Qu'est-ce que l'oculométrie en réalité virtuelle ? [Et comment ça marche ?]

L’oculométrie en réalité virtuelle consiste à étudier les mouvements oculaires et le comportement des utilisateurs dans un environnement de réalité virtuelle afin de comprendre l’attention visuelle, les processus cognitifs et l’expérience utilisateur. Les chercheurs utilisent des capteurs d’oculométrie spécialisés, intégrés aux casques de réalité virtuelle, pour enregistrer et analyser les données relatives au regard. Ces recherches contribuent à améliorer les interactions en réalité virtuelle, le développement de contenus et la conception des interfaces utilisateur.

La réalité virtuelle a ouvert la voie à l’exploration de mondes qui n’ont jamais existé ou ne peuvent exister. Cette capacité élargit considérablement l’éventail des contextes expérimentaux à la disposition des chercheurs. Les scénarios de test ne sont désormais plus limités par les facteurs qui, en temps normal, empêcheraient la réalisation de certaines expériences : le temps, la sécurité, le budget (voire les lois de la physique). Tout peut être simulé en réalité virtuelle.

Si les possibilités d’évaluation se sont multipliées, les technologies ont également dû évoluer pour suivre le rythme. Si vous souhaitez évaluer l’attention de pilotes, par exemple, pendant qu’ils testent une nouvelle simulation de vol, vous aurez besoin de savoir où leur regard se pose. C’est là qu’intervient l’oculométrie en réalité virtuelle. Dans les lignes qui suivent, nous vous présenterons l’oculométrie en réalité virtuelle, nous expliquerons en quoi elle diffère de l’oculométrie dans le monde réel, et nous verrons comment elle peut même améliorer l’expérience virtuelle elle-même.

Comment fonctionne l’oculométrie en réalité virtuelle ?

L’oculométrie fonctionne généralement en mesurant en continu la distance entre le centre de la pupille et le reflet de la cornée ; cette distance varie en fonction de l’angle de l’œil. Une lumière infrarouge, invisible à l’œil nu, crée ce reflet tandis que des caméras enregistrent et suivent les mouvements. Des algorithmes de vision par ordinateur permettent de déduire, à partir de l’angle des yeux, la direction du regard.

Le principe est le même en réalité virtuelle, à une différence essentielle près : les yeux ne sont pas nécessairement orientés vers l’endroit où la personne regarde. Dans le monde réel, les yeux présentent ce qu’on appelle une « convergence » : l’angle des yeux est dirigé vers un point central où les regards se croisent (voir l’illustration ci-dessous).

Dans la vie quotidienne, si l’on traçait une ligne partant du centre de chaque œil, ces deux lignes se rejoindraient au même point : l’objet que la personne est en train de regarder. En réalité virtuelle, l’écran est placé si près des yeux que ceux-ci n’effectuent pas nécessairement de vergence, mais il existe bien sûr une perception de la profondeur grâce aux informations 3D présentées. L’oculométrie en réalité virtuelle doit donc composer avec des informations de regard incomplètes [1].

Heureusement, même si la position des yeux ne suffit pas à elle seule à tout expliquer, nous disposons des données manquantes. En combinant les informations relatives à la profondeur des objets virtuels dans l’environnement de réalité virtuelle, il est possible de construire un modèle de ce qui a été regardé : une ligne virtuelle peut être tracée depuis la direction du regard vers le monde virtuel.

Tous les environnements de réalité virtuelle ne disposent pas nécessairement de ces informations, ce qui empêche un suivi précis dans ces cas-là ; toutefois, lorsque c’est le cas, il est possible de procéder à un suivi oculaire.

Les avantages de l’oculométrie en réalité virtuelle

Le rendu d’environnements virtuels complets étant un processus très gourmand en ressources informatiques, il est impératif de trouver des moyens d’alléger cette charge, afin que cette puissance de calcul puisse être affectée à d’autres tâches (par exemple, pour garantir une expérience fluide, pour étendre les fonctionnalités ou améliorer l’aspect graphique).

Rendu fovéal

En exploitant les données issues de l’oculométrie en réalité virtuelle, il est possible de mettre en œuvre ce que l’on appelle le « rendu fovéal », qui consiste à ne générer que les éléments de l’environnement sur lesquels le regard se pose. Cela permet de réduire la puissance de calcul nécessaire et de créer un environnement plus immersif, dans lequel le monde virtuel reflète davantage le monde réel.

