Essai de sujet de Thèse Stephane Gougeon 0608/1999
v1.055
Interface virtuelle tactile application pratique aux Claviers Virtuels. application artistique aux instruments de musique à clavier
Plan du présent document - Sujet
- Contexte de Recherche
- Intérêts de la Recherche
- Recherche technique / Contrainte bloquante
- Interfaces manuelles existantes
- Justifications de la thèse/recherche
- Applications pratiques intéressantes
- Motivations et Intérêts personnels
Sujet Mise au point et réalisation d'une Interface virtuelle manuelle. Une interface virtuelle manuelle simule virtuellement tous instruments manipulés par le bout des doigts. Dans un premier temps nous aborderons les interfaces manuelles virtuelles de type clavier, plus simple et rapide à comprendre et à finaliser. Ensuite nous étendrons notre réflexion à tous types d'outils utilisés par nos doigts et enfin nous finirons par ouvrir le champ de nos recherches à la possibilité de création de nouveaux outils virtuels d'interfaçage des mains.
Pouvoir simuler virtuellement la présence et l'utilisation virtuelle de tous types d'interface clavier, et par extension de toutes interfaces tactiles, tel est l'objectif pratique de cette recherche.
Le but théorique étant le concept d'interface virtuelle manuelle aussi complexe et maniable que des objets réels tel que le clavier d'un piano, un saxophone, un digicode ou un clavier d'ordinateur. Contexte de recherche Ce sujet de thèse s'inscrit dans le cadre d'une recherche AST(Arts Sciences et Technologies) et propose une interface tactile comme nouvelle approche d'utilisation des gants virtuels.. Cette thèse se définit en 3 parties mêlant à différents niveaux des intérêts Techniques, Scientifiques et Artistiques, et intègre aussi bien de la recherche appliquée à court terme que de la recherche fondamentale et artistique à long terme, dans les domaines de la musique, de la vidéo et de l'interface de l'Homme - Machines Informatiques. Plans de recherches: ce sont en fait 3 plans, 3 axes à développer en parallèles - Recherche de Base : (Science et Technologie)
- Concept de clavier virtuel
- Concept de sensation tactile virtuelle.
- Mise au point et Fabrication de gants virtuels à stimulation tactile (retour d'efforts tactiles)
- Recherche évoluée : (Science et Technologie)
- Concept et Développement d'une interface programmable de niveau 6.
- Intégration du concept de clavier virtuel à l'interface graphique et mise au point d'une interface manuelle virtuelle.
- Connections de gants virtuels à retour d'effort tactile.
- Recherche Fondamentale : (Science et Art)
- Apprentissage et Utilisation de ces nouveaux outils de création
- Développement de claviers virtuels à partir des claviers existants aujourd'hui (piano, synthé, azerty, qwerty, digicode)
- Création d'outils créatifs passerelles (filtres) :
- mouvements => filtre => Musique Vidéo
- Interface manuelle virtuelle => filtre => Musique Vidéo
- Vidéo => filtre => Son
- Son => filtre => Vidéo
- Recherche d'expression artistique Musicale et Vidéo.
- Utilisation du mouvement des mains à des fins de production musicale.
- Création d'un nouvel espace d'expression pouvant être traduit en image et/ou en son.
Remarque : Chaque partie de chaque plan a son pendant (équivalent) dans les deux autres parties. Aussi, ces trois parties peuvent-elles être développées plus ou moins en même temps et ainsi rapprocher la recherche pratique et la recherche fondamentale. Intérêts Pratique L'intérêt est ici de pouvoir se libérer des limites et contraintes physique réelles des claviers ou d'autres interfaces manuelles. Les inconvénients de ces derniers sont assez nombreux quand on y pense : - Ils prennent de la place, peuvent poser des problèmes lors de déplacement, voir même se détériorer.
- Clavier d'ordinateur
- piano
- Piano
- Orgue
- Synthé
- Ils doivent répondre à des normes physiques, électriques pour pouvoir se connecter à des ordinateurs, des sources d'énergies ou pour produire une action.
- Connecteur de clavier, de souris.
- Norme midi
- Mécanique du piano, de l'orgue
- Ils ont existé, n'existent plus, ou bien n'existent pas encore. Inaccessible pour tout individu car unique, ou vieux, empoussiéré dans les musées. En tout cas, ils ne peuvent pas être acquis aujourd'hui.
