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Driving Simulation & Virtual Reality

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PhD’s : Slim AZZI
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  Etudes des interactions visio-haptiques en environnement virtuel (Slim Azzi)  
     
  Contexte  
 


Le LPCMV, unité mixte de recherche créée conjointement par le CNRS et Renault, mène une recherche fondamentale et appliquée sur les mécanismes de perception multi-sensorielle du mouvement. Ces recherches sont destinées à comprendre les mécanismes de perception et d’action multimodales en environnement virtuel.

Les recherches portent en particulier sur la perception visuelle et haptique. En effet, ces deux informations sont nécessaires à l’immersion du sujet dans un environnement virtuel, ainsi qu’une bonne compréhension du couple perception-action. Si l’étude de ces modalités a déjà été largement entreprise séparément, nous savons que c’est l’intégration multi-modale qui permet le fonctionnement dans un environnement réel [1].

La réalité virtuelle dans le secteur automobile est en plein essor, l’étude à mener a plusieurs applications dans ce domaine. Afin d’améliorer l’immersion du sujet dans un environnement virtuel de synthèse, les simulateurs multi-sensoriels intègrent les information haptiques générées par les retour d’effort au volant [2]. Dans le cas des simulations de montage utilisées pour vérifier la faisabilité d’une tache d’assemblage en amont du processus de conception, le retour d’effort haptique lors des manipulations d’objet est également crucial pour une immersion permettant une fidélité des opérations effectuées.

 
     
  Objectifs  
 


L’objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes de perception-action sur les dispositifs haptiques. Pour cela, l’intégration multimodale visio-haptique est étudiée avec les contributions respectives de chacune de ses modalités.

Dans un premier temps, nous aborderons les aspects temporels de cette intégration multimodale, en particulier la notion de transport delay [3]. Puis nous nous intéresserons à la notion de gain pour les informations visuelles et haptiques [4]. Enfin, nous étudierons les modèles de mouvement des corps et les trajectoires sur les dispositifs de bras à retour d’effort.[5].

Le but applicatif de ces recherches est d’établir des préconisations pour valider la qualité de l’immersion du sujet dans l’environnement simulé. Cette validation passe par une bonne compréhension des phénomènes visio-haptiques et une intégration cohérente de ces deux perceptions dans la simulation.

Les recherches menées s’inscriront dans le cadre d’une collaboration avec l’Institut Max Planck (Laboratoire biocybernétique dirigé par le professeur Bülthoff).

 
     
  Travaux actuels  
 


L’interaction avec les environnements simulés met en jeu des interfaces manuelles, la plupart comportant un retour d’effort haptique interactif, synchronisé avec l’image affichée.

La connaissance des interactions entre ces deux informations sensorielle est encore aujourd’hui insuffisante, en particulier concernant le rôle éventuel des décalages d’amplitude ou des déphasages. Ceux-ci étant inévitables en environnement virtuel, il est important de comprendre leur influence sur la perception globale. Des travaux récents de recherche ont montré les interactions fortes bi-directionnelles entre ces deux sens (effet pseudo-haptique, capture visuelle, etc), pouvant être interprétées par des modèles quantitatifs de couplage sensori-moteur. Par ailleurs, des travaux préliminaires au CTS réalisés dans le cadre d’une thèse CIFRE 2000-2003 ont montré une certaine robustesse de la conduite par rapport aux variations de couple volant dans les simulateurs.

 
     
  Travaux prévus  
 


1. Etude bibliographique et pratique : contrôle sensori-moteur, interactions visio-haptiques, technologie des simulateurs et des systèmes de restitution d’effort.

2. Etude expérimentale sur simulateur ULTIMATE ou CARDS de Renault : mesure de la cohérence entre vision et effort (volant).

Etude psychophysique sur système à retour d’effort (Virtuose de Haption) : mesure des projets relatifs des stimuli visuel et haptique, prise en compte des aspects temporels.

3. Modélisation et synthèse : développement d’un modèle expliquant les résultats ; intégration dans le logiciel de contrôle du retour d’effort ; publications scientifiques


Simulateur ULTIMATE du CTS, Renault

 
     
  Bibliographie  
 


[1] Gepshtein.S ; Burge.J ; Ernst.M.O & Banks.M.S
The combination of vision and touch depends on spatial proximity
Journal of vision, 2005

[2] Toffin.D, Reymond.G, Kemeny.A & Droulez.J
Role of steering feedback on driver performance : driving simulator and modeling analysis.
Vehicle System Dynamics. (sous presse)

Toffin.D, McIntyre.J, Droulez.J, Kemeny.A & Berthoz.A
Perception and reproduction of force direction in the horizontal plane.
Journal of Neurophysiology, 2003

[3] Jay.C & Hubbold.R
Delayed Visual and Haptic Feedback in a Reciprocal Tapping Task
Proceedings of the World Haptics Conference 2005 (WHC’05), 2005

Jay.C & Hubbold.R
Does Performance in the Face of Delayed Sensory Feedback Change with Practice ?
Proceedings of the EuroHaptics Meeting 2004, 2004

[4] Lécuyer.A ; Dominjon.L ; Burkhardt.J.M ; Richard.P & Richir.S
Influence of Control/Display Ratio on the Perception of Mass of Manipulated Objects in Virtual Environments
Proceedings of the IEEE International Conference on Virtual Reality, 2005

Dominjon.L ; Lécuyer.A ; Burkhardt.J-M ; Andrade-Barroso.G & Richir.S
The “Bubble” Technique : Interacting with Large Virtual Environments Using Haptic Devices with Limited Workspace
Proceedings of the World Haptics Conference 2005 (WHC’05), 2005

[5] Kang.T ; He.J & Tillery.S.I.H
Determining natural arm configuration along a reaching trajectory
Experimental brain research, 2005

Richardson.M.J.E & Flash.T
Comparing Smooth Arm Movements with the Two-Thirds Power Law and the Related Segmented-Control Hypothesis
The Journal of Neuroscience, 2002

Schaal.S & Sternad.D
Origins and violations of the 2/3 power law in rhythmic three-dimensional arm movements
Experimental brain research, 2000

• Site web CTS : http://www.experts.renault.com/kemeny/

• Berthoz.A : Le sens du mouvement

 
 
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