Recherche sur la réalité virtuelle (RV) – Le guide de poche complet

La réalité virtuelle (RV) révolutionne la recherche dans des domaines tels que la santé, l’éducation et le design en proposant des environnements immersifs permettant d’étudier le comportement, les émotions et les performances humaines. Ce guide détaillé retrace l’histoire de la RV, passe en revue le matériel, les logiciels et les applications disponibles, et aborde son intégration avec les biocapteurs, en mettant l’accent sur son rôle dans l’amélioration de l’engagement des utilisateurs, du réalisme et des méthodologies de recherche.

Introduction

La réalité virtuelle (RV) désigne un environnement immersif généré par ordinateur, accessible via des appareils spécialisés tels que les casques de RV, qui permettent aux utilisateurs d’interagir avec des environnements numériques réalistes et de les explorer. La RV peut être expérimentée via des écrans d’ordinateur ou des casques de réalité virtuelle (HMD). Bien que ce guide se concentre sur ces derniers, bon nombre des concepts s’appliquent aux deux supports. 

Bien que les origines de la réalité virtuelle remontent aux années 1950, des progrès considérables ont été réalisés au fil des décennies. Au milieu des années 1950, Morten Heilig a présenté le Sensorama, l’une des premières tentatives d’expérience cinématographique multisensorielle. Dans les années 1960, l’informaticien Ivan Sutherland et David Evans ont mis au point le premier casque de visualisation (HMD), un précurseur rudimentaire des casques de réalité virtuelle modernes.

L’intégration de la réalité virtuelle dans l’industrie du jeu vidéo a débuté dans les années 1980, mais ce sont les avancées technologiques décisives des années 2010 qui ont propulsé la réalité virtuelle sur le marché grand public. Au cours des trente années qui ont suivi, la réalité virtuelle s’est imposée dans le milieu universitaire, notamment dans le domaine des applications militaires, avant de s’étendre à divers domaines de recherche. Aujourd’hui, la réalité virtuelle joue un rôle crucial dans des secteurs tels que la santé, l’architecture, la formation professionnelle et l’éducation.

Ce document examine en détail l’application de la réalité virtuelle (RV) dans le domaine de la recherche, en abordant les cas d’utilisation, le matériel, les logiciels et l’analyse des données. Nous explorons les avancées récentes en matière de réalité virtuelle et leur impact sur le renforcement des méthodologies de recherche utilisant cette technologie. Pour commencer, nous retraçons les étapes historiques de l’évolution de la recherche en RV et examinons le rôle de l’immersion et de l’incarnation en tant que facteurs clés du succès de la RV dans le domaine de la recherche.

La réalité virtuelle (RV) s’est imposée dans divers domaines de recherche, allant des simulations d’entraînement militaire au perfectionnement des compétences en prise de parole en public. Malgré ces nombreuses applications, des défis communs persistent dans ces domaines, principalement liés à des obstacles technologiques. Les progrès récents en matière de casques de RV, tels que les fonctionnalités sans fil, l’accès aisé à des environnements réalistes et les méthodes d’enregistrement de données fluides, permettent à la RV de s’intégrer davantage dans diverses pratiques de recherche.

Les centres de soins cliniques ont désormais recours à la réalité virtuelle pour leurs interventions en santé mentale, tandis que les facultés de médecine l’utilisent pour la formation chirurgicale. Les pilotes et les militaires suivent une formation immersive dans des environnements sécurisés afin d’acquérir les compétences nécessaires pour mener à bien des missions complexes et dangereuses en toute sécurité. Par rapport aux approches traditionnelles, la réalité virtuelle offre une occasion unique d’immerger les individus dans des environnements simulés, favorisant ainsi le développement de compétences pratiques – un facteur clé contribuant au succès de la recherche en réalité virtuelle.

