La réalité virtuelle a connu d’énormes progrès ces dernières années. Compte tenu de ses récentes poussées de développement, il peut être un peu surprenant d’apprendre que les idées qui sous-tendent ce que nous appelons maintenant la réalité virtuelle étaient décontractées dans les années 60. Toutes les possibilités imaginées ne se sont pas concrétisées, mais nous avons beaucoup appris sur ce qui est (et ce qui n’est pas) important pour une expérience de réalité virtuelle convaincante, et nous avons acquis des informations sur ce qui pourrait se passer ensuite.

Si les meilleures idées de la réalité virtuelle venaient des années 60, quelles étaient-elles et comment se sont-elles déroulées?

Interaction et simulation

Tout d’abord, je veux couvrir brièvement deux précurseurs importants de ce que nous considérons comme la réalité virtuelle: l’interaction et la simulation. Avant les années 1960, des exemples de pointe pour les deux étaient les Link Trainer et Sensorama.

Le Link Trainer était un des premiers simulateurs de vol, et son objectif était de fournir une instrumentation réaliste et un retour de force sur les commandes de vol des avions. Cela a permis à un élève d’acquérir en toute sécurité une compréhension des différentes conditions de vol, même s’il ne les éprouve pas réellement. Le Link Trainer n’a simulé aucune autre partie de l’expérience de vol, mais son succès a montré comment la rétroaction et l’interactivité – même si elles étaient artificielles et limitées dans leur nature – pouvaient permettre à une personne de «ressentir» des forces qui n’étaient pas réellement présentes.

Sensorama était un pod spécialisé qui diffusait des courts métrages en 3D stéréoscopique tout en étant synchronisés avec des ventilateurs, des émetteurs d’odeurs, une chaise motorisée et un son stéréo. C’était un effort sérieux pour impliquer les sens d’un utilisateur d’une manière destinée à simuler un environnement. Mais étant une expérience préenregistrée, elle était de nature passive, sans éléments interactifs.

Combiner l’interaction avec la simulation a effectivement dû attendre les années 60, lorsque la révolution numérique et les ordinateurs ont fourni les bons outils.

L’affichage ultime

En 1965, Ivan Sutherland, informaticien, a rédigé un essai intitulé L’affichage ultime (PDF) dans lequel il a présenté des idées bien au-delà de ce qui était possible avec la technologie de l’époque. On pourrait s’attendre L’affichage ultime être un long document. Ce n’est pas. Il fait à peine deux pages, et la plupart de la première page est consacrée à des réflexions sur les méthodes de saisie informatique interactives en plein essor des années 60.

La deuxième partie est là où cela devient intéressant, car Sutherland partage l’avenir qu’il voit pour les périphériques de sortie contrôlés par ordinateur et décrit un «affichage kinesthésique» idéal qui a servi autant de sens que possible. Sutherland a vu le potentiel des ordinateurs pour simuler des idées et produire non seulement des informations visuelles, mais aussi pour produire un son et une sortie tactile significatifs, tout en acceptant et en incorporant l’entrée d’un utilisateur dans une boucle de rétroaction auto-modifiable. C’était des choses avant-gardistes; rappelez-vous que lorsque ce document a été rédigé, les ordinateurs ne généraient même pas des sons de toute complexité réelle, sans parler des affichages visuels capables de contenu arbitraire.

Une façon de découvrir l’irréel

Gros plan de Sutherland’s Épée de Damoclès, un système suspendu au plafond dans lequel la tête d’un utilisateur était attachée. [image source: History of VR]

L’idée principale de Sutherland était la suivante: en tant qu’êtres humains, nous avons une familiarité intuitive avec ce que nous pouvons voir et ressentir. Les effets de la gravité, ce que l’on ressent pour démarrer ou arrêter quelque chose de bouger, ou imaginer à quoi ressemblera un objet sous un angle différent, ce sont toutes des choses que nous comprenons sans effort.

Et si nous pouvions expérimenter de la même manière des concepts qui ne pourraient pas être réalisés dans notre monde physique? Ce serait un moyen d’acquérir une familiarité intuitive et intime avec des concepts qui ne nous sont pas autrement disponibles.

Dans un premier temps pour concrétiser ces idées, Sutherland et certains de ses étudiants ont créé un grand système suspendu au plafond baptisé Épée de Damoclès. C’était le premier écran monté sur la tête dont les visuels ne provenaient pas d’une caméra, mais étaient générés par un ordinateur. Il n’affichait que des graphiques vectoriels basés sur des lignes, mais il était capable de modifier ce qu’il montrait en temps réel en fonction de la position de la tête et des entrées de l’utilisateur.

