Etude comparative de la perception d’ambiances lumineuses en milieu réel et en milieu virtuel - Résumé

Charton, Virgile

Sujets

• informatique

Informations

• Publié par: Shaen
• Nombre de lectures: 39
• Langue: Français

Extrait

Résumé



La simulation numérique de la propagation de la lumière dans des cavités telles que
celles correspondant à l’architecture intérieure de bâtiments recourt aujourd’hui à des
méthodes de radiosité et de lancer de rayons qui sont bien validées. Les résultats
s’expriment au travers de champs éclairement incidents et luminances depuis des points
d’observation. Ont peu également produire à la suite de ces simulations des scènes d’une
qualité proche de la qualité photographique.
Cependant peu d’études ont été menées sur la validation des effets produits par de telles
simulations. L’observation d’une scène produite par simulation est-elle jugée de la même
manière que la scène identique dans la réalité ? Notre travail s’intéresse à la validité de
simulateurs de réalité virtuelle utilisant en entrée des outils optiques de simulation de la
propagation de la lumière.
Cette hypothèse d’équivalence perceptive entre image et réalité est cruciale, non
seulement parce qu’elle conditionne le niveau de fidélité de la représentation
informatique fournie par le logiciel, mais aussi parce que sa validation ouvrirait une
nouvelle voie pour l’étude de l’ergonomie et de la qualité de l’éclairage, d’une manière
similaire à l’étude des champs sonores en acoustique.
En effet, ces problématiques sont le plus souvent étudiées directement in situ ou dans
des locaux expérimentaux en laboratoire. Des contraintes financières et pratiques
évidentes pèsent sur ce type d’environnement : comment, par exemple, modifier
instantanément le taux de réflexion d’un mur ou les matériaux d’un bureau ? Le
développement parallèle des logiciels de simulation de la lumière et des techniques de
projection de l’image, pourrait apporter une solution à ces contraintes. La présentation
d’images de synthèse dans un environnement virtuel immersif, permettrait de multiplier
les situations d’évaluation à l’infini pour un coût réduit.


11L’objectif de cette thèse est de valider la pertinence de la réalité virtuelle comme outil
d’évaluation de la qualité de l’éclairage. Trois étapes ont été nécessaires pour atteindre
cet objectif : développement d’un dispositif de projection immersif, développement de
méthodes d’évaluation de la perception, confrontation des résultats obtenus en milieu
réel et en milieu virtuel.
Nous avons défini un système de réalité virtuelle répondant à nos exigences en terme de
luminosité et d’immersivité. Nous avons choisi un système de projection basé sur deux
projecteurs à haut flux lumineux (2200 lumens chacun), autorisant une luminance
d’écran maximale de 250 Cd/m². La polarisation des projecteurs permettait de recréer le
relief stéréoscopique sur un écran large, augmentant ainsi l’immersion du sujet.
Nous avons développé un procédure expérimentale basée sur un protocole de
« comparaison par paire » permettant de quantifier la perception de différentes
ambiances lumineuses.
Une première expérience a été menée, dans laquelle la tâche était d’évaluer 6 ambiances
lumineuses sur 6 critères : luminosité, intimité, uniformité, éblouissement, chaleur
visuelle, agrément. 3 conditions expérimentales ont été comparées : évaluations en
milieu réel, en milieu virtuel sur la base de photographies numériques des ambiances, en
milieu virtuel sur la base d’images de synthèses des ambiances. 40 sujets ont participé à
chaque condition (120 sujets au total).
Les résultats ont montrés des évaluations proches entre milieu réel et milieu virtuel sur 4
critères : luminosité, intimité , uniformité, chaleur visuelle. Même si certaines ambiances
étaient jugées de manière différente en milieu réel et virtuel, les grandes tendances
observées en réalité étaient retrouvées sur écran. Nous avons interprété les divergences
d’évaluation entre les deux milieux comme le résultat d’un appauvrissement de
l’expérience perceptive en environnement virtuel. Cet appauvrissement résultait de notre
choix de ne présenter aux sujets que deux points de vue de l’ambiance à juger. Il s’est
traduit par une simplification des jugements et une augmentation de la prégnance
perceptive de certains indices lumineux.
Le deuxième résultat principal de cette recherche est l’accord remarquable observé dans
les évaluations entre photographies numériques et simulations des ambiances. En ce qui
concerne les critères de luminosité et d’éblouissement, nous avons constaté des
évaluations quasiment identiques. Ce résultat est important pour deux raisons. D’une
part, il montre la validité interne de notre protocole puisque deux groupes de sujets
différents ont portés des jugements similaires sur les mêmes ambiances. D’autre part, il
donne des indications sur la manière dont les évaluations sont faites : en effet, les
photographies numériques et les images de synthèse présentent des caractéristiques
photométriques différentes. Il semble donc que les ambiances ne soient pas évaluées
12principalement sur ces caractéristiques, mais plutôt sur la présence ou non d’indices
prégnants (mise en lumière des murs par exemple).
Nous avons mené une deuxième étude, répliquant en milieu virtuel une recherche
importante de Veitch et Newsham menée en milieu réel au laboratoire du NRCC à
Ottawa. La tâche des 20 sujets consistait à évaluer 9 ambiances lumineuses présentant 3
niveaux de qualité et 3 niveaux de consommation énergétique. Conformément à
l’expérience princeps, les observations fournies par les sujets ont fait l’objet d’un
traitement statistique poussé, basé sur des analyses en composantes principales (ACP) et
des analyses de variance multivariées (MANOVA). Nous avons obtenu en milieu virtuel
des résultats très proches de ceux relevés dans l’expérience princeps. La possibilité de
créer des ambiances satisfaisantes avec des dispositifs à faible consommation a été
confirmée, ainsi que le rôle déterminant de l’éclairage d’appoint sur la satisfaction. De la
même manière nous avons retrouvé l’indépendance entre le niveau de qualité tel que
définie par les experts et le niveau de qualité perçue par les utilisateurs.

Au total, les expériences reportées ici ouvrent des perspectives importantes sur l’usage
de la réalité virtuelle dans les études sur la qualité de l’éclairage. Le résultat le plus
encourageant est la grande proximité dans les évaluations observées pour les images de
synthèse et les photographies de la scène. Ceci tend à montrer que les rendus des
logiciels de simulation fournissent à l’observateur une information de qualité équivalente
à la photographie. Les améliorations doivent porter sur le dispositif de présentation lui-
même et principalement sur deux axes : d’une part, il est nécessaire d’enrichir
l’expérience visuelle des sujets. Pour cela, il faut développer la présentation en « 3D
temps réel » par opposition aux vues statiques proposées ici. D’autre part, il y a
beaucoup à attendre des nouveaux supports de présentation (« DLP » en particulier) qui
permettront des images plus lumineuses et mieux définies tout en évitant certains
inconvénients de la projection sur écran (« point chaud », par exemple).










13



































14