité virtuelle comprenant au moins un écran et un système gérant l'affichage d'une scène virtuelle par un affichage stéréoscopique sur ledit écran d'images permettant à au moins un objet virtuel d'apparaître en trois dimensions devant un opérateur portant des lunettes de vision stéréoscopiques, remarquable en ce que ledit dispositif d'affichage est un dispositif émetteur de lumière destiné à être intégré à la scène virtuelle, en ce que la position de sa surface d'affichage est traquée et en ce que ledit dispositif d'affichage est configuré pour afficher des images relatives à la scène virtuelle en cohérence avec la position de sa surface d'affichage et la position traquée de l'opérateur. Ledit dispositif d'affichage étant disposé relativement à au moins un écran dudit équipement de sorte à être pouvoir être au moins en partie dans le champ de vision de l'opérateur et occulter ainsi au moins partiellement ledit écran. De préférence, ledit équipement de réalité virtuelle comprend une chambre d'immersion et ledit dispositif d'affichage est destiné à être placé dans l'enceinte de ladite chambre d'immersion. The invention also relates to the use of a display device in a virtual reality equipment comprising at least one screen and a system managing the display of a virtual scene by a stereoscopic display on said screen of images. enabling at least one virtual object to appear in three dimensions in front of an operator wearing stereoscopic vision glasses, remarkable in that said display device is a light emitting device intended to be integrated with the virtual scene, in that the position of its display surface is tracked and in that said display device is configured to display images relating to the virtual scene in coherence with the position of its display surface and the trailed position of the operator. Said display device being arranged relative to at least one screen of said equipment so as to be able to be at least partly in the field of view of the operator and at least partially obscure said screen. Preferably, said virtual reality equipment comprises an immersion chamber and said display device is intended to be placed in the enclosure of said immersion chamber.
On aura compris à la lecture de la définition qui vient d'en être donnée que la mise en oeuvre de l'invention consiste à proposer un équipement de réalité virtuelle permettant aux objets réels placés dans la chambre d'immersion (ou devant un des écrans rétroprojetés relativement à l'opérateur) de se fondre dans la scène virtuelle en couvrant l'objet réel par un dispositif d'affichage apte à émettre de la lumière de préférence le dispositif d'affichage est souple et présente une surface pouvant se déformer. On notera qu'on entend ici par « couvrir » le fait de soustraire à la vue tout ou partie d'un objet ou d'un individu en l'habillant (ou en le recouvrant) par le dispositif d'affichage selon l'invention, ou en interposant ledit dispositif d'affichage entre l'opérateur et l'objet. Le dispositif d'affichage se présente alors par exemple sous forme d'un panneau et est placé dans l'angle de vision de l'opérateur de sorte à masquer un objet ou un individu situé derrière lui. It will be understood from reading the definition that has just been given that the implementation of the invention consists in proposing a virtual reality equipment allowing the real objects placed in the immersion chamber (or in front of one of the screens). backprojected relative to the operator) to blend into the virtual scene by covering the real object with a display device capable of emitting light preferably the display device is flexible and has a deformable surface. It will be noted here that "covering" is understood to mean subtracting from view all or part of an object or an individual by dressing (or covering) it by the display device according to the invention , or by interposing said display device between the operator and the object. The display device is then for example in the form of a panel and is placed in the viewing angle of the operator so as to hide an object or an individual located behind him.
L'invention est remarquable en ce que l'image s'affiche sur le dispositif d'affichage directement sans avoir besoin d'y être projetée. La surface d'affichage du dispositif selon l'invention ne réfléchit par une image projetée par un autre appareil mais va afficher directement l'image. L'invention offre donc une totale liberté de mouvement à l'opérateur qui n'a pas à se positionner relativement à un quelconque projecteur pour bénéficier du camouflage de l'objet. De plus l'objet recouvert du dispositif d'affichage selon l'invention ne générera pas d'ombre du fait de l'affichage d'images sur sa surface. The invention is remarkable in that the image is displayed on the display device directly without having to be projected there. The display surface of the device according to the invention does not reflect an image projected by another device but will display the image directly. The invention thus provides complete freedom of movement to the operator who does not have to position himself relative to any projector to benefit from the camouflage of the object. In addition, the object covered by the display device according to the invention will not generate any shadow due to the display of images on its surface.