Tirer parti de la capacité d’un ordinateur à traiter les commentaires et à générer dynamiquement des visuels était la clé d’un système interactif capable de générer son propre environnement simulé. Pour la première fois, un moyen de fusionner de manière significative l’interaction avec la simulation abstraite était à portée de main, et il n’y avait nulle part où aller d’autre.

Idées des années 60 qui se sont produites

De nombreux concepts que Sutherland avait prédit se sont concrétisés, au moins partiellement, et sont reconnaissables sous une forme moderne.

Les objets affichés par un ordinateur ne doivent pas suivre les règles ordinaires de la réalité

Être capable de définir des choses sans les limites de la réalité physique et d’ajuster leurs propriétés à volonté, englobe des fonctions telles que la modélisation CAO et d’autres travaux de simulation, ainsi que des divertissements comme les jeux. En fait, il serait même juste de dire que le jeu en particulier prospère dans cet espace.

Sutherland a envisagé un écran contrôlé par ordinateur comme un miroir dans un pays des merveilles mathématiques. Un bon exemple de ce concept est ce moteur 3D pour la géométrie non euclidienne qui présente des géométries impossibles d’une manière familière et interactive.

Commentaires tactiles et haptiques

Les contrôleurs VR d’aujourd’hui (et les appareils mobiles comme les téléphones, d’ailleurs) dépendent fortement de la capacité de fournir une gamme de vibrations subtiles en tant que retour significatif. Bien qu’il ne soit pas à la hauteur de l’idéal de Sutherland de simuler avec précision des choses comme la physique complexe, il donne néanmoins aux utilisateurs une compréhension intuitive des forces et des limites invisibles, bien que simples, comme des boutons qui n’existent pas en tant qu’objets physiques.

Suivi de la tête

Faire un changement d’affichage en fonction de l’endroit où l’on regarde est une caractéristique majeure de la réalité virtuelle. Alors que Sutherland n’a mentionné ce concept que brièvement, un suivi précis et à faible latence s’est avéré être une caractéristique d’une importance cruciale. Lorsque Valve a étudié la RV et la RA pour la première fois, un indicateur précoce qu’ils étaient sur quelque chose était lorsque les chercheurs ont expérimenté ce qui était possible lorsque des écrans à faible persistance étaient combinés avec un suivi de haute qualité; il a été décrit comme regardant à travers une fenêtre dans un autre monde.

Suivi des mains et du corps, y compris le suivi du regard

Sutherland envisageait la capacité d’un ordinateur à lire le corps d’un utilisateur comme méthode d’entrée, en particulier les parties du corps à haute dextérité comme la main et les yeux. Le suivi manuel est une fonctionnalité de plus en plus courante dans les systèmes de réalité virtuelle grand public d’aujourd’hui. Le suivi oculaire existe, mais plus à ce sujet dans un instant.

Certaines idées ne sont pas encore arrivées

Il y a un certain nombre de concepts qui ne se sont pas concrétisés ou qui n’existent que de manière très limitée, mais cette liste diminue. Voici les points forts les plus remarquables.

Un suivi oculaire robuste est difficile

Sutherland a écrit «il reste à voir si nous pouvons utiliser un langage de regards pour contrôler un ordinateur», et jusqu’à présent, cela reste le cas.

Il s’avère que le suivi oculaire est assez facile à obtenir la plupart à droite: on pointe simplement une caméra vers un globe oculaire éclairé par infrarouge, on cherche le cercle noir de la pupille et on mesure sa position pour déterminer où son propriétaire regarde. Aucun problème là-bas, et les hackers entreprenants ont réalisé de nombreux projets de suivi oculaire intelligents.

Le suivi oculaire devient plus délicat lorsque des niveaux élevés de précision fiable sont nécessaires, comme son utilisation pour modifier le rendu des visuels en fonction de exactement où un utilisateur regarde. Il y a un certain nombre de raisons à cela: non seulement l’œil humain fait des mouvements fréquents et involontaires appelés saccades, mais environ 1% des humains ont des pupilles qui ne présentent pas de jolies formes noires rondes, ce qui rend difficile la détection des logiciels. En plus de cela, il y a un problème plus profond. Parce qu’une pupille n’est rien de plus qu’une ouverture dans le tissu flexible de l’iris, ce n’est pas toujours une forme cohérente. En fait, la pupille oscille et se trémousse chaque fois que l’œil bouge – ce qui est souvent le cas – et cela rend le positionnement très précis difficile à interpréter. Voici un lien (indiqué à 37:55 po) vers une présentation vidéo expliquant ces problèmes, montrant pourquoi il est souhaitable d’éviter le suivi oculaire dans certaines applications.

