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Emergences

Lettre d'information n° 15

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Confection de crêpes virtuelles

En réalisant un outil de simulation pour s'entraîner à faire des crêpes, des chercheurs rennais améliorent la gestion du retour de force quand des liquides sont impliqués dans le scénario. Ces innovations intéressent tout autant l'univers du jeu vidéo que les fabricants de simulateurs médicaux. Détail de la recette avec Anatole Lécuyer, chercheur Inria au centre Rennes - Bretagne Atlantique.

En réalisant un outil de simulation pour s'entraîner à faire des crêpes, des chercheurs rennais améliorent la gestion du retour de force quand des liquides sont impliqués dans le scénario. Ces innovations intéressent tout autant l'univers du jeu vidéo que les fabricants de simulateurs médicaux. Détail de la recette avec Anatole Lécuyer, responsable de ces recherches à l'Inria Rennes - Bretagne Atlantique.

 

Pour l'apprenti-crêpier, l'expérience consiste à empoigner deux bras haptiques reliés à l'ordinateur. Le premier, à gauche, commande la bolée qui, sur l'écran, va plonger dans la casserole pour recueillir la bonne quantité de pâte, puis la verser dans la poêle. À droite, le second bras commande la poêle qu'il faudra virtuellement secouer pour retourner la crêpe. Bonne chance et bienvenue dans la Virtual Crepe Factory. À chaque manipulation, l'utilisateur ressent physiquement le poids et l'inertie des objets qu'il manipule sur l'écran. Quand il remplit la bolée, elle s'alourdit. Quand il l'incline, il sent le poids de la pâte se déplacer et contraindre son poignet à se tendre. De la même façon, quand le crêpier verse la pâte, l'ustensile donne l'impression de s'alléger. La force exercée sur la main diminue au fur et à mesure.

Cette démonstration ludique nous sert en fait à présenter les travaux que nous effectuons sur les interfaces à retour de force, résume Anatole Lécuyer. Notre objectif est d'améliorer la modélisation de ce retour dans un contexte très complexe puisque le composant est un liquide.”  Ici, tout est donc affaire de calcul. “Nous combinons en fait deux innovations. Tout d'abord, il s'agit d'un algorithme temps réel. Une partie du calcul est déportée sur le processeur graphique, le GPU, afin de gagner en rapidité d'exécution. Ce temps réel est évidemment essentiel pour assurer une simulation réaliste. Deuxièmement, nous proposons un nouvel algorithme de rendu haptique qui permet une restitution des sensations du retour de force quand on manipule des liquides.

Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs (1) ont proposé un modèle unifié  basé sur des particules (2) qui régit le comportement du liquide. Le liquide est donc modélisé par des particules élémentaires, des petites billes se déplaçant au gré des actions. “Ce modèle nous permet aussi d'attribuer différents niveaux de viscosité.”  Hydrocarbures, eau de mer, pâte à crêpe. Tous les scénarios deviennent possibles. “Ce qui nous intéressait avec la démonstration culinaire, c'est qu'elle met les deux mains en action. Et cela, simultanément. Chaque bras haptique offre six degrés de liberté. Trois en translation : haut-bas, avant-arrière, gauche-droite. Trois également en rotation : cap, tangage, roulis. Les deux interfaces contraignent donc 12 types de mouvement possibles des outils virtuels manipulés. Tout cela augmente grandement la complexité du calcul pour restituer, en temps réel, ces forces d'interaction via l'interface.

Les nouveaux algorithmes ouvrent d'alléchantes perspectives dans le jeu vidéo, en particulier pour recréer des univers aquatiques. Cependant, les chercheurs ont aussi “d'autres applications en tête. On peut imaginer, par exemple, améliorer la simulation chirurgicale avant une opération en intégrant les fluides corporels dans les "patients virtuels". En particulier dans des organes où l'on rencontre du sang en pression. Il y a aussi des débouchés possibles pour les outils de formation utilisés dans l'industrie. Par exemple pour manipuler des produits dangereux.” Ces travaux ont été présentés à la communauté scientifique lors de la conférence sur la réalité virtuelle organisée par l'IEEE à Singapour.



Notes :

(1) Ces recherches sont menées au sein de l’équipe VR4I  par Gabriel Cirio (doctorant Inria), encadré par Maud Marchal (maître de conférences à l’INSA-Rennes) et Anatole Lécuyer (chercheur à l'Inria). Ces travaux seront prochainement publiés dans la revue IEEE Transactions on Visualisation and Computer Graphics.
(2) Modèle SPH : Smoothed-Particle Hydrodynamics.