Contrairement aux méthodes traditionnelles, la réalité virtuelle excelle dans la promotion de l’immersion et de la présence – un état dans lequel les utilisateurs sont totalement absorbés par un environnement simulé – ainsi que de l’incarnation, c’est-à-dire la sensation d’avoir une présence physique au sein de cet environnement (Matamala-Gomez et al., 2019). Ces caractéristiques sont largement absentes des méthodes traditionnelles et semblent constituer l’un des principaux facteurs motivant l’adhésion des utilisateurs, ce qui se traduit par des taux de rétention plus élevés dans le domaine clinique. 

Les termes « immersion » et « présence » sont souvent utilisés à tort de manière interchangeable. L’immersion fait référence à la qualité technologique objective et à l’expérience sensorielle de l’environnement virtuel, tandis que la présence désigne l’expérience psychologique qui détermine à quel point on se sent présent dans le monde virtuel (Wilkinson et al., 2021). L’immersion peut être améliorée grâce à des fonctionnalités telles que le retour haptique, et un niveau d’immersion plus élevé est généralement associé à une présence subjective plus forte.

Il est intéressant de noter que, si la présence et l’immersion semblent importantes pour maintenir la motivation des utilisateurs ^[1], un niveau élevé d’immersion ou de présence n’est pas nécessaire pour susciter des réactions émotionnelles ^[2]. Il est également intéressant de noter qu’elles ne sont pas indispensables pour que les utilisateurs tirent profit de la thérapie d’exposition virtuelle, ce qui suggère que la présence et l’immersion ne sont pas toujours essentielles dans le contexte de la RV ^[3].

S’il reste difficile de quantifier l’immersion et la présence, les chercheurs ont réussi à quantifier l’incarnation. Une étude a par exemple démontré que les participants présentaient les mêmes réactions physiologiques, notamment au niveau du cerveau et du système nerveux autonome, lorsqu’ils avaient l’impression d’être attaqués à l’arme blanche (Gonzalez-Franco et al., 2014).

Cette similitude physiologique indique qu’ils ont « intégré » cette partie virtuelle de leur corps comme s’il s’agissait de la leur. Par extension, l’intensité émotionnelle d’une expérience virtuelle est influencée par le degré d’incarnation, des niveaux d’incarnation plus élevés étant associés à une intensité émotionnelle plus forte (Gall et al., 2019). En d’autres termes : lorsque les individus se sentent incarnés, l’environnement virtuel est capable de déclencher des réactions cérébrales et corporelles réelles.

C’est pourquoi il n’est peut-être pas surprenant qu’un sentiment accru d’incarnation dans l’environnement virtuel soit associé à de meilleurs résultats thérapeutiques et à de meilleures performances ^[4]. Le lecteur attentif pourrait s’étonner des résultats contradictoires concernant l’incarnation et la présence sur l’expérience physiologique et émotionnelle de l’utilisateur ^[5]. Si l’incarnation inclut un sentiment de présence, elle englobe également un sentiment d’autonomie et de localisation ^[6]. Si la présence à elle seule n’améliore pas nécessairement l’expérience utilisateur, l’expérience plus large de l’incarnation, elle, le peut. Nous encourageons les lecteurs curieux à approfondir ce sujet ailleurs ^[7].

En résumé, si la recherche sur la réalité virtuelle continue de progresser, il est clair que son succès dépend en grande partie de sa capacité à offrir une expérience immersive jusqu’alors inconnue. La réalité virtuelle a non seulement commencé à transformer le paysage thérapeutique, mais elle révolutionne également l’éducation, la formation professionnelle et les pratiques marketing. Nous allons maintenant nous pencher sur six domaines de recherche différents dans lesquels la réalité virtuelle est mise en application. 

Cas d’utilisation de la réalité virtuelle dans la recherche 

La réalité virtuelle est désormais un outil incontournable dans une multitude de domaines de recherche axés sur le comportement et les performances humaines. Ses applications couvrent des domaines variés, allant du marketing et de la prise de parole en public à l’entraînement militaire et aux interventions chirurgicales. Dans les sections suivantes, nous allons nous pencher sur une sélection de ces cas d’utilisation passionnants.