Selon un premier aspect, l'invention consiste à pouvoir faire disparaître un objet réel en affichant sur sa surface les images des écrans retroprojetés qu'il occulterait 30 autrement du fait de sa présence dans le champ de vision de l'opérateur entre l'opérateur et lesdits écrans. L'invention consiste alors à faire disparaître à la vue ledit objet réel du point de vue de l'opérateur. According to a first aspect, the invention consists in being able to make a real object disappear by displaying on its surface the images of the retroprojected screens which it would otherwise hide due to its presence in the field of view of the operator between the operator and said screens. The invention then consists in eliminating the sight of said real object from the point of view of the operator.
Selon un deuxième aspect, l'invention consiste à pouvoir afficher sur un objet réel une image différente de celle des écrans rétroprojetés et propre à l'objet sur lequel elle s'affiche. L'invention consiste alors à faire apparaître sur l'objet des éléments de la scène virtuelle. According to a second aspect, the invention consists in being able to display on a real object an image different from that of the back-projected screens and specific to the object on which it is displayed. The invention then consists in making the elements of the virtual scene appear on the object.
On aura compris que l'invention permet d'afficher, sur un objet, une image correspondant à tout ou partie de l'image rétroprojetée occultée par l'objet réel, ou une image différente de l'image occultée. Il est également possible dans le cadre de l'invention d'afficher sur un même objet à la fois une partie de l'image rétropojetée occultée et une image différente de telle sorte que seule une partie de l'objet virtuel disparaisse à la vue de l'opérateur. L'invention est remarquable en ce que la position de l'objet est traquée au même titre que celle de l'opérateur et en ce que les distorsions éventuelles des images affichées sur l'objet sont calculées en fonction du point de vue de l'opérateur. Ceci permet à l'objet d'être mobile et/ou à l'opérateur de pouvoir se déplacer sans tenir compte de la présence de l'objet. De plus la présence de différents marqueurs, de préférence uniques, permet de calculer les déformations éventuelles de la surface du dispositif d'affichage et de calculer en conséquence la distorsion des images à afficher. La mise en oeuvre de l'invention consiste à recouvrir tout ou partie d'un objet ou d'un individu par un dispositif d'affichage et à y afficher en alternance des images permettant soit d'en traquer la position et soit de participer à la création de la scène virtuelle. L'invention consiste donc à connaître les coordonnées de différents points de la surface d'affichage présentée par le dispositif d'affichage via l'affichage sur sa surface d'un ensemble de marqueurs, donc d'une information graphique. L'invention permet de déduire de la capture de la position desdits marqueurs : - d'une part le positionnement de l'objet relativement à la chambre d'immersion et à l'opérateur afin de déterminer par exemple quelle est la portion d'écran rétroprojeté qu'il occulte, et - d'autre part, de la position relative desdits marqueurs entre eux voire de l'occultation de certains, une éventuelle déformation de la surface d'affichage du dispositif d'affichage. Par exemple une telle déformation peut avoir lieu lorsque le dispositif d'affichage est souple et porté par un objet souple et/ou articulé, tel qu'un bras de l'opérateur. It will be understood that the invention makes it possible to display, on an object, an image corresponding to all or part of the retroprojected image obscured by the real object, or an image different from the occult image. It is also possible in the context of the invention to display on the same object at the same time a part of the retropojected image occulted and a different image so that only a part of the virtual object disappears in the view of the operator. The invention is remarkable in that the position of the object is tracked in the same way as that of the operator and in that the possible distortions of the images displayed on the object are calculated according to the point of view of the operator. This allows the object to be mobile and / or the operator to move without regard to the presence of the object. In addition, the presence of different markers, preferably unique, makes it possible to calculate the possible deformations of the surface of the display device and to calculate the distortion of the images to be displayed accordingly. The implementation of the invention consists in covering all or part of an object or an individual by a display device and in alternately displaying images making it possible to track down the position and to participate in the creation of the virtual scene. The invention therefore consists in knowing the coordinates of different points of the display surface presented by the display device via the display on its surface of a set of markers, and therefore of graphic information. The invention makes it possible to deduce from the capture of the position of said markers: on the one hand the positioning of the object relative to the immersion chamber and to the operator in order to determine, for example, what is the portion of the screen retroprojected it occults, and - secondly, the relative position of said markers between them or even the occultation of some, a possible deformation of the display surface of the display device. For example such deformation can take place when the display device is flexible and carried by a flexible object and / or articulated, such as an arm of the operator.
