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Driving Simulation & Virtual Reality

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PhD’s : Benjamin Vailleau
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  Etude de la perception du mouvement propre 2D/3D dans les simulateurs de conduite dynamique (Benjamin Vailleau)  
     
  Contexte  
 


Les simulateurs de conduite sont des applications de réalité virtuelle permettant d’analyser les interactions entre le conducteur et son véhicule dans des situations répétables et contrôlées. Ils permettent ainsi de réduire les coûts et les délais de conception des véhicules. L’interaction avec le véhicule simulé est réalisée à l’aide d’interfaces manuelles équipées de systèmes à retour d’effort, synchronisées avec la scène visuelle, projetée soit sur un écran soit dans un casque de réalité virtuelle. Dans les simulateurs de conduite dynamiques, les sensations d’accélération sont restituées en déplaçant le conducteur à l’aide de systèmes mécaniques de type hexapode. La combinaison cohérente de ces informations sensorielles aboutit à une immersion complète du conducteur dans l’environnement simulé.

Le LPCMV, UMR Renault-CNRS mène une recherche fondamentale et appliquée sur les mécanismes de perception multi sensorielle du mouvement en particulier dans les environnements de réalité virtuelle.

Cette thèse se déroule dans le cadre du projet collaboratif MOVES, projet Eureka piloté par le LPCMV dont l’objectif est de développer la connaissance des possibilités de restitution de mouvement (algorithmes de calcul, paramètres perceptifs, aspects techniques) sur les meilleurs simulateurs hautes performances en Europe (simulateurs Renault, TNO, Max-Planck-Institute et DLR).

 
     
  Objectifs  
 


Ce travail de thèse vise à optimiser les stratégies de restitution du mouvement des simulateurs de conduite en intégrant des modèles validés d’interactions entre les informations visuelles et vestibulaires.

Il s’agit tout d’abord d’analyser ces interactions sensorielles lors de déplacements combinés en rotation et en translation. Des modèles de perception de mouvement prenant en compte en particulier les couplages otolitho-canalaires seront proposés et validés par des expérimentations psychophysiques en situation active et passive, avec ou sans information visuelle sur les simulateurs dynamiques du Centre Technique de Simulation (ULTIMATE, CARDS2) en collaboration avec les partenaires du projet MOVES.

Leur intégration dans les stratégies de restitution de mouvement permettra entres autres d’augmenter l’efficacité des techniques d’inclinaison artificielle des plates-formes hexapodes destinée à simuler les accélérations continues.

 
     
  Travaux actuels  
 


Les modèles actuels de perception de mouvement

Afin d’estimer son mouvement propre, le système nerveux central met à profit la pluralité des informations sensorielles pour compenser les lacunes d’un canal sensoriel par un autre. Si de nombreux modèles ont été proposés ces dernières années pour décrire cette fusion multi-sensorielle, les interactions entre les capteurs otolithiques et canalaires ne sont encore pas suffisamment bien connues (Reymond, 2000). Dans le modèle de Raphan & Sturm (1991) par exemple, les effets de couplage otolitho-canalaires ne portent que sur la composante horizontale des rotations. Le schéma proposé par Merfeld et al. (1993) fusionne bien les signaux otolithiques et canalaires en présence de variations de l’accélération gravito-inertielle, par contre, il se limite à des déplacements dans le noir. Les modèles plus récents, comme ceux de Mergner & Glasauer (1999) ou Angelaki et al. (1999) bien qu’intégrant aussi les effets otolitho-canalaires ont une validité limitée à des situations bien définies.

Les algorithmes actuels de restitution de mouvement

Les simulateurs de conduite dynamiques utilisent des systèmes mécaniques de type hexapode afin de restituer la dynamique des véhicules. Dans la mesure où ces plates-formes ont un espace de travail limité, les accélérations du véhicule ne peuvent être reproduites à l’identique. Une stratégie de commande est donc nécessaire afin de transformer la trajectoire du véhicule simulé en une trajectoire réalisable par la plate-forme. Le compromis réglé (maintenir le système dans ses limites physiques et reproduire le mouvement) doit prendre en compte les caractéristiques de la perception du mouvement propre. Néanmoins, la connaissance imparfaite de ces caractéristiques du mouvement conditionne l’efficacité de ces algorithmes.

La stratégie de commande employée dans les simulateurs dynamiques au CTS (ULTIMATE, CARDS2) est issue des travaux d’une thèse CIFRE 2002-2005 (Dagdelen, 2005), et offre la possibilité d’intégrer des contraintes liées à la perception du mouvement tout en respectant les limites physiques des actuateurs. L’intégration de modèles d’interactions otolitho-canalaires valides permettrait d’augmenter l’efficacité de cette stratégie notamment pour la simulation des accélérations continues.

 
     
  Travaux prévus  
 


Un état de l’art sur les études relatives à la psychophysique du mouvement propre sera réalisé dans un premier temps avec une attention particulière pour les travaux réalisés en environnement virtuel. L’étude bibliographique des algorithmes de restitution de mouvement facilitera la définition du cadre de travail, et l’intégration des modèles proposés.

A partir de cette documentation, des modélisations des interactions visio-vestibulaires ainsi que des expérimentations de validation seront proposées et menées avec des sujets lambdas dans des conditions variées (situation active/passive, avec/sans information visuelle), avec les moyens d’essais du LPCMV et du CTS dans le cadre du projet MOVES.

Ces expérimentations permettront de sélectionner les travaux à intégrer dans les stratégies de commande. L’apport de cette intégration à la problématique de la restitution du mouvement sera mesuré et par des expérimentations de validation avec des critères objectifs.

 
     
  Références  
 


Angelaki et al.

« Computation of inertial motion : neural strategies to resolve ambiguous otolith information », Journal of Neurophysiology, 19 : 316-327, 1999.

Dagdelen M. « Restitution des stimuli inertiels en simulation de conduite », Ecole des Mines de Paris, 2005.

Merfeld et al.

« Modelling human vestibular responses during eccentric rotation and off-vertical axis rotation”, Acta OctoLaryngology 115 suppl, 520 PT 2 : 354-359, 1995.

Mergner & Glasauer

« A simple model of vestibular canal otolith signal fusion », Ann New York Academy Science, 871:430-434, 1999.

Raphan & Strum

« Modeling the spatiotemporal organization of velocity storage in the vestibuloocular reflex by optokinetic studies », Journal of Neurophysiology, 66 (4) : 1410-1421, 1991.

Reymond G.

« Contribution respective des stimuli visuels, vetibulaires, et proprioceptifs dans la perception du mouvement du conducteur », Université Paris VI, 2000.

 
 
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