Santé mentale et maladies mentales

Les maladies mentales sont extrêmement hétérogènes, tant au sein d’une même pathologie qu’entre les différentes maladies et d’un individu à l’autre. Bien que les personnes présentent rarement exactement les mêmes symptômes, de la même manière et au même moment, chaque maladie identifiée comporte des caractéristiques distinctives et typiques qui peuvent être traitées à l’aide de programmes thérapeutiques standardisés. La réalité virtuelle fait l’objet de nombreuses recherches dans le but d’améliorer les résultats thérapeutiques, mais elle est également de plus en plus utilisée pour identifier de nouveaux biomarqueurs et facteurs de risque. 

Phobie

La réalité virtuelle améliore les thérapies standardisées contre les phobies en facilitant une exposition progressive, en commençant par un niveau de peur gérable (par exemple, regarder la photo d’une araignée) pour évoluer vers des stimuli réels (par exemple, l’araignée qui se rapproche). Les méthodes d’exposition traditionnelles posent des défis (par exemple, comment provoquer la peur de l’avion dans un cabinet de thérapie ?) que la RV peut surmonter grâce à sa technologie immersive et accessible. Bien que la RV puisse sembler novatrice, elle est utilisée pour traiter les phobies depuis des décennies.

En effet, un article datant de 1998 décrit comment la réalité virtuelle a été utilisée pour traiter la peur des hauteurs, la peur de parler en public et la peur de l’avion ((North et al., 1998)). Depuis lors, le domaine de la thérapie par réalité virtuelle a connu un essor fulgurant, avec la publication de nombreux articles démontrant les effets de cette thérapie sur le traitement de l’agoraphobie (peur des lieux ou des situations) ^[8], de l’arachnophobie (peur des araignées) ^[9], la phobie de la conduite ^[10], la peur des hauteurs ^[11] et la phobie des blessures par injection de sang (BII) ^[12]. 

Autres troubles mentaux 

Si la thérapie par réalité virtuelle a surtout fait ses preuves dans le traitement des phobies, elle s’avère également efficace pour réduire la dépression ^[13], l’anxiété ^[14], le syndrome de stress post-traumatique (TSPT) ^[15], de la dépendance ^[16] et des niveaux de stress ^[17]. De plus, la thérapie par RV a le potentiel de prédire les niveaux de dépression et d’anxiété ^[18], et des études récentes suggèrent sa capacité à améliorer la qualité de vie des personnes atteintes de schizophrénie ^[19] et de troubles psychotiques ^[20]. Il ne fait aucun doute que la RV représente une approche révolutionnaire pour comprendre et traiter les maladies mentales. 

Prise en charge de la douleur 

De nombreuses publications traitent des effets positifs de la thérapie par réalité virtuelle sur la prise en charge de la douleur aiguë et chronique ^[21]. Bien que plusieurs solutions commerciales aient vu le jour, les résultats de la recherche restent contradictoires et il existe un besoin urgent de mener davantage d’études contrôlées randomisées ((Brady et al., 2021 ; Smith et al., 2020 ; Wittkopf et al., 2019)). Des facteurs tels que les différences individuelles, le type de douleur, son intensité et l’âge peuvent influencer l’efficacité de la thérapie par RV dans le traitement de la douleur. 

Rééducation physique 

La rééducation physique est l’un des domaines les plus étudiés dans le cadre de la recherche sur la réalité virtuelle. Selon le moteur de recherche Pubmed, 1 473 articles ont été publiés sur le thème « thérapie par réalité virtuelle ET rééducation » depuis 2000. Des chercheurs de l’université de Caroline du Sud ont mis au point une approche novatrice de la rééducation après un AVC, intégrant les principes de la réalité virtuelle (RV) et de l’interface cerveau-ordinateur (BCI) (Vourvopoulos et al., 2019).

