Université de Franche-ComtéIUT Belfort-MontbéliardSemestre 1, groupe B1

Expression informatique

L’emergence de la Realite Augmentee

Yoann BLEIN, Clement BOULACHIN

Année 2010-2011

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Introduction

La Réalité Augmentée (RA) vise à ajouter en temps direct des éléments virtuels au monde qui nousentoure, en o�rant à l'utilisateur la possibilité d'être immergé dans cet environnement mixte. Elle peutconcerner les cinq sens mais elle touche principalement la perception visuelle. À terme, on peut imaginerun système de tel façon qu'un utilisateur ne soit pas capable de distinguer le monde réel de la RéalitéAugmentée qui l'accompagne. C'est un concept très puissant qui va sans aucun doute révolutionner notrefaçon d'interagir avec le monde extérieur.

Le champs d'action de la Réalité Augmentée est très étendu. Parmi les principaux domaines on trouve :le médical, le militaire, l'industriel, le marketing, la navigation ou encore le domaine vidéo-ludique...

Nous nous intéressons ici à la Réalité Augmentée accessible à tous dans le monde d'aujourd'hui et àses applications actuelles : Après avoir été imaginée il y a des années, comment la Réalité Augmentéebascule-t-elle �nalement dans les technologies grand public ?

Cet exposé se découpe en deux parties : après avoir presenté la Réalité Augmentée nous etudieronsles raisons de son arrivée au grand public.

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Table des matières

1 Naissance, évolution et fonctionnement 1

1.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Principe et fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.1 Dé�nition exacte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2.2 Mise en ÷uvre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 La percée de la Réalité Augmentée 5

2.1 Progès technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 Une nouvelle interaction avec l'informatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3 Correspondance aux besoins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

A Documents cités 7

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vi TABLE DES MATIÈRES

Chapitre 1

Naissance, évolution et fonctionnement

1.1 Historique

1966 : Ivan Sutherland (MIT) invente le premier casque qui combine la vue de la réalité et une imagede synthèse. L'a�chage était e�ectué par des tubes cathodiques miniatures et le suivi des mouvementsde la tête était assuré par un bras mécanique lié au casque.

Figure 1.1 � Casque de Sutherland

1975 : Myron Krueger créée Videoplace, un dispositif permettant aux utilisateurs d'interagir avecdes objets virtuels via une caméra et un projecteur.

Figure 1.2 � Videoplace

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2 CHAPITRE 1. NAISSANCE, ÉVOLUTION ET FONCTIONNEMENT

1979 : McDonnell Douglas développe un casque projetant des informations utiles pour les pilotesde chasse directement sur leur visière.

Figure 1.3 � Casque pour pilote de chasse conçu par McDonnell

1997 : Steve Feiner présente la Touring Machine, le premier système itinérant de Réalité Augmentéecombinant un a�chage sur les lunettes à la vue réelle. Le système intègre un GPS et un accès internetpar ondes radio.

Figure 1.4 � Touring Machine de Steve Feiner

1999 : HirokazuKatomet à dispositionARToolkit, la première librairie open-source et multi-plateformesdédiée à la création d'interfaces de Réalité Augmentée qui va changer l'histoire de la Réalité Augmentéeen simpli�ant son développement.

2000 : Bruce H. Thomas développe ARQuake, le premier jeu basé sur la Réalité Augmentée, per-mettant de jouer à Quake dans un univers réel grâce à la combinaison de caméras, capteurs et GPS.

Figure 1.5 � ARQuake, le premier jeu en Réalité Augmentée

1.2. PRINCIPE ET FONCTIONNEMENT 3

2009 : Lancement de Wikitude Drive, système de navigation en Réalité Augmentée pour plateformesAndroid basé sur NyARToolkit. Il s'agit là de la première application nomade de Réalité Augmentéedisponible pour le grand public. Peu après, des applications similaires furent mises à disposition surl'iPhone d'Apple.

Figure 1.6 � Wikitude Drive, système de navigation en RA pour mobiles

1.2 Principe et fonctionnement

1.2.1 Dé�nition exacte.

Il existe deux dé�nition qui se complètent de la Réalité Augmentée. La première date de 1994, annéeoù Paul Migram et Fumio Kishino dé�nissent le � Milgram's Reality-Virtuality Continuum � (1) oucontinuum réel/virtuel, expliquant ainsi les di�érences entre les réalités mixtes (Réalité Augmentée et laVirtualité Augmentée). La �gure suivante illustre ce concept.

Figure 1.7 � Illustration du continuum réel/virtuel

La seconde dé�nition à été proposée par RonaldAzuma en 1997 et considère comme Réalité Augmentéeles systèmes véri�ant les points suivants (1) :

� Combine le réel est le virtuel� Permet une interaction en temps réel� Est inscrit dans un espace en trois dimensions

1.2.2 Mise en ÷uvre.

Comme le soulignent Raphaël Grasset (chercheur au laboratoire HITLabNZ ) et Jean-DominiqueGascuel (chercheur de l'équipe ARTIS au Laboratoire LJK ) (2), il n'existe pas de méthodologie demise en ÷uvre d'un environnement de Réalité Augmentée. Cependant, il est possible de lister le type dematériel souvent utilisé.