- Piano de l'époque de Beethoven (son piano ?)
- Vieux modèles de synthés introuvables
- les instruments de musique préhistoriques, moyen-âgeux, de tout âge ou époque..
- instruments de musiques ethniques.
Financier - On peut penser, au regard de ce document, que si cette technologie vient à apparaître sur des marchés de grande consommation, dans de bonnes conditions, elle pourrait rapidement se développer et connaître de bonnes perspectives financières…
- Cette nouvelle technologie ouvre un nouveau marché informatique pouvant aboutir à un fort retour sur investissement.
Economie d'industrie - Les interfaces manuelles réelles, coûtent un certain prix et consomment une certaine quantité de matière et d'énergie pour leur production. Ce faisant, leur production comporte généralement des rejets polluants de différentes natures (gaz, liquide, solide), qui sont la plupart du temps toxiques à plus ou moins long terme pour les êtres vivants.
- Leur prix (très cher), l'époque (dans le passé), peuvent rendre leur acquisition et leur utilisation impossibles aujourd'hui pour le commun des mortels.
- Prix des claviers d'ordinateur, simples, spéciaux, avec track ball, etc...
- Prix des pianos droits, à queue, électroniques (du moins coûteux au plus cher, du plus commun au plus rare, ...)
- Prix d'un orgue, d'un clavecin (de l'époque de Mozart).
Informatique C'est une nouvelle interface de communication entre l'homme et les ordinateurs. Pouvoir réaliser virtuellement, n'importe quel type d'interface physique manuelle, en allant du clavier d'ordinateur au pupitre d'un grand orgue, du picolo au saxophone, du digicode au rubis cube, tous deviennent virtuellement possibles, accessibles à tous et cela en utilisant toujours les mêmes ressources, les mêmes outils : un ordinateur, un casque virtuel semi-transparent, deux gants virtuels tactiles, et une Interface Homme-Machine OS. L'ensemble des interfaces claviers utilisées aujourd'hui est autant de possibilités d'applications pratiques rapides des claviers virtuels. On peut prendre aussi en considération les interfaces claviers qui n'existent pas encore, qui seront créées et qui pourraient peut-être prendre réalité dans le monde physique. Recherches Techniques
Contraintes bloquantes Reste encore à trouver, rechercher, réaliser les gants virtuels tactiles qui nous permettront d'utiliser cette interface virtuelle manuelle. C'est le côté technique de cette recherche. Il existe déjà des gants virtuels permettant de situer la position des mains dans l'espace. La technologie est assez bien maîtrisée quoiqu'en pleine évolution, recherche. Pour les besoins de notre recherche nous pouvons avoir seulement besoin de l'information de pression, ou bien pouvoir interpréter les mouvements des doigts, de la main et des bras, voire du corps tout entier. Reste encore un point important à développer; la restitution à l'utilisateur de la sensation de contact manuel. Ce sujet fait l'objet d'un autre document en cours d'écriture. Ce problème ne me semble pas insurmontable (plutôt intéressant) et ne doit pas nous empêcher de poursuivre plus en avant notre réflexion sur les interfaces virtuelles tactiles. Interfaces manuelles existantes Voici une petite liste non-exhaustive des interfaces manuelles que l'homme utilise fréquemment. Cette liste constitue autant d'interfaces manuelles virtuelles que l'on pourrait reproduire plus ou moins facilement. - Informatique
- Surface plane
- Clavier d'ordinateur
- clavier Azerty
- clavier Qwerty
- clavier ergonomique
- Palette
- Ecran tactile
- écran SNCF
- mini-ordinateur portable à écran tactile
- touchpad
- Surface non-plane
- Souris
- souris simple
- Trackball
- souris ergonomique
- Pictchball
- Joystick
- différentes marques
- Nintendo, playstation
- Sony
- Sega
- kro$oft
- Musique
- surface plane et semi-plane
- Clavier occidental
- Piano
- Orgues
- Orgues simples
- Grands Orgues
- Clavecin
- Synthétiseur
- percussion manuelle
- surface non-plane
- Instruments à vent (flûtes)
- Flûte à Bec
- piccolo
- Hanghorne
- flageolet
- saxo
- Autres
- guitare
- basse
- violoncelle
Quotidien - calculatrice
- digicode
- réveil
- Autres en vrac
- poignée de portes
- stylo
- crayon
- pinceau
Toute interface manuelle utilisant des zones de pression (de préhension) tactiles. Justification Voici un ensemble de points naturels, scientifiques, philosophiques et humains pouvant excuser, justifier la réalisation de ce sujet de thèse.