Le retour de force précis par simulation n’est pas prêt

Les dispositifs de retour de force existent depuis des années et il y a un regain d’intérêt pour le retour de force grâce au développement de la réalité virtuelle. Mais nous sommes loin de l’utiliser de la manière envisagée par Sutherland: pour simuler et acquérir une familiarité intuitive avec des concepts et des phénomènes complexes, en les apprenant ainsi que nous connaissons notre propre monde naturel.

Simuler quelque chose comme une poignée de main ou un câlin devrait être simple par cette métrique, mais le retour de force qui peut simuler de manière significative la physique simple reste le domaine des applications de niche coûteuses qui ne peuvent exister sans un matériel spécialisé.

Simulation au niveau de Holodeck

Probablement la partie la plus fréquemment citée de L’affichage ultime sont les dernières phrases, dans lesquelles Sutherland décrit quelque chose qui ressemble remarquablement au holodeck de Star Trek:

L’affichage ultime serait, bien sûr, une pièce dans laquelle l’ordinateur peut contrôler l’existence de la matière. Une chaise exposée dans une telle pièce serait assez bonne pour s’asseoir. Les menottes exposées dans une telle pièce seraient confinantes et une balle déployée dans une telle pièce serait fatale. Avec une programmation appropriée, un tel affichage pourrait littéralement être le pays des merveilles dans lequel Alice est entrée.

De toute évidence, nous sommes loin de ce point, mais si jamais nous le sommes, c’est peut-être la dernière chose que nous ayons jamais besoin d’inventer.

Fonctionnalités importantes par rapport aux fonctionnalités intéressantes

Les meilleures idées peuvent provenir des années 60, mais nous avons beaucoup appris depuis lors sur ce qui est et n’est pas réellement important pour créer des expériences immersives. Les fonctionnalités importantes sont celles dont une technologie a vraiment besoin pour fournir, car elles sont essentielles à l’immersion. L’immersion est une sorte de masse critique, un «aha!» Sensoriel. moment où l’on cesse de remarquer les éléments de travail individuels impliqués, et commence à interagir de manière transparente et intuitive avec le contenu dans un état de flux. Des fonctionnalités importantes aident à cela.

Par exemple, il peut sembler qu’un large champ de vision dans un HMD soit important pour l’immersion, mais cela ne s’avère pas tout à fait le cas. Nous avons couvert une présentation fascinante sur la façon dont la vision humaine utilise toutes sortes d’indices pour décider à quel point quelque chose est «réel» et ce que cela signifie pour le développement de HMD. Il s’avère qu’un champ de vision très large dans un écran est souhaitable, mais ce n’est pas spécialement important pour augmenter l’immersion. L’audio a des problèmes similaires, toutes sortes de choses étant découvertes comme importantes pour fournir une simulation audio convaincante. Par exemple, envoyer le son directement dans les conduits auditifs via des oreillettes s’avère être un moyen puissant pour le cerveau de classer les sons comme «non réels», quelle que soit la précision avec laquelle ils ont été simulés. Idéal pour écouter de la musique, moins pour une simulation convaincante.

Une autre caractéristique d’importance critique est un affichage avec un suivi robuste et une faible latence. J’ai vécu cela par moi-même la première fois que j’ai essayé le suivi de mouvement sans faille sur un casque VR moderne. Peu importe comment je bougeais ou regardais autour de moi, il n’y avait pas de décalage ou de dérive perceptible. Je pouvais presque sentir mon cerveau glisser sans effort dans une rainure, comme s’il avait décidé que l’espace dans lequel j’étais et que les choses que je regardais existaient entièrement distinctes de ce que je portais sur ma tête. C’était quelque chose que j’ai définitivement fait ne pas ressentir quand je portais un casque Forte VFX1 VR au milieu des années 90. À l’époque, ce n’était pas la basse résolution ou le petit champ de vision qui me dérangeait, c’était le suivi de tête dérivant et vague dont je me souviens le plus. Il y avait du potentiel, mais il n’est pas étonnant que la réalité virtuelle n’ait pas fleuri dans les années 90.

Et après?

Une chose qui correspond aux prédictions générales de Sutherland sur le suivi corporel, mais qu’il n’a probablement pas vu venir, est le suivi du visage et des expressions. Il s’agit d’un travail expérimental de Facebook, mais qui gagne en importance principalement dans le but d’interagir avec d’autres personnes numériquement, plutôt que comme un moyen d’entrée informatique.

En parlant de Facebook, un réseau social à la pointe du développement de la VR (tout en resserrant leur emprise sur celui-ci) n’était certainement pas prévu dans les années 60, mais il semble néanmoins être le prochain pour la VR. Mais je n’ai jamais dit le avenir de VR est venu des années 60, juste que le bien idées ont fait.

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