Cela fait écho à nos expériences du monde réel en matière de style – puisque notre vision périphérique est largement floue – mais permet également de créer une impression de profondeur plus réaliste. Des chercheurs ont déjà souligné qu’un manque de flou de mise au point peut entraîner une « perception différente de la taille et de la distance des objets dans l’environnement virtuel » [1, 2]. L’introduction d’un flou périphérique renforce la perception de la profondeur. Ce flou est créé par un processus appelé « accommodation », au cours duquel le cristallin de l’œil ajuste sa mise au point en fonction de la distance de l’objet observé.

Un réalisme visuel accru

Le rendu fovéal peut également améliorer la validité écologique de l’expérience (c’est-à-dire la capacité d’une expérience à reproduire fidèlement la réalité). En créant des environnements plus proches de la vie réelle, on peut supposer que le comportement des participants en réalité virtuelle est lui aussi proche de celui observé dans la vie réelle. Les chercheurs peuvent ainsi être de plus en plus assurés que les résultats de l’expérience sont transposables au-delà du monde virtuel.

En fin de compte, cela signifie que les processus attentionnels peuvent être à la fois mesurés et considérés comme plus fidèles à la réalité grâce à l’oculométrie. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre avec précision le comportement humain dans des contextes auxquels il serait autrement trop coûteux ou trop difficile d’exposer les participants dans la vie réelle.

Expériences de réalité virtuelle adaptatives

Les expériences de réalité virtuelle adaptatives, optimisées par la technologie de suivi oculaire, renforcent considérablement l’immersion et l’interactivité des environnements virtuels. Le suivi oculaire en réalité virtuelle permet des interactions plus intuitives et naturelles au sein des espaces virtuels. En suivant le regard de l’utilisateur, les systèmes de réalité virtuelle peuvent ajuster le contenu de manière dynamique en fonction de l’endroit où l’utilisateur pose son regard. Cela crée des expériences personnalisées, car l’environnement réagit en temps réel à l’attention et à la concentration de l’utilisateur. Par exemple, dans les applications éducatives en réalité virtuelle, la complexité du contenu peut s’adapter au niveau d’engagement de l’utilisateur, améliorant ainsi l’efficacité de l’apprentissage. De même, dans le domaine du jeu vidéo, l’oculométrie permet des interactions plus réalistes avec les personnages et des réponses plus intelligentes de l’IA, créant ainsi un sentiment plus profond de présence et d’engagement.

De plus, l’oculométrie peut améliorer le confort en réalité virtuelle. En optimisant le rendu graphique en fonction de la direction du regard de l’utilisateur (une technique appelée « rendu fovéal »), elle réduit la charge de calcul, ce qui se traduit par un fonctionnement plus fluide et une diminution du risque de mal des transports. Cette adaptabilité améliore non seulement l’expérience utilisateur, mais élargit également l’accessibilité de la réalité virtuelle à un public plus large, ce qui en fait une avancée majeure dans le domaine de cette technologie.

Analyse basée sur le regard

L’analyse du regard en réalité virtuelle offre une approche révolutionnaire pour comprendre le comportement et les interactions des utilisateurs. En suivant où et combien de temps un utilisateur pose son regard dans un environnement virtuel, les développeurs et les chercheurs peuvent obtenir des informations précieuses. Ces données sont essentielles pour optimiser les interfaces utilisateur, améliorer les expériences de réalité virtuelle, et même, dans un contexte thérapeutique, pour comprendre les processus cognitifs. Elles facilitent également la diffusion adaptative de contenu, grâce à laquelle l’expérience de réalité virtuelle peut s’ajuster dynamiquement en fonction des zones d’intérêt de l’utilisateur. Dans les simulations d’éducation et de formation, l’analyse du regard aide à évaluer les schémas d’apprentissage et les niveaux d’engagement. Dans l’ensemble, il s’agit d’un outil puissant pour améliorer l’efficacité et l’immersion des applications de réalité virtuelle.

Casques de réalité virtuelle compatibles avec le module de suivi oculaire iMotions

Plusieurs casques de réalité virtuelle dotés d’un système de suivi oculaire sont intégrés en natif et entièrement pris en charge par le module de suivi oculaire VR d’iMotions. Ces casques de réalité virtuelle varient en termes de prix et d’applications, mais ils ont tous été soigneusement testés par notre équipe de spécialistes produits.