Cette méthode innovante utilise la réalité virtuelle pour afficher des avatars des membres supérieurs, en recourant à des capteurs cérébraux (EEG) et musculaires (EMG) afin de visualiser en temps réel les mouvements tentés. Cette approche multimodale améliore considérablement l’imagerie motrice, réactive les circuits moteurs et accélère la récupération des fonctions motrices des membres supérieurs chez les personnes ayant subi un AVC chronique. De plus, des études menées par Wittman et des chercheurs de l’Hôpital universitaire de Zurich révèlent que la mise en œuvre de systèmes de RV dans la rééducation post-AVC donne des résultats prometteurs, une utilisation accrue étant corrélée à une amélioration des fonctions motrices (Wittmann et al., 2016).

Il apparaît clairement que la réalité virtuelle (RV) peut constituer un complément précieux, voire un substitut partiel, à la kinésithérapie en milieu clinique. De plus, les interventions basées sur la RV ont démontré une efficacité notable dans l’amélioration des fonctions motrices chez les enfants atteints de paralysie cérébrale, surpassant les méthodes d’entraînement sans RV (Cho et al., 2016). Ces avancées soulignent la large applicabilité et l’efficacité de la RV dans divers contextes de rééducation, qu’il s’agisse des victimes d’AVC ou des populations pédiatriques.

Éducation et formation en réalité virtuelle

La réalité virtuelle transforme l’éducation et la formation professionnelle en offrant des expériences d’apprentissage immersives et pratiques. Elle abolit les barrières géographiques, rendant ainsi l’éducation accessible partout dans le monde. Dans le secteur privé, la réalité virtuelle réduit les coûts de formation et améliore la préparation au monde du travail. Cette technologie en pleine évolution redéfinit l’avenir de l’apprentissage et du développement professionnel.

Formation chirurgicale et médicale

Dès les débuts de l’utilisation de la réalité virtuelle (RV) dans la formation médicale, il est apparu clairement que non seulement cette technologie ne présentait aucun risque pour les patients, mais qu’elle constituait également un outil précieux pour les internes en chirurgie. Une étude menée par Seymour et ses collègues a révélé que les personnes ayant suivi une formation en RV disséquaient les vésicules biliaires 29 % plus rapidement et étaient moins susceptibles d’endommager les tissus non ciblés que celles ayant suivi uniquement une formation standard ^[22]. Des avantages similaires ont été observés en chirurgie laparoscopique (Larsen et al., 2009), où une formation préalable en RV s’est traduite par une amélioration substantielle des performances, comme l’a confirmé une méta-analyse (Alaker et al., 2016).

Une étude récente menée en 2019 a démontré l’existence de compétences transférables de la réalité virtuelle à la chirurgie réelle de prothèse de hanche, ce qui indique que la formation en réalité virtuelle pourrait améliorer considérablement les compétences chirurgicales ^[23]. Ces résultats laissent entrevoir la possibilité d’une évolution radicale de la formation en salle d’opération et d’une amélioration des résultats chirurgicaux. Un article de synthèse a mis l’accent sur le renforcement des compétences des chirurgiens et sur le potentiel de réduction des coûts et d’amélioration des résultats pour les patients grâce à des programmes structurés basés sur la RV ^[24].

Formation des employés 

Dans des secteurs tels que l’ingénierie des lignes électriques, où la sécurité est primordiale, les chercheurs ont eu recours à des environnements d’apprentissage virtuels pour améliorer l’efficacité de la formation ^[25]. Une étude a mis en évidence la rentabilité de cette approche, soulignant sa capacité à transférer efficacement des compétences et des connaissances aux nouveaux employés tout en minimisant le temps et les investissements financiers consacrés à la formation ^[26].

