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Systèmes de positionnement VR : tout savoir sur leur fonctionnement

systèmes de positionnement VR

Grâce aux systèmes de positionnement VR, les casques de réalité virtuelle vous permettent désormais de faire différents mouvements, comme vous pencher, vous promener et esquiver. Ces systèmes les distinguent d’ailleurs des écrans 3D classiques. Mais comment fonctionnent-ils concrètement ? Découvrez les réponses dans le présent dossier.

Les casques de réalité virtuelle se démarquent des écrans 3D classiques sur bien des points. En plus d’avoir un large champ de vision par rapport à ces derniers, ils sont suivis. En d’autres termes, ils bénéficient d’un suivi de position (6DoF) et de rotation (3DoF). Afin de mieux vous éclairer à ce sujet, voici comment fonctionnent ces fameux suivis.

Focus sur le suivi de position

Pour mieux comprendre le fonctionnement des systèmes de positionnement VR, il est important d’en savoir davantage sur ce qu’est le suivi de position. Mais il faut savoir avant tout que la majorité des casques VR mobiles, à l’instar de Google Daydream View, Samsung Gear VR et Oculus Go, ne bénéficient que d’un suivi de rotation.

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Ainsi, vous ne pouvez que regarder vers le bas ou vers le haut, du côté gauche ou droit, ou incliner la tête. Si vous essayez de changer la position de votre tête ou de vous pencher, entre autres, cela n’est donc pas suivi.

En somme, les contrôleurs 3DoF agissent de ce fait comme des pointeurs de sélection laser. Leur utilisation n’est idéale que pour le contenu assis, étant donné que vous ne pouvez ni interagir directement avec vos mains ni vous déplacer physiquement dans le monde virtuel.

Le suivi de position disponible sur les nouveaux casques VR

Le suivi de position (6DoF) est désormais disponible sur console et PC VR. Il en est de même pour les casques VR autonomes haut de gamme. En plus des possibilités offertes par le suivi de rotation, il vous permet donc de vous déplacer dans l’environnement virtuel.

Vous pouvez même vous promener dans une salle en réalité virtuelle si le volume de suivi est suffisant.

Avec les contrôleurs 6DoF, vous pouvez également interagir avec les objets virtuels à l’aide de vos mains. En déplaçant vos mains dans le monde réel, vous pouvez ainsi les déplacer dans l’environnement virtuel.

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Suivi de position : aucune norme industrielle commune pour le moment

Le suivi de rotation est en général réalisé avec des gyroscopes électromécaniques microscopiques. Mais pour activer le suivi de position, les différentes entreprises spécialisées en réalité virtuelle se servent de diverses technologies.

En somme, aucune norme industrielle commune n’existe encore pour l’instant. Chaque société utilise ainsi ses propres techniques.

Dans tous les cas, les différents suivis de position essaient de trouver le bon équilibre entre la plage de suivi du contrôleur, le volume de suivi, le coût, la modularité et la facilité de configuration.

Y a-t-il tout de même une base commune ?

Bien que les diverses entreprises VR recourent à des technologies différentes, les suivis de position utilisent quand même en général des accéléromètres électromécaniques microscopiques. Dans la majorité des cas, ces derniers fonctionnent à 1000 Hz.

En ce qui concerne leur mode de fonctionnement, ces accéléromètres ne lisent ni la vitesse ni la position. Ils lisent plutôt l’accélération. Néanmoins, à partir de la valeur de l’accélération, on peut obtenir celle de la position et celle de la vitesse à l’aide de certains calculs.

À noter qu’on appelle « estime » l’utilisation des accéléromètres pour déterminer le changement de position. C’est de ce fait grâce à cela que chaque casque et contrôleur VR se suit d’instant en instant.

Systèmes de positionnement VR : la solution aux erreurs de suivi de position

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Il est bon de savoir que les accéléromètres sont loin d’être parfaits pour le suivi de position. Ils fournissent en effet des données bruyantes. À cause de cela, même la plus petite erreur est accentuée. De plus, cette dernière s’accumule.

En somme, le suivi de position utilisant les accéléromètres dérive ainsi à l’infini, et ce, en quelques secondes seulement.

Heureusement, les systèmes de positionnement VR ont été mis au point pour corriger cela. Ils ont alors pour but de corriger cette dérive. Pour cela, ils fournissent une référence. Il est vrai que chaque système de suivi se sert de sa propre méthode pour ce faire, mais l’objectif reste quand même le même.

Zoom sur quelques systèmes de positionnement VR

Comme il a été dit plus haut, il n’y a donc pas encore de norme industrielle commune pour les systèmes de positionnement VR. Chaque entreprise utilise sa propre technique pour permettre aux utilisateurs de profiter d’une expérience VR exceptionnelle. Voici quelques exemples de systèmes employés par des casques VR différents.