On notera qu'il est connu de l'art antérieur et en particulier des documents WO98/48338, EP0959444 et US6070269 des systèmes permettant de suivre ou de retranscrire les mouvements d'un individu dans un environnement de réalité virtuelle. On notera que les capteurs utilisés sont des objets et non pas une simple information graphique affichée comme dans l'invention. De plus ces documents n'apportent aucune solution concernant l'occultation partielle des écrans rétroprojetés du fait de la présence de l'individu dans la scène virtuelle. En particulier ces documents ne divulguent pas l'affichage d'images sur l'individu, ni l'utilisation desdits marqueurs de position en vue du calcul des déformations d'une image à afficher sur ledit individu. Note that it is known from the prior art and in particular documents WO98 / 48338, EP0959444 and US6070269 systems for tracking or retranscribing the movements of an individual in a virtual reality environment. It will be noted that the sensors used are objects and not just graphical information displayed as in the invention. In addition, these documents do not provide any solution concerning the partial obscuration of back-projected screens because of the presence of the individual in the virtual scene. In particular, these documents do not disclose the display of images on the individual, nor the use of said position markers for calculating the deformations of an image to be displayed on said individual.
L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple, en référence aux planches de dessins sur lesquelles : - la figure 1 est une vue d'un équipement de réalité virtuelle selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue d'un équipement de réalité virtuelle selon l'invention dans lequel le dispositif d'affichage est une combinaison sur laquelle sont affichés les marqueurs de position; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 pour laquelle les images stéréoscopiques sont affichées sur les parois de la chambre d'immersion et sur le dispositif d'affichage. - La figure 4 est une vue similaire à la figure 3 à la différence qu'une interface de commande s'affiche sur le bras de l'opérateur.30 La figure 1 ayant déjà été commentée dans la partie introductive, on se référera maintenant aux figures 2 à 4 présentant un exemple de dispositif d'affichage (13) sous forme de combinaison que porte l'opérateur (7) et faisant partie d'un équipement de réalité virtuelle selon l'invention. The invention will be clearly understood and other aspects and advantages will become clear from reading the description which follows, given by way of example, with reference to the drawing plates in which: FIG. 1 is a view of a virtual reality equipment according to the prior art; FIG. 2 is a view of a virtual reality equipment according to the invention in which the display device is a combination on which the position markers are displayed; FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 for which the stereoscopic images are displayed on the walls of the immersion chamber and on the display device. FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 except that a control interface is displayed on the operator arm. FIG. 1 having already been commented in the introductory part, reference will now be made to FIG. FIGS. 2 to 4 show an example of a display device (13) in the form of a combination worn by the operator (7) and forming part of a virtual reality equipment according to the invention.
L'équipement de réalité virtuelle selon l'invention comprend au moins un écran (3) et un système gérant l'affichage d'une scène virtuelle par un affichage stéréoscopique sur ledit écran (3) permettant à au moins un objet virtuel (5) d'apparaître en trois dimensions devant un opérateur (7) portant des lunettes (9) de vision stéréoscopique. La position de l'opérateur est traquée de manière connue par exemple au moyen de capteurs placés sur ses lunettes (9) stéréoscopiques. L'équipement selon l'invention est remarquable en ce qu'il intègre au moins un objet ou un individu réel dans la scène virtuelle et en ce que cet objet ou cet individu (7) se fond dans ladite scène soit en disparaissant par illusion d'optique, soit en participant à l'affichage de la scène virtuelle. A cette fin l'équipement comprend au moins un dispositif d'affichage (13) émetteur de lumière destiné à recouvrir tout ou partie de l'objet ou de l'individu (7) intégré dans la scène virtuelle. The virtual reality equipment according to the invention comprises at least one screen (3) and a system managing the display of a virtual scene by a stereoscopic display on said screen (3) allowing at least one virtual object (5) to appear in three dimensions in front of an operator (7) wearing glasses (9) stereoscopic vision. The position of the operator is tracked in known manner for example by means of sensors placed on his glasses (9) stereoscopic. The equipment according to the invention is remarkable in that it incorporates at least one object or a real individual in the virtual scene and in that this object or this individual (7) merges into said scene or disappearing by illusion of optical, by participating in the display of the virtual scene. For this purpose the equipment comprises at least one display device (13) light emitter intended to cover all or part of the object or the individual (7) integrated in the virtual scene.