Cela favorise une utilisation plus large de la réalité virtuelle (RV) dans les scénarios de formation. Afin d’enrichir davantage les connaissances issues de la recherche, l’intégration de biocapteurs peut fournir des données précieuses sur l’état d’éveil physiologique et la charge cognitive pendant le processus d’apprentissage. Ces données permettent une compréhension plus nuancée, en identifiant les moments critiques où les risques d’accident sont plus élevés et en contribuant à l’amélioration des méthodes de formation.

Conception de produits

La réalité virtuelle (RV) transforme la conception de produits en permettant le prototypage 3D, les sessions de conception collaborative et les tests d’expérience utilisateur dans un environnement virtuel ^[27]. Elle facilite les itérations de conception en temps réel, favorise la collaboration à distance et contribue aux études de marché en offrant des expériences produit immersives capables de saisir à la fois les aspects physiques et émotionnels de l’interaction avec le produit ^[28].

Alors que de nombreuses entreprises ont commencé à adopter la réalité virtuelle, des chercheurs ont également démontré son efficacité dans des domaines allant de la conception de camions-restaurants ^[29] à celle des lampadaires ^[30].  De plus, la RV permet de réduire les délais et les coûts en détectant rapidement les défauts de conception, rendant ainsi le processus de conception plus efficace et plus rentable. Cet article publié dans Forbes explore plus en détail les aspects positifs de l’utilisation de la RV dans la conception de produits. 

Marketing 

La réalité virtuelle (RV) révolutionne les stratégies marketing, en particulier dans les secteurs du tourisme et de l’immobilier. Dans le domaine du tourisme, la RV propose une approche novatrice qui ne se contente pas de présenter visuellement les destinations, mais offre également une expérience immersive, renforçant ainsi la motivation et l’intention de visiter ^[31].

Le secteur immobilier a lui aussi adopté la réalité virtuelle, des études soulignant son impact positif sur les attitudes et les intentions d’achat ^[32]. De plus, il a été démontré que la RV renforce les attitudes positives envers les marques par rapport aux méthodes de marketing traditionnelles ^[33]. En résumé, la nature dynamique et immersive de la RV captive le public, ce qui se traduit par un engagement accru et des perceptions favorables pour les spécialistes du marketing.

Présentation de la technologie VR

Composants des systèmes de réalité virtuelle à casque (HMD) 

Les systèmes de réalité virtuelle (RV) se composent généralement de plusieurs éléments clés qui fonctionnent ensemble pour créer une expérience virtuelle immersive. Les principaux composants sont les suivants :