Il ne faut pas oublier, peut-être, la justification la plus importante, primordiale naturelle de cette recherche et de son aboutissement.
Pouvoir grâce aux sensations tactiles virtuelles utiliser nos mains dans un nouvel espace d'expression, et dans ce nouvel espace, créer et utiliser de nouveaux outils : Donner à nos mains de vrais outils d'interface virtuelle avec les ordinateurs et à chacun une interface manuelle naturelle pour manipuler et utiliser des systèmes informatiques. Naturelle
La sensation tactile est un sens physique naturel universellement répandu parmi les êtres vivants.
Parmi les hommes, c'est une caractéristique commune à tous. Il existe quelques cas de personnes n'ayant aucune sensation tactile ou épidermique et celles-ci seront les seules à ne pas pouvoir bénéficier de ce nouvel outil. Ce sens primaire simple est aujourd'hui utilisé, sans que l'on n'y prête plus attention, pour manipuler des objets de plus en plus complexes, de plus en plus codés (produits par l'homme). La main est l'outil manuel naturel principal de l'homme, c'est la partie de notre corps qui interagit le plus avec le monde qui nous entoure pour le modifier, y produire une action. Dans cette main, la partie la plus utile est le bout de nos doigts. Il se trouve que cette région de nos mains est particulièrement bien fournie en terminaisons nerveuses sensibles à la pression physique, ce qui permet au bout de nos doigts de (nous) transmettre des sensations épidermiques fines, définies aussi sous le terme plus commode de sensation tactile. Stimuler et simuler les récepteurs tactiles de nos doigts c'est étendre l'utilisation du bout de nos doigts et donc de notre main à toutes autres réalités plus ou moins virtuelles que l'on peut réaliser. Utiliser ce nouvel outil dans le monde de l'informatique et principalement dans le monde la Réalité Virtuelle Semi-Immergée ouvre un nouveau domaine, une nouvelle réalité, de réelles possibilités d'utilisation de nos mains, d'extension du bout de nos doigts comme nos mains, aux outils de réalité virtuelle et à toute la créativité que l'on peut exprimer. Humaine Nous parlons toujours de gants tactiles et de RV dans le sens visuel du terme, en oubliant que certaines personnes sont démunies de ce sens. Pour ces personnes le gant tactile recèle un fort potentiel. En effet, c'est principalement avec leurs mains et le bout des leurs doigts qu'ils perçoivent l'environnement physique qui les entoure. Pouvoir leur donner la possibilité d'utiliser des gants tactiles et c'est leur donner la possibilité de créer une interface tactile plus adapté à leurs sens, de pouvoir créer une interface informatique leur permettant de pouvoir enfin utiliser à leur convenance l'outil informatique. Philosophique
Scientifique Nous créons les outils de notre propre évolution, l'Etre Humain, l'Informatique, peut être l'un de ses plus beau outil (Conceptuel-Réel) de sa propre évolution, de l'évolution de l'Etre-Humain, de lui-même : - L'Ordinateur comme moyen d'action
- qui vient de l'électronique, de la physique
- qui fait le lien avec la matière
- qui a une action dans la réalité de notre monde réel
- L'Informatique comme langage/méthode/Technique d'Interface avec l'Ordinateur.
- transmission de l'action dans une autre réalité, dans une virtualité informatique
- d'autres réalités virtuelles
- d'autre langage/technique/méthode/moyen d'action dans ces réalités virtuelles..
