Description
Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Technologie binaurale et contexte de réalité virtuelle: études perceptives et optimisation.
Directeur de thèse:
Jean-Dominique POLACK (d'Alembert)
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini
Resumé:
Technologie binaurale et contexte de réalité virtuelle: études perceptives et optimisation.
La réalité virtuelle (RV) est un domaine de recherche dont le but est de 'permettre à une personne une activité sensori-motrice et cognitive dans un monde artificiel créé numériquement. Celui-ci peut-être imaginaire, symbolique ou une simulation de certains aspects du monde réel' [Fuchs2006]. La réalité virtuelle a été longtemps focalisée sur le rendu visuel et d’importants efforts ont été réalisés pour permettre à l'utilisateur d’interagir avec l'environnement virtuel (EV). En revanche, le rendu sonore s'est longtemps contenté de techniques élémentaires et n’a véritablement suscité l'intérêt du domaine de la RV que très récemment. Il est maintenant établi que la spatialisation sonore contribue fortement aux sensations d'immersion et de présence de l’utilisateur dans l’environnement virtuel.
La synthèse binaurale est une technique de spatialisation sonore pour casque d'écoute. Elle repose sur l'utilisation de fonctions de transfert relatives à la tête (HRTFs). Ces fonctions consignent l'ensemble des transformations acoustiques qui ont lieu depuis une source jusqu'aux tympans. Elles encodent l'espace sonore de manière spécifique à une personne et permettent de positionner une source sonore à un endroit quelconque dans l'espace. Mise au point en 1989, la technique de synthèse binaurale est maintenant considérée une solution peu coûteuse pour créer des espaces virtuels auditifs tridimensionnels et étendus. Pour cela, elle constitue naturellement une approche privilégiée pour la réalité virtuelle.
Originellement, la synthèse binaurale a été développée en considérant uniquement la perception auditive. Il s'agit dorénavant d'une technique éprouvée et parvenue à quasi maturité pour les espaces virtuels sonores. Un environnement de réalité virtuelle sollicite cependant les interactions multisensorielles ainsi que les processus cognitifs. Ce contexte spécifique est ainsi susceptible d'altérer la perception du rendu sonore, notamment en terme de localisation spatiale. Dans cette thèse, nous avons confronté la technique binaurale aux autres modalités sensorielles utilisées dans un environnement de réalité virtuelle.
En premier lieu, nous avons utilisé la synthèse binaurale accompagnée d'un rendu visuel stéréoscopique. Nous avons mis en place des expériences perceptives d'interaction visuo-auditives. Les deux premières expériences sont des répliques d'expériences issues du domaine des neurosciences. Les stimuli et les conditions expérimentales étaient très simples et contrôlées. L'objectif était de répliquer les effets perceptifs connus de l'intégration visuo-auditive tels que l'effet ventriloque. Nous avons montré que la réalité virtuelle permettait d'observer des résultats comparables à ceux obtenus dans des conditions réelles. Dans la dernière expérience, nous avons profité des possibilités offertes par la réalité virtuelle pour utiliser des stimuli plus complexes et varier les conditions d'expérimentation.
En second lieu, nous avons exploré une méthode permettant de mieux synthétiser la distance en champ proche avec la synthèse binaurale. Certains EVs offrent la possibilité de manipuler les objets virtuels situés à portée de main. Il est important d'assurer une bonne cohérence spatiale entre l'objet sonore et l'objet manipulé à proximité de soi. La méthode a consisté à décomposer les HRTFs mesurées à une distance donnée sur une base d'harmoniques sphériques. Les fonctions de Hankel permettent ensuite d’extrapoler les HRTFs vers des distances plus proches ou plus éloignées. Nous avons comparé cette méthode systématique au critère d'atténuation en distance utilisé habituellement. Nous l'avons également comparée à une méthode simplifiée, introduite récemment et qui prend en compte les effets de parallaxe et modélise l’effet de champ proche par un filtre de compensation. Nous avons montré que notre approche fournissait des résultats objectifs légèrement meilleurs que ces méthodes.
La thèse aborde la synthèse binaurale sous un angle légèrement différent des problématiques traditionnelles acoustiques ou de traitement du signal. Intégrée dans un contexte multisensoriel, des effets perceptifs crossmodaux interviennent. Ces effets peuvent être bénéfiques ou désavantageux pour obtenir la sensation de présence recherchée en réalité virtuelle. Nous avons essayé de pointer certains de ces aspects perceptifs et technologiques liés à la cohérence spatiale entre les différentes modalités sensorielles.
Doctorant.e: Nguyen Khoa-Van