• Casques audio :
  • Écran : Le casque intègre un ou plusieurs écrans haute résolution placés à proximité des yeux de l'utilisateur. Cela permet d'obtenir une vision stéréoscopique, créant ainsi un effet 3D.
  • Lentilles : les lentilles servent à focaliser et à modeler les images affichées à l'écran, améliorant ainsi le champ de vision et la perception de la profondeur de l'utilisateur. Les écrans situés à l'intérieur des casques de réalité virtuelle sont très proches des yeux de l'utilisateur, et sans lentilles, les images apparaîtraient floues. Les lentilles aident à focaliser la lumière provenant de l'écran, rendant ainsi le contenu virtuel clair et net. Les lentilles jouent également un rôle crucial dans la détermination du champ de vision dont bénéficient les utilisateurs en réalité virtuelle. Elles aident à agrandir les images sur l'écran, offrant ainsi un champ de vision plus large et plus immersif. Elles contribuent également à l'effet 3D, et le choix approprié des lentilles est important pour améliorer le confort pendant l'expérience de réalité virtuelle. Bien que les lentilles soient un composant standard des casques de réalité virtuelle, les types spécifiques de lentilles, leur forme et leurs propriétés optiques peuvent varier d'un appareil à l'autre. Les casques de réalité virtuelle utilisent soit des lentilles de Fresnel, connues pour leur conception légère, soit des lentilles convexes traditionnelles (Xiong et al., 2021). Les lentilles de Fresnel sont populaires auprès des fabricants en raison de leur compatibilité avec des casques plus petits, ce qui facilite leur production. Cependant, cette commodité s'accompagne de l'apparition d'artefacts optiques, susceptibles de distraire les utilisateurs. À l'inverse, les lentilles convexes traditionnelles, bien que plus coûteuses à produire pour les écrans portables, sont utilisées par quelques rares fabricants, comme Varjo, qui privilégient la qualité optique de leurs casques de réalité virtuelle. En fin de compte, le choix de la conception des lentilles est influencé par des facteurs tels que le poids, la taille et les caractéristiques optiques souhaitées pour l'expérience de réalité virtuelle.
• Responsables du traitement :
  • Manettes : il s'agit d'appareils portatifs que les utilisateurs manipulent pour interagir avec des objets dans le monde virtuel. Elles sont souvent équipées de boutons, de gâchettes et de surfaces tactiles permettant diverses interactions.
  • Contrôleurs gestuels : certains systèmes de réalité virtuelle récents utilisent des caméras ou des capteurs pour suivre les mouvements et les gestes des mains de l'utilisateur, sans avoir besoin de manettes physiques.
• Capteurs :
  • Capteurs de suivi de position : ces capteurs suivent les mouvements physiques de l'utilisateur dans un espace défini. Il peut s'agir de capteurs externes placés dans la pièce ou intégrés au casque de réalité virtuelle lui-même. Les capteurs de suivi de position surveillent les mouvements et l'orientation de la tête de l'utilisateur dans un espace délimité. Ils suivent la position et la rotation du casque de réalité virtuelle afin de mettre à jour l'affichage virtuel en conséquence.
  • Capteurs à l'échelle de la pièce : dans les configurations de réalité virtuelle à l'échelle de la pièce, les capteurs sont placés stratégiquement dans l'espace physique afin de suivre avec précision les mouvements de l'utilisateur. Cela permet aux utilisateurs de se déplacer librement dans une zone délimitée. Les capteurs à l'échelle de la pièce sont spécialement conçus pour suivre les mouvements de l'utilisateur dans un espace physique plus vaste. Ils permettent aux utilisateurs de se déplacer, de s'accroupir et d'interagir plus librement au sein de la zone définie.
  • Suivi « inside-out » : Certains casques de réalité virtuelle modernes sont équipés d'un système de suivi « inside-out », qui utilise des caméras et des capteurs intégrés pour suivre la position et les mouvements de l'utilisateur sans avoir besoin de capteurs externes.
• Câbles et connecteurs :
  • Câbles : les casques de réalité virtuelle sont souvent reliés à un ordinateur ou à une console par des câbles qui transmettent les données et l'alimentation. Les solutions de réalité virtuelle sans fil, également appelées « autonomes », se généralisent afin d'offrir une plus grande liberté de mouvement. Nous y reviendrons plus en détail dans la section suivante. 
  • Connecteurs : les câbles relient l'ordinateur au casque de réalité virtuelle et, dans certains cas, à des capteurs externes ou à des unités de traitement.
• Appareil informatique :
  • PC, console ou appareil autonome : les expériences de réalité virtuelle nécessitent une puissance de calcul importante. Les systèmes de réalité virtuelle sont connectés à un appareil informatique compatible, qui peut être un PC puissant, une console de jeux ou un appareil autonome doté de capacités de traitement intégrées.
• Logiciel :
  • Applications de réalité virtuelle : bien que cette section soit consacrée au matériel, on ne saurait trop insister sur l'importance du logiciel pour garantir le bon déroulement d'une expérience de réalité virtuelle. Il existe diverses applications et divers jeux développés pour les plateformes de réalité virtuelle, qui offrent aux utilisateurs des expériences immersives. Nous les aborderons plus en détail dans les sections suivantes. 
• Retour haptique :
  • Certains systèmes de réalité virtuelle intègrent des dispositifs de retour haptique afin de simuler le sens du toucher. Il peut s'agir notamment de vibrations ou d'un retour de force dans les manettes, destinés à renforcer la sensation d'interaction avec les objets virtuels.