« Constellation » (Oculus Rift original)

Lors de la conception du Rift, Oculus a relevé le défi de mettre au point un casque VR proposant une excellente qualité de suivi à des coûts relativement bas. Le casque dispose alors d’une « constellation » prédéfinie de LED infrarouges. Ceux-ci sont dissimulés sous le plastique externe de l’appareil.

Bien entendu, la lumière infrarouge est invisible à l’œil nu. Et pour ne voir que celle-ci, les capteurs (des caméras) utilisent des filtres. Ils envoient ensuite au PC de l’utilisateur des images via un câble USB à 60 Hz. L’ordinateur traite ainsi chaque image. Il identifie la position de chaque objet en détectant la position de chaque LED infrarouge.

En connaissant la forme de la constellation, le logiciel utilisé peut reconnaître les LED qu’il voit aisément. Grâce à l’accéléromètre et au gyroscope, il peut savoir la direction d’accélération et la rotation de l’objet. Il peut même se souvenir de sa position dans l’image précédente.

D’autres points à savoir sur la constellation

Pour s’identifier, chaque LED infrarouge clignote aussi à une fréquence spécifique. Grâce à toutes ces innovations, la constellation a une longueur d’avance sur les anciens systèmes de suivi qui utilisent des marqueurs.

Pour ce qui est de la prise en charge des mouvements rapides, le casque VR Oculus Rift et les contrôleurs Touch communiquent à l’aide d’une puce sans fil placée dans le capteur. L’obturateur de la caméra se déclenche alors au bon moment, ce qui permet une exposition courte.

Il est à souligner que le Rift S ne se sert plus du suivi de constellation pour le suivi de position. Néanmoins, il l’utilise sur ses caméras embarquées afin de suivre les contrôleurs.

Avantages et inconvénients de ce système

Parmi les systèmes de positionnement VR, la constellation a tout d’abord l’avantage de présenter un faible coût d’intégration. Elle fonctionne aussi dans presque tous les environnements.

Le suivi proposé par ce système est d’ailleurs de haute qualité. Cependant, chaque capteur doit être lié au PC à l’aide d’une connexion filaire.

De plus, certaines cartes mères peuvent présenter des soucis à cause d’une large bande passante USB. Le champ de vision vertical des capteurs est également limité.

PlayStation VR (PSVR)

Tout comme l’Oculus Rift original, le PSVR utilise aussi des caméras pour le suivi de position. Toutefois, ce dernier fonctionne dans le spectre de la lumière visuelle.

Ainsi, la barre de caméras PlayStation 4 dispose de deux caméras espacées. Celle-ci est connectée au PlayStation VR. À son tour, le PSVR va se servir des données d’image afin de suivre les orbes de lumière sur les contrôleurs et les bandes bleues de lumière sur le casque.

Grâce à cette technique, Sony a pu exploiter les contrôleurs PlayStation Move de 2010.

Avantages et inconvénients de ce système

Comme le suivi de position du Rift, celui du PSVR bénéficie d’un faible coût d’intégration. Et comme il a été dit précédemment, il exploite au mieux les contrôleurs PlayStation Move existants.

Cependant, le suivi se révèle de faible qualité. Aussi, il n’y a pas de prise en charge de l’échelle de pièce.

SteamVR « Lighthouse » (HTC Vive)

Parmi les systèmes de positionnement VR disponibles sur le marché, le système SteamVR « Lighthouse » de Valve est le plus exceptionnel. Effectivement, il n’utilise pas de caméras, et le PC ne traite aucune donnée, ce qui n’est pas le cas avec les autres systèmes.

Les capteurs ne sont pas de ce fait reliés au PC de l’utilisateur. Les stations de base ou « phares » sont plutôt disposées dans les coins supérieurs opposés de la salle. Elles émettent alors des faisceaux laser infrarouges bidimensionnels à grand-angle dans cette dernière.

Cela se fait à un axe à la fois (haut-bas et gauche-droite), et ce, à plusieurs reprises. À noter que les phares émettent un puissant flash de lumière infrarouge avant chaque balayage.

Lighthouse : une conception plutôt simple

Il est bon de savoir que chaque appareil suivi dispose d’un ensemble de photodiodes IR connectées à une puce. C’est surtout grâce à elle que le suivi de position est possible.

Ce qui rend le Lighthouse vraiment unique, c’est sa conception relativement simple en théorie. Tout est basé sur la synchronisation entre les balayages laser.

Il n’y a ainsi aucun algorithme complexe de vision par ordinateur. Aucune lecture de caméra n’est d’ailleurs nécessaire.

Avantages et inconvénients de ce système

Le Lighthouse propose tout d’abord un suivi de haute qualité. Il présente aussi un large volume de suivi. Et le meilleur, c’est qu’aucune connexion PC aux stations de base n’est nécessaire.

Malheureusement, il fait partie des systèmes de positionnement VR les plus chers à produire et à intégrer.

Le Lighthouse requiert d’ailleurs généralement une installation des stations de base sur les murs. On peut enfin rencontrer certains soucis à cause des surfaces réfléchissantes dans la pièce.

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