- L'ordinateur (et ses interfaces : logicielles, OS) est pour le moment l'outil individuel le moins cher et le plus puissant qui soit. Voici quelques applications courantes personnelles, que l'on peut utiliser, que l'on utilise plus ou moins couramment, plus ou moins facilement :
- Outil Individuel
- de production d'action, de décision
- Rapports, bilans, compte-rendus (imprimante)
- Système expert
- Vidéophone (webvideophone)
- Téléchirurgie à retour d'effort
- de production d'objet
- musique (wav, mp3, au, ...),
- image, image de synthèse,
- vidéo,
- texte (rapports, Livres, Dictionnaire, Donnée, BDD, Compta ...) >=> écriture
- Objet 3D (stéréolithographie)
- d'apprentissage autodidactique
- de lecture, de question
- de réflexion, de compréhension
- logiciels éducatifs
- jeux de réflexion, d'action, etc…
- de modification de nous-mêmes
- de modification de notre comportement en groupe, en société (voir impact de l'informatique sur le monde moderne)
Applications Pratiques - Application des interfaces tactiles virtuelles à deux domaines :
- Informatique : simulation de Clavier "azerty", "qwerty", ergonomique
- Musique : Simulation de clavier de piano, de clavecin, d'orgue et de synthé.
- Création de nouvelles interfaces musicales, de nouveaux instruments de musiques :
- Couplage de gants tactiles avec un synthétiseur miniature sans RV.
- L'interface d'utilisation peut se faire via SRV, ou directement sur le boîtier du mini-synthétiseur.
- Plus besoin de SRV, économie de son prix, disparition des contraintes liées.
- Couplage de gants tactiles avec ordinateur miniature et lunettes de RV.
- Apprentissage de mouvements réels par simulation et stimulation virtuelle
- Enregistrement des mouvements, de gestes.
- pianiste, batteur, musicien
- cuisinier
- de katas de différents arts martiaux , enregistrement des mouvements et technique corporelle de grands maîtres
- prestidigitateur, jonglerie de mains
- Transmission du geste et du mouvement par le biais de l'informatique et de la réalité virtuelle.
- Apprentissage du geste et du mouvement par réalité virtuelle.
- Apprentissage en miroir : on voit virtuellement en face de soi la position que l'on a et en transparence la position que l'on devrait avoir.
- Création d'espace virtuel pour et par les aveugles
- application possible à d'autres formes de handicaps
Motivations et intérêt personnels Depuis mon enfance, j'ai toujours été très curieux de ce que je ne connaissais pas , de ce que je ne comprenais pas, et toujours tentais de trouver des réponses, des solutions. Cela afin d'évoluer, d'apprendre, de comprendre et de transmettre ce nouveau savoir-faire, cette nouvelle connaissance. Je me suis toujours posé des questions, dont on me disait que j'aurais des réponses plus tard, ou que la plupart des gens ne se posent pas. Et je remarquais alors que peu de personnes partageaient ma curiosité pantagruélique d'apprendre, de comprendre et de faire comprendre.
Plus tard, l'Université aidant, j'évoluais dans un milieu me permettant de pouvoir satisfaire ma curiosité (désormais scientifique ) et mon appétit d'apprendre. Aujourd'hui, je suis toujours aussi curieux de ce que l'on ne connait pas encore, de ce que l'on peut découvrir, de ce que l'on peut créer, des grandes questions scientifiques et philosophiques non résolues. Je me tiens au courant des différentes théories en cours et des avancées théoriques et technologiques. Jusqu'au 17 septembre 1999, je suis employé comme Ingénieur d'Application par la société Sodima. Bien que les projets dont j'ai eu la charge aient été intéressants, le travail reste répétitif et peu innovant. Cela fait maintenant plus de 3 ans que je réfléchis à une carrière professionnelle dans le domaine de la recherche scientifique et industrielle ou mieux, en tant qu'enseignant-chercheur. L'expérience actuelle du travail dans l'industrie, me conforte dans l'idée que j'ai de vouloir faire carrière dans la recherche scientifique en informatique et pour cela, de réaliser une thèse en Réalité Virtuelle. Je conçois la Science comme la suite des efforts (plus ou moins importants) de milliers de scientifiques (plus ou moins connus) à travers les âges jusqu'à nos jours. La science est, pour moi, l'une des plus belle réalisation commune des hommes. Elle est humainement universelle et peut être prise comme référence avec confiance, comme l'état de la connaissance, de la compréhension et de la manipulation du monde dans lequel nous vivons, au jour d'aujourd'hui. Je pense pouvoir y contribuer et aimerais faire partie et participer à la grande famille des scientifiques. Je souhaite faire carrière dans la recherche scientifique afin d'apporter à la Science, les quelques fruits de mes réflexions que je puisse lui offrir…
Essai de sujet de thèse
(01/06/1999-07/08/1999) Stephane Gougeon
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