Recherche sur l’oculométrie en réalité virtuelle

Une étude utilisant iMotions pour comparer différentes méthodes d’enseignement dans le cadre de travaux en laboratoire humide en est un exemple [3]. Les participants ont été formés soit sur un ordinateur de bureau, soit dans un environnement virtuel. Le laboratoire physique est un environnement souvent trop coûteux pour y accueillir des étudiants, mais il est possible de tester de manière économique la façon dont les participants réagissent à cet environnement. Les chercheurs ont pu en déduire que, par rapport à la version sur écran, l’immersion était plus grande dans l’environnement de réalité virtuelle, mais que l’apprentissage y était moindre.

Un autre exemple utilisant iMotions consistait à demander aux participants de conduire une voiture virtuelle tout en suivant une voiture virtuelle pilotée de manière autonome [4]. Les chercheurs ont ainsi pu exposer les participants à des environnements qui auraient été dangereux si l’expérience avait été menée dans le monde réel, sans pour autant les exposer à un quelconque risque. Ils ont constaté que le sentiment de sécurité accru des participants vis-à-vis de la voiture autonome augmentait également le risque de collision – un facteur crucial pour garantir la sécurité des conducteurs en présence de véhicules autonomes.

D’autres travaux menés avec iMotions en réalité virtuelle ont notamment porté sur le diagnostic de maladies sur une île virtuelle [5], l’expérience de l’interaction sociale (virtuelle) associée à un retour haptique [6], ainsi que l’évaluation de l’effet de conceptions architecturales sur le sentiment de régénération, sans les coûts liés à la construction [7]. Quant à l’avenir de la recherche en réalité virtuelle, les possibilités sont pratiquement illimitées.

Conclusion

En conclusion, l’intégration de la technologie d’oculométrie dans les expériences de réalité virtuelle ouvre un champ de possibilités tant pour les chercheurs que pour les développeurs. La précision et la profondeur des informations obtenues grâce à cette combinaison permettent non seulement d’améliorer notre compréhension du comportement des utilisateurs, mais aussi d’ouvrir la voie à des environnements virtuels plus immersifs et plus efficaces. Alors que la réalité virtuelle continue de transformer des secteurs allant du jeu vidéo aux soins de santé, l’adoption des meilleures pratiques en matière d’oculométrie jouera sans aucun doute un rôle central dans le repoussement des limites de l’innovation. En suivant les recommandations présentées dans cet article, vous serez parfaitement armé pour vous lancer dans une aventure qui exploite tout le potentiel de l’oculométrie en réalité virtuelle, offrant des expériences qui captivent, informent et trouvent un écho auprès des utilisateurs à un niveau sans précédent.

Références

[1] Clay, V., König, P., König, S. (2019). L’oculométrie en réalité virtuelle. Journal of Eye Movement Research, 12, (1):3

[2] Eggleston, R., Janson, W. P., & Aldrich, K. A. (1996). Effets des systèmes de réalité virtuelle sur l’évaluation de la taille et de la distance dans un environnement virtuel. Symposium international annuel sur la réalité virtuelle, p. 139–146. https://doi.org/10.1109/VRAIS.1996.490521

[3] Makransky, G., Terkildsen, T. S. et Mayer, R. E. (2017). L’intégration de la réalité virtuelle immersive dans une simulation de laboratoire scientifique renforce le sentiment de présence mais réduit l’apprentissage. Learn. Instr. doi: 10.1016/j.learninstruc.2017.12.007

[4] Brown, B., Park, D., Sheehan, B., Shikoff, S., Solomon, J., Yang, J., Kim, I. (2018). Évaluation de la sécurité des conducteurs humains dans les zones de dilemme en présence de véhicules automatisés à l’aide d’un environnement de réalité virtuelle. Symposium sur la conception en ingénierie des systèmes et de l’information (SIEDS), pp. 185-190

[5] Taub, M., Sawyer, R., Lester, J., Azevedo, R. (2019). L’impact des émotions contextualisées sur l’apprentissage autorégulé et le raisonnement scientifique dans un environnement d’apprentissage ludique. International Journal of Artificial Intelligence in Education. https://doi.org/10.1007/s40593-019-00191-1

[6] Krogmeier, C., Mousas, C., Whittinghill, D. (2019). Humain, humain virtuel, boum ! Une étude préliminaire sur le retour haptique. Conférence IEEE sur la réalité virtuelle et les interfaces utilisateur 3D (VR). DOI : 10.1109/VR.2019.8798139

[7] Zou, Z., Ergan, S. (2019). Un cadre pour quantifier les effets régénérateurs sur l’être humain dans les environnements bâtis virtuels. Association pour la recherche en conception environnementale (EDRA).