La réalité augmentée
techniques et entités virtuelles

Traité IC2, série Informatique et Systèmes d'Information

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Langue : Français

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Date de parution :
Ouvrage 325 p. · 15.6x23.4 cm · Relié · 
ISBN : 9782746245471 EAN : 9782746245471
Éditions Lavoisier

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Phénomène en plein essor, la réalité augmentée touche de plus en plus de domaines (e-commerce, jeux vidéo, éducation, marketing, sciences, etc.). Si vous voulez comprendre et développer une application qui utilise cette technologie, le contenu de cet ouvrage est fait pour vous. Une première partie essaie de dresser un panorama exhaustif de la réalité augmentée actuelle jusqu’à ses développements les plus récents. Vous découvrirez ses concepts et ses objectifs puis, à l’aide de différents logiciels (open-source ou propriétaire), vous pourrez réaliser pas à pas plusieurs exercices de difficultés croissantes pour mettre en œuvre la réalité augmentée sur votre micro-ordinateur, votre tablette électronique ou votre smartphone. La plupart des notions dont vous aurez besoin sont basiques mais ceux d’entre vous qui ont plus d’expérience dans le domaine de la programmation ou la modélisation 3D pourront aller encore plus loin. À la lecture de cet ouvrage j’espère vous transmettre le même engouement et la même passion que je ressens pour cette technologie révolutionnaire.

Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

PREMIERE PARTIE. ÉTAT DES LIEUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Chapitre 1. Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.1. Au commencement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.2. L’envolée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.3. Le passage au XXIe siècle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Chapitre 2. Matériels, logiciels et applications pour la RA . . . . . . . 45

2.1. Pour commencer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1.1. Moyens techniques de la RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.1.1.1. Plateformes matériels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.1.1.2. Système de capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.1.1.3. Système de visualisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.1.1.4. Interface homme-machine (IHM) . . . . . . . . . . . . . 49

2.2. Logiciels de développement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2.2.1. Logiciels expérimentés dans le cadre de cet ouvrage . . . . . 52

2.2.1.1. AR-media de Inglobe Technologies . . . . . . . . . . . . 52

2.2.1.2. Buildar du HIT Lab NZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.2.1.3. ARToolKit (open source) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.2.1.4. Popcode Developper du Machine Intelligence Lab – Cambridge University. . . . . . . 53

2.2.1.5. D’Fusion de Total Immersion . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.2.1.6. LinceoVR de seac02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.2.2. Logiciels non expérimentés dans le cadre de cet ouvrage. . . . . . . 55

2.2.2.1. Junaio de Metaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2.2.2.2. Layar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.2.2.3. FLARToolKit (open source) . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2.2.4. NyARToolkit (open source) . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2.2.5. HandyAR de UCSB, Four Eyes Lab (gratuit) . . . . . . 58

2.2.2.6. Wikitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.2.2.7. Vuforia de Qualcomm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.3. Domaines applicatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.3.1. Jeux vidéo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

2.3.2. Patrimoine et tourisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.3.3. Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.3.4. Commerce, publicité, marketing . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2.3.5. Cinéma, télévision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.3.6. Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.3.7. Médical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

2.3.8. Arts et musées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

2.3.9. Education . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

2.3.10. Navigation et cartographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

2.4. Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

DEUXIÈME PARTIE. EXERCICES SUR LOGICIELS . . . . . . . . . . . . . 81

Chapitre 3. D’Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.2. Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.3. Exercice 1 : création d’une scène simple . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.3.1. Pour commencer, créons un nouveau projet . . . . . . . . . . 85

3.3.2. Importer un objet 3D et ajouter son éclairage . . . . . . . . . 87

3.3.3. Ajouter le dispositif de capture vidéo et l’intégrer à la scène. . . . . . . 89

3.3.4. Créer le suivi du marqueur qui déclenchera l’apparition de l’objet en 3D. . . . . . . . . . . . 93

3.3.5. Associer le marqueur à votre projet . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.3.6. Saisie du script de suivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.3.7. Essayer votre scène de RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.3.8. Affiner le dimensionnement et le positionnement de votre objet 3D. . . . . . . . . . . 101

3.3.9. Exporter et créer une application . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.4. Exercice 2 : ajout d’une animation à la scène de l’exercice 1 . . . 107

3.4.1. Charger le projet et ajouter un nouvel élément de script . . . 107

3.4.2. Affecter et éditer le script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.4.3. Tester le script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

3.5. Exercice 3 : intégrer une scène de RA au sein d’une page web interactive . . . . . . . . . 110

3.5.1. Charger le projet et le modifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

3.5.2. Ajout des scripts d’interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3.5.3. Ajout du texte qui apparaîtra dans la scène . . . . . . . . . . . 116

3.5.4. Exporter et générer une application . . . . . . . . . . . . . . . . 117

3.5.5. Création de la page web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

3.5.6. Construction du dossier qui va contenir le projet . . . . . . . 121

3.5.7. Tester l’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

3.5.8. Publier votre application sur un serveur . . . . . . . . . . . . . 126

3.6. Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Chapitre 4. AR-media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

4.1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

4.2. Installation sur Mac OSX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

4.3. Exercice 1 : une scène simple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

4.4. Exercice 2 : une scène plus complexe, un objet et deux vidéos. . . . . . . . . 137

4.5. Exercice 3 : ajouter un script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

4.6. Exercice 4 : exporter une scène vers AR-media Player pour Mac OSX, Microsoft Windows, ou iOS (iPhone, iPad) . . . . . . 146