4 CHAPITRE 1. NAISSANCE, ÉVOLUTION ET FONCTIONNEMENT

Pour les supports visuels, on note l'utilisation de casques de vision directe ou indirecte (la di�érencese situe au niveau du mécanisme : � lentille transparente plus image projetée �, ou � image plus vidéoprojetée �), d'écran d'ordinateur, d'écran portatifs comme les PDA ou, plus récemment, les téléphonesmobiles et en�n les projecteurs.

En�n, la partie logicielle de l'application remplit les fonctions de calibrage, détection, tracking ainsi qued'ajout (ou augmentation) d'images virtuelles, dans l'image réelle et la gestion des interactions. Toutesces fonctions nécessitent de la puissance de calcul et celle-ci n'est devenue accessible au grand public quedurant cette dernière décennie.

Chapitre 2

La percée de la Réalité Augmentée

L'augmentation de la puissance de calcul des machines disponibles au grand public fait parti desfacteurs principaux expliquant l'apparition de la Réalité Augmentée au yeux de tous ; Elle se justi�eaussi par une nouvelle interaction avec l'informatique et par une correspondance avec les besoins deshommes du monde moderne.

2.1 Progès technique

Comme vu précédemment, la Réalité Augmentée nécessite un support visuel et une partie logicielle,cette dernière étant supportée par une machine. Ce sont les progrès techniques qui ont permit la grandedistribution de matériels tels que les cameras ou smarthpones su�samment performants pour supportercette nouvelle technologie, comme le fait remarquer Gilles Musi, � Ce système peut en e�et fonctionnersur du matériel standard (ordinateur, caméra, webcam) vendu dans la grande distribution. �(3).

D'autre part la partie logicielle à elle aussi énormément évoluée grâce aux acteurs de la Réalité Aug-mentée tel que Total Immersion, entreprise française devenue leader mondial dans ce domaine en quelquesannées. GillesMusi toujours, relève que cette entreprise a entre autres réussi à � contourner l'une des dif-�cultés techniques de la réalité augmentée : conserver une cohérence visuelle entre images réelles et e�etsvirtuels �, et a permit le passage d'un long traitement de post-production à � quelques millisecondes �pourobtenir une image enrichie, ouvrant ainsi la voix à l'a�chage dynamique en temps réel. Mais en plusd'être techniquement réalisable la Réalité Augmentée présente une nouvelle manière d'interagir avec lesdonnées électroniques.

2.2 Une nouvelle interaction avec l'informatique

L'ordinateur a révolutionné notre manière de travailler et de vivre en créant un monde informatiquequi se chevauche au monde réel. Cependant les deux restent très distincts dans la pratique : on necommunique de l'un à l'autre que part l'intermédiaire d'un moniteur et des périphériques d'entrées,clavier et souris principalement. A�n d'éviter de se retrouver avec des données présentes dans ces deuxmondes, l'Homme à tenté de tout informatiser. Toutefois comme le souligne Wendy E.Mackay, directricede recherche à l'INRIA (Institut de Recherche en Informatique et en Automatique), le � bureau � sanspapier � s'est révélé être un mythe �, ce qui n'empêche pas aux hommes d'être débordés d'informationsélectroniques. De plus, les hommes sont � très mal équipés pour faire la liaison entre ces deux mondes �,c'est pourquoi le monde de l'informatique reste distinct du réel. C'est ici que la Réalité Augmentéeintervient.

En e�et cette technologie propose de compléter le monde réel, et donc permettre une interaction di-recte avec les données électroniques tout en continuant à manipuler nos objets familiers, relève Wendy E.Mackay. À défaut de plonger l'homme dans un univers arti�ciel, celui-ci vient compléter son environ-nement actuel dans le but de tirer des deux mondes simultanément ; C'est l'objectif de tout les projetsexploitant la Réalité Augmentée. Ainsi Wendy E.Mackay propose qu'un architecte sur le terrain puissedirectement � noter et transmettre des corrections sans quitter des yeux son plan � papier � �, mais onpeut trouver un grand nombre d'utilisations de cette technologie pour répondre à nos besoins.

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6 CHAPITRE 2. LA PERCÉE DE LA RÉALITÉ AUGMENTÉE

2.3 Correspondance aux besoins

La Réalité Augmentée touche un grand nombre de domaines et peut se révéler fort utile, que ce soitdans un cadre professionnel comme au quotidien en répondant aux besoins secondaires des humains.Ces premières utilisations sont déjà disponibles sous forme d'applications pour smarthpone. On relèvenotamment les pages jaunes immersives qui font apparaitre les commerces proches dans la direction où ilsse situent, voire leur position exacte sur l'image vue par l'appareil ou encore une application permettantde faire apparaitre, de la même manière qu'avec les pages jaunes, les habitations et locaux en vente oulocation. Toujours dans au service du quotidien on trouve, depuis un ordinateur muni d'une webcamcette fois, des sites proposant de projeter le produit sur votre image et ainsi �d'essayer� un habit ou unemontre. Grâce au Kinect de Microsoft, on voit aussi apparaitre les premiers jeux vidéos exploitant laRéalité Augmentée sur console, c'est probablement un des secteurs qui va être le plus marqué par cettetechnologie.