Le dispositif d'affichage (13) selon l'invention est de préférence un écran flexible permettant l'affichage d'images de préférence en couleurs. L'homme du métier pourra utiliser toute sorte d'écrans comme par exemple des écrans comprenant des diodes électroluminescentes (LED) ou des diodes électroluminescentes organiques (OLED) ou des diodes électroluminescentes organiques phosphorescentes (PHOLED) ou des diodes électroluminescentes à polymère (PLED). Ces écrans sont connus et ne seront pas décrits plus avant dans le présent mémoire. Un exemple d'écran pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention est donné par le document US20 1 1 /0084898 décrivant des écrans souples de type OLED (Organic Light Emitting Diode) pouvant être pliés et aptes à reprendre leur forme d'origine. The display device (13) according to the invention is preferably a flexible screen for displaying images preferably in color. The person skilled in the art may use any kind of screen, for example screens comprising light-emitting diodes (LEDs) or organic light-emitting diodes (OLEDs) or phosphorescent organic light-emitting diodes (PHOLEDs) or polymer electroluminescent diodes (PLEDs). . These screens are known and will not be described further herein. An example of a screen that can be used in the context of the invention is given by document US2011 / 0084898 describing OLED (Organic Light Emitting Diode) type flexible screens that can be folded and adapted to return to their original shape. .
L'emploi d'autres technologies d'affichage est également envisageable par l'homme du métier comme par exemple des écrans à cristaux liquides. Il est également possible d'envisager l'emploi de dispositifs d'affichage mettant en oeuvre des nanotechnologies comme par exemple des nanosubstances émettrices de lumière telles que des nanoluminophores. L'essentiel étant, on l'aura compris que le dispositif d'affichage selon l'invention soit un dispositif émetteur de lumière. Le dispositif d'affichage selon l'invention est configuré pour afficher des images directement sur sa surface d'affichage sans qu'il ne soit besoin de les y projeter depuis un projecteur distinct. The use of other display technologies is also conceivable by those skilled in the art such as liquid crystal displays. It is also possible to envisage the use of display devices implementing nanotechnologies, for example light emitting nanosubstances such as nanoluminophores. The essential being, it will be understood that the display device according to the invention is a light emitting device. The display device according to the invention is configured to display images directly on its display surface without the need to project them from a separate projector.
Selon l'invention, la position dans l'espace de la surface d'affichage du dispositif d'affichage (13) émetteur de lumière est traquée. A cet effet, et comme illustré sur la figure 2, la surface du dispositif d'affichage présente de manière permanente ou intermittente au moins un marqueur (15) de position et de préférence un ensemble de marqueurs (15) de position et l'équipement selon l'invention présente en outre des moyens (11) de détection de la position desdits marqueurs (15). Les moyens de détection (11) des marqueurs (15) peuvent être confondus avec les moyens de capture de la position de l'opérateur (7). Les marqueurs (15) de position peuvent être de différente nature. Par exemple, il peut s'agir d'éléments émettant un rayonnement infrarouge. La position desdits marqueurs sera alors capturée par des caméras infrarouges. According to the invention, the position in the space of the display surface of the display device (13) emitting light is tracked. For this purpose, and as illustrated in FIG. 2, the surface of the display device permanently or intermittently exhibits at least one marker (15) of position and preferably a set of markers (15) of position and the equipment according to the invention also has means (11) for detecting the position of said markers (15). The detection means (11) of the markers (15) may be merged with the means for capturing the position of the operator (7). The markers (15) of position may be of different nature. For example, they may be elements emitting infrared radiation. The position of said markers will then be captured by infrared cameras.
Néanmoins, selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, les marqueurs (15) seront constitués par une information graphique affichée de manière occasionnelle ou intermittente sur la surface d'affichage du dispositif d'affichage (13). La position des marqueurs (15), et de préférence de chaque marqueur (15) pris individuellement, est alors capturée au moyen d'un ensemble de caméras vidéo (11). Ainsi l'image d'un ensemble de marqueurs (15) est affichée en lieu et place des images relatives à la scène virtuelle afin de pouvoir trianguler leur position et connaitre précisément la position et la forme dans l'espace prise par la surface d'affichage à un instant t donné. Cette information est ensuite utilisée à des fins d'affichage des images relatives à la scène virtuelle. Nevertheless, according to a preferred embodiment of the invention, the markers (15) will be constituted by graphical information displayed occasionally or intermittently on the display surface of the display device (13). The position of the markers (15), and preferably of each marker (15) taken individually, is then captured by means of a set of video cameras (11). Thus the image of a set of markers (15) is displayed instead of the images relating to the virtual scene in order to be able to triangulate their position and to know precisely the position and the shape in the space taken by the surface of display at a given instant t. This information is then used for displaying images relating to the virtual scene.