4.6.1. AR-media Player sur Mac OSX . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

4.6.2. AR-media Player sur iOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

4.6.3. AR-media Player sur PC et Microsoft Windows . . . . . . . 158

4.7. Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

10 La réalité augmentée

Chapitre 5. ARToolKit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

5.1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

5.2. Fonctionnement général d’une application utilisant ARToolKit. . . . . . . . . 162

5.3. Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

5.3.1. Installation sous Microsoft Windows . . . . . . . . . . . . . . 164

5.3.2. Démarche commune à tous les EDI . . . . . . . . . . . . . . . 165

5.3.3. Microsoft Visual C++ 6.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

5.3.4. Microsoft Visual Studio.net 2003 . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

5.3.5. Microsoft Visual C++ 2008 Express Edition . . . . . . . . . . 171

5.3.6. Installation sous Mac OSX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

5.4. Utilisation d’OpenVRML avec ARToolKit . . . . . . . . . . . . . . 178

5.4.1. Génération avec Microsoft Windows et Microsoft Visual Studio .net 2003. . . . 180

5.4.2. Génération avec Mac OSX et XCode3.x.x . . . . . . . . . . . 183

5.5. Exercice : une scène VRML animée et un marqueur personnalisé. . . . . . . . . 191

5.5.1. Création et impression du marqueur . . . . . . . . . . . . . . . 191

5.5.2. Faire reconnaître un marqueur personnalisé par ARToolKit. . . . . . 192

5.5.3. Associer un marqueur à l’application « simpleVRML » . . . 195

5.5.4. Créez une scène 3D en VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

5.5.5. Visualiser la scène 3D VRML en RA via un marqueur personnalisé. . . . . . . . 200

5.6. Plus de détails sur ARToolKit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

5.7. Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Chapitre 6. PopCode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

6.1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

6.2. Téléchargement et installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

6.3. Exercice 1 : un modèle simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

6.3.1. Création du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

6.3.2. Création du fichier d’appel du marqueur et des éléments 3D. . . 209

6.3.3. Création du fichier de paramétrage des éléments 3D . . . . . 210

6.3.4. Choix et mise en place du marqueur cible . . . . . . . . . . . 210

6.3.5. Visualisation de la scène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

6.4. Exercice 2 : connaître le marqueur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

6.5. Exercice 3 : animer et interagir avec un modèle . . . . . . . . . . . 217

6.6. Exercice 4 : déclencher l’appel d’un lien . . . . . . . . . . . . . . . 219

6.7. Exercice 5 : marqueur personnalisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

6.8. Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

Chapitre 7. LinceoVR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

7.1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

7.2. Téléchargement et installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

7.2.1. Installation du module d’exportation pour Rhino . . . . . . . 226

7.2.2. Installation du module d’exportation pour Autodesk 3D Studio Max. . . . . . 228

7.3. Exercice 1 : un modèle simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

7.3.1. Création du modèle avec Rhino . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

7.3.2. Création du modèle avec Autodesk 3D Studio Max . . . . . 230

7.3.3. Importation du modèle dans LinceoVR . . . . . . . . . . . . . 231

7.3.4. Sélection et associations du modèle avec le marqueur . . . . 233

7.3.5. Impression du marqueur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

7.3.6. Choix de la source de capture de la scène de RA . . . . . . . 235

7.3.7. Affichage de la scène de RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

7.3.8. Exportation au format LinceoVR Viewer . . . . . . . . . . . . 237

7.3.9. Affichage de la scène de RA avec LinceoVR Viewer . . . . 238

7.4. Exercice 2 : animer un modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

7.4.1. Associer une ou des animations au modèle . . . . . . . . . . . 240

7.4.2. Visualiser le modèle animé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

7.5. Exercice 3 : inclure un modèle dans un environnement . . . . . . 243

7.5.1. Importer un modèle dans un environnement . . . . . . . . . . 244

7.5.2. Intégrer graphiquement le modèle dans l’environnement . . . 245

7.5.3. Enregistrer votre travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

7.6. Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

TROISIÈME PARTIE. SOURCES ET RÉFÉRENCES . . . . . . . . . . . . . . 255

Annexe 1. Notions mathématiques pour les calculs de RA . . . . . . . 257

A1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

12 La réalité augmentée

A1.2. L’alignement de la caméra réelle et virtuelle . . . . . . . . . . . . 258

A1.2.1. Principe mathématique du sténopé . . . . . . . . . . . . . . . 259

A1.2.2. Les distorsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

A1.3. La cohérence spatio-temporelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

A1.4. La cohérence photométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

A1.5. Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

Annexe 2. Espaces colorimétriques et codage vidéo . . . . . . . . . . . . 267

A2.1. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

A2.2. Nature d’un signal vidéo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

A2.3. Codage YUV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

A2.3.1. Echantillonnage et structure avec YUV . . . . . . . . . . . . 270

A2.3.2. YUV et norme 4:2:2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

A2.3.3. YUV et norme 4:2:0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

A2.3.4. YUV et norme 4:1:1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

A2.3.5. YUY2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

A2.4. YUV (YCbCr) et taille d’image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

Annexe 3. Les formats de fichiers des objets 3D . . . . . . . . . . . . . . 273

Annexe 4. Introduction au langage VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

A4.1. Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

A4.2. Des outils indispensables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

A4.2.1. VRMLPad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

A4.2.2. Les modules d’extension (plugins) disponibles . . . . . . . 282

A4.3. La structure d’un fichier VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

A4.4. Les formes de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

A4.5. Le positionnement des objets dans la scène . . . . . . . . . . . . . 287

A4.5.1. La translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

A4.5.2. La rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

A4.5.3. Le changement d’échelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

A4.6. L’apparence des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

A4.6.1. La couleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

A4.6.2. Les textures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

A4.7. Les prototypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

A4.8. L’éclairage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

A4.8.1. La lumière ponctuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

A4.8.2. La lumière directionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

A4.8.3. La lumière focalisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

A4.9. En savoir plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

Glossaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315