On delà de simples applications, on peut imaginer des système complets en Réalité Augmentée tel quecette cuisine (1) où l'utilisateur est entièrement guidé et dispose d'un grand nombre d'informations àtout moment.

Annexe A

Documents cités

1. Article anglais de Wikipedia sur la Réalité AugmentéeSource : http://en.wikipedia.org/wiki/Augmented_reality

2. Raphaël Grasset (chercheur au laboratoire HITLabNZ ) et Jean-Dominique Gascuel (chercheurde l'équipe ARTIS au Laboratoire LJK ). Publication du mémoire Réalité Augmentée et EnvironnementCollaboratif : Un Tour d'Horizon en 2003.Source : http://artis.imag.fr/Publications/2003/GG03/afig2003.pdf.

3. Gilles Musi, article Total Immersion démocratise la réalité augmentée publié sur L'Expansion.comle 27/10/2007.Source : http://www.lexpansion.com/high-tech/total-immersion-democratise-la-realite-augmentee_130739.html.

4. Wendy E. Mackay, directrice de recherche à l'INRIA (Institut de Recherche en Informatique et enAutomatique), extrait de l'article Réalité augmentée : le meilleur des deux mondesSource : http://www.lexpansion.com/high-tech/total-immersion-democratise-la-realite-augmentee_130739.html.

� L'informatique actuelle nous force généralement à laisser de côté nos anciens outils.Elle prétend les remplacer. Une nouvelle approche de l'informatisation, baptisée � réalitéaugmentée �, propose au contraire de continuer à manipuler nos objets familiers - documentspapier, crayons, gommes... - de façon ordinaire. Mais en coulisses une discrète machinerie� augmente � ces objets de nouvelles capacités de traitement de l'information. Ainsi unarchitecte pourra sur un chantier noter et transmettre des corrections sans quitter des yeuxson plan � papier �, un mécanicien sera guidé dans son intervention par des indicationsgraphiques � projetées � sur les pièces qu'il doit tester ou remplacer. Plutôt que de plongerl'homme dans un monde arti�ciel, la réalité augmentée propose d'enrichir son environnementnaturel.

Une vraie révolution dans la conception des interfaces informatiques pourrait bien changerla manière dont nous conçevons l'ordinateur. Elle s'articule autour d'un nouveau concept : laréalité augmentée. De quoi s'agit-il ?

L'ordinateur est partout et a transformé notre façon de travailler et de vivre. Mais latransition entre l'univers traditionnel peuplé d'objets matériels et l'usage d'ordinateurs n'estpas facile. Le bureau � sans papier � s'est révélé être un mythe : non seulement les employésde bureau sont submergés de papier, mais ils doivent aujourd'hui manipuler des quantitéstoujours plus grandes d'informations électroniques. Ce qui est plus grave, c'est qu'ils sont trèsmal équipés pour faire la liaison entre ces deux mondes di�érents mais qui se chevauchent. Iln'est sans doute pas étonnant que l'ordinateur n'ait eu que peu d'impact, voire pas du tout,sur la productivité des cols blancs.

Ces questions ne concernent pas uniquement le travail de bureau. En médecine, des progrèsimportants ont été réalisés dans les techniques d'imagerie et les outils de diagnostic interactif.Pourtant, la plupart des hôpitaux restent �dèles au papier et au crayon pour les courbes detempératures accrochées au lit du malade.

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8 ANNEXE A. DOCUMENTS CITÉS

La réalité augmentée s'attaque à ce type de problème en réintégrant l'information élec-tronique dans le monde physique. La réalité augmentée est un vocable général qui recouvredi�érentes méthodes dont l'objectif est commun : permettre aux gens de tirer parti de leurscompétences dans l'interaction avec le monde de tous les jours, tout en pro�tant de la puis-sance des réseaux informatiques. [...] �

5. Capture extraite de la vidéo Imagining An Augmented Reality Future

Source : http://nanojv.wordpress.com/2011/01/01/realite-augmentee-israel-123/.

Figure A.1 � Extrait de la vidéo Imagining An Augmented Reality Future

Extraite de la vidéo "Imagining An Augmented Reality Future", cette capture montre les possibilitésde l'utilisation de la Réalité Augmentée dans une simple cuisine. Nous somme dans le point de vue del'utilisateur, qui va faire chau�er de l'eau, un minuteur apparait alors automatiquement devant de sabouilloire une fois celle-ci allumée. De plus il est avertit qu'il "gâche de l'énergie" car la quantité d'eauutilisée est trop grande pour une tasse. A l'aide d'un clavier virtuel l'utilisateur recherche ensuite unerecette de thé, donnant résultat dans un temps et record et automatiquement mise en relation avec labouilloire. Les éléments nécessaire à sa préparation lui sont indiqués dans la pièce. On remarque aussil'omniprésence des publicités ajoutées elles aussi virtuellement et d"autres éléments pratiques commeune horloge.