En effet et comme illustré à la figure 3, lorsque la fonction du dispositif d'affichage (13) est de prendre le relais de l'écran (3) rétroprojeté qu'il occulte partiellement (pour faire disparaître un élément réel de la scène virtuelle), il va devoir afficher sur sa surface de manière stéréoscopique les images s'affichant au départ sur les écrans (3) retroprojetés et qui sont occultés par la présence de l'objet ou de l'individu (7) il couvre. Le calcul de la distorsion des images projetées est donc dépendant de la position de la surface d'affichage du dispositif (13) relativement à l'opérateur (7) et à la chambre d'immersion (1). Indeed and as illustrated in Figure 3, when the function of the display device (13) is to take over the screen (3) backprojected it partially obscures (to remove a real element of the virtual scene ), it will have to display on its surface stereoscopically the images initially displayed on the screens (3) retroprojected and which are obscured by the presence of the object or the individual (7) it covers. The calculation of the distortion of the projected images is therefore dependent on the position of the display surface of the device (13) relative to the operator (7) and to the immersion chamber (1).
L'affichage d'une image d'un ensemble de marqueurs (15) permet de traquer la position du dispositif d'affichage (13) et donc de l'objet lorsque le dispositif d'affichage (13) habille l'objet ou l'individu (7). Cet affichage peut se faire de manière occasionnelle lors d'une phase de paramétrage de l'équipement de réalité virtuelle, par exemple lorsque l'objet à couvrir est fixe. L'affichage peut également se faire de façon régulière, par intermittence, lorsque le dispositif d'affichage (13) va évoluer dans la scène virtuelle (5) comme c'est le cas pour un bras à retour de force ou lorsque le dispositif d'affichage (13) se présente sous forme d'une combinaison portée par l'opérateur (7) ainsi qu'illustré. L'image de l'ensemble de marqueurs (15) s'affiche régulièrement en alternance avec les images relatives à la scène virtuelle et selon une fréquence déterminée. Ceci est particulièrement avantageux pour suivre d'une part les mouvements imprimés audit objet et/ou les mouvements de l'opérateur (7) et/ou les mouvements de l'opérateur (7) relativement audit objet, et d'autre part les déformations éventuelles de la surface d'affichage du dispositif d'affichage (13). Displaying an image of a set of markers (15) makes it possible to track the position of the display device (13) and thus of the object when the display device (13) dresses the object or the individual (7). This display can be done occasionally during a parameterization phase of the virtual reality equipment, for example when the object to be covered is fixed. The display can also be done regularly, intermittently, when the display device (13) will evolve in the virtual scene (5) as is the case for a force feedback arm or when the device The display (13) is in the form of a combination worn by the operator (7) as illustrated. The image of the set of markers (15) is regularly displayed alternately with the images relating to the virtual scene and according to a determined frequency. This is particularly advantageous for tracking, on the one hand, the movements printed on said object and / or the movements of the operator (7) and / or the movements of the operator (7) relative to said object, and on the other hand the deformations. possible from the display surface of the display device (13).
De préférence et afin de ne pas nuire à la formation de la scène virtuelle (5), les moyens d'affichage sont configurés pour afficher sur ledit dispositif d'affichage (13) l'image de l'ensemble de marqueurs (15) selon une durée inférieure au seuil de perception de l'oeil humain. Par exemple, la durée d'affichage de l'image de l'ensemble de marqueurs (15) est inférieure à 0,04 seconde. Selon l'invention il est également possible de prévoir des moyens pour commander l'occultation des deux yeux de l'opérateur (7) par les lunettes stéréoscopiques (9) durant l'affichage de l'image de l'ensemble de marqueurs (15) sur le dispositif d'affichage (13). Cette occultation temporaire des deux yeux sera suffisamment courte pour ne pas être ressentie par l'opérateur (7) et permettra d'éviter une désynchronisation de l'occultation alternée de chaque oeil de l'opérateur (7) par les lunettes à vision stéréoscopique (9) et la projection sur les différents écrans (3) des images destinées à être vues par chaque oeil. Preferably and in order not to interfere with the formation of the virtual scene (5), the display means are configured to display on said display device (13) the image of the set of markers (15) according to a duration below the threshold of perception of the human eye. For example, the display time of the image of the marker set (15) is less than 0.04 seconds. According to the invention it is also possible to provide means for controlling the occultation of the two eyes of the operator (7) by the stereoscopic glasses (9) during the display of the image of the set of markers (15). ) on the display device (13). This temporary concealment of the two eyes will be short enough not to be felt by the operator (7) and will make it possible to avoid a desynchronization of the alternating occultation of each eye of the operator (7) by the stereoscopic vision glasses ( 9) and the projection on the various screens (3) of the images intended to be seen by each eye.
Selon l'invention, l'image d'au moins un marqueur (15) et de préférence l'image d'un ensemble de marqueurs (15) est affichée sur le dispositif d'affichage (13). Lorsque plusieurs marqueurs (15) sont affichés ces derniers sont de préférence uniques de telle sorte à pouvoir être distingués les uns des autres. La position et la taille de chaque marqueur (15) unique sur la surface du dispositif d'affichage (13) étant déterminée par avance, la capture de la position des différents marqueurs (15) donne une information sur la position dans l'espace de la surface d'affichage. Le rapprochement de deux marqueurs voire l'occultation d'un marqueur (15) devient une information sur la déformation de ladite surface d'affichage. Les moyens de détection (11) des marqueurs (15) sont avantageusement couplés à un logiciel d'analyse permettant de calculer les coordonnées (X,Y,Z) des différents marqueurs (15) dans le référentiel de la scène virtuelle (5), et pour calculer, à partir des coordonnées (X,Y,Z) des différents marqueurs (15), la position de la surface d'affichage du dispositif (13) dans le référentiel de la scène virtuelle et/ou les déformations éventuelles de ladite surface. According to the invention, the image of at least one marker (15) and preferably the image of a set of markers (15) is displayed on the display device (13). When several markers (15) are displayed, these are preferably unique so that they can be distinguished from each other. The position and the size of each marker (15) unique on the surface of the display device (13) being determined in advance, the capture of the position of the different markers (15) gives information on the position in the space of the display surface. The approximation of two markers or even the concealment of a marker (15) becomes information on the deformation of said display surface. The detection means (11) of the markers (15) are advantageously coupled to analysis software making it possible to calculate the coordinates (X, Y, Z) of the various markers (15) in the virtual scene reference system (5), and to calculate, from the coordinates (X, Y, Z) of the various markers (15), the position of the display surface of the device (13) in the virtual scene frame and / or the possible deformations of said area.
Une fois la position et la forme de la surface d'affichage déterminées par l'analyse de la position des marqueurs (15), et une fois la capture de la position de l'opérateur (7) effectuée afin de déterminer son point de vue, un calcul de la distorsion des images relatives à la scène virtuelle à afficher sur ledit dispositif (13) est effectué par des moyens adéquats par exemple par le ou les ordinateurs commandant la projection des images sur les écrans (3) rétroprojetés. Les images relatives à la scène virtuelle (5) sont affichées par exemple de manière stéréoscopique afin de dissimuler optiquement l'objet ou l'individu (7) dans la scène virtuelle, ou de générer une autre image virtuelle. Once the position and shape of the display surface determined by the analysis of the position of the markers (15), and once the capture of the position of the operator (7) performed to determine his point of view , a calculation of the distortion of the images relating to the virtual scene to be displayed on said device (13) is performed by suitable means, for example by the computer or computers controlling the projection of the images on the screens (3) backprojected. The images relating to the virtual scene (5) are displayed, for example stereoscopically, in order to optically conceal the object or the individual (7) in the virtual scene, or to generate another virtual image.
Selon une variante de l'invention, le dispositif d'affichage comprend en outre des moyens de détection de contact transparents. Ces moyens de détections n'empêchent donc pas la visualisation des images affichées à la surface du dispositif d'affichage (13). Ils comprennent par exemple un film résistif ou capacitif. Il est ainsi possible d'afficher sur le bras de la combinaison de l'opérateur (7) ou sur un pupitre une interface de commande (17) ainsi qu'illustré sur la figure 4. According to a variant of the invention, the display device further comprises transparent contact detection means. These detecting means do not therefore prevent the display of the images displayed on the surface of the display device (13). They include, for example, a resistive or capacitive film. It is thus possible to display on the arm of the combination of the operator (7) or on a desk a control interface (17) as illustrated in FIG. 4.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits dans le présent mémoire et donnés à titre d'exemple, mais englobe toutes les variantes envisageables par l'homme du métier dans le cadre de la définition qui en a été donnée.15 The invention is not limited to the embodiments described herein and given by way of example, but encompasses all variants conceivable by those skilled in the art within the framework of the definition that has been given.
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