Dans des conditions idéales, ces composants fonctionnent en parfaite harmonie pour offrir une expérience virtuelle captivante, permettant aux utilisateurs d’interagir avec des environnements numériques et de les explorer de manière plus immersive. Vos besoins matériels précis dépendront toujours de l’étude en question. 

Casques filaires ou sans fil : une analyse comparative

Les casques de réalité virtuelle filaires et autonomes présentent chacun leurs propres avantages et limites lorsqu’ils sont utilisés à des fins de recherche. Le choix entre les deux dépend des exigences spécifiques du projet de recherche. Le graphique ci-dessous donne un aperçu de ce que nous considérons comme les principales différences. 

	Casque de réalité virtuelle filaire	Casque de réalité virtuelle autonome
Qualité graphique	Les casques filaires permettent de bénéficier de graphismes et d’effets visuels plus sophistiqués grâce à leur connexion directe à un appareil informatique haut de gamme.	La puissance de traitement est limitée par rapport aux configurations filaires, ce qui peut avoir une incidence sur la qualité graphique et la complexité de l’environnement virtuel.
Mobilité	Le câble de raccordement limite les mouvements de l’utilisateur et peut présenter un risque de trébuchement. Cependant, certains casques filaires sont désormais équipés de câbles plus longs ou proposent des solutions de gestion des câbles.	Les casques autonomes offrent une liberté de mouvement totale, car ils ne sont pas reliés à un appareil externe. Cela constitue un avantage dans les contextes de recherche où la mobilité est essentielle.
Précision de suivi	Les casques de réalité virtuelle filaires peuvent être équipés de capteurs externes ou de stations de base, ou encore d’un système de suivi « inside-out ». Les capteurs externes et les stations de base offrent souvent un suivi précis, permettant de détecter avec exactitude les mouvements de la tête et des manettes. Le suivi « inside-out », décrit plus en détail dans la rubrique consacrée aux casques de réalité virtuelle autonomes, offre un suivi de plus en plus précis.	Les casques de réalité virtuelle autonomes utilisent généralement un système de suivi « inside-out », qui s’appuie sur des capteurs et des caméras intégrés au casque lui-même pour suivre les mouvements de l’utilisateur et la position des manettes. Le suivi « inside-out » des casques autonomes a évolué, et de nombreux appareils modernes offrent désormais un suivi relativement précis des mouvements de la tête et des interactions avec les manettes.
Coûts	En général, les configurations de réalité virtuelle filaires peuvent s’avérer plus coûteuses, car elles nécessitent un ordinateur ou une console performant(e) pour faire fonctionner l’expérience de réalité virtuelle.	Les casques autonomes peuvent s’avérer plus économiques, car ils ne nécessitent pas d’appareil informatique externe. Cela peut constituer un avantage pour les projets de recherche soumis à des contraintes budgétaires.
Facilité d’utilisation	La configuration des capteurs externes peut s’avérer plus complexe, et l’utilisateur doit se trouver dans le champ de vision du capteur.	Les casques autonomes sont généralement plus faciles à installer et à utiliser, car ils ne nécessitent aucun capteur externe ni aucun câble.
Puissance	Les casques filaires peuvent fonctionner en continu grâce à une alimentation électrique constante.	Les casques autonomes fonctionnent sur batterie et ont une autonomie limitée avant de devoir être rechargés.
Disponibilité du contenu	Les casques filaires offrent souvent une prise en charge solide pour le développement de contenu, avec un accès à des environnements et des outils de développement performants.	L’écosystème de réalité virtuelle autonome peut présenter certaines limites en termes de contenu disponible et d’outils de développement par rapport aux plateformes de réalité virtuelle filaires mieux établies.

En résumé, le choix entre un casque de réalité virtuelle filaire et un casque autonome pour la recherche dépend des besoins spécifiques du projet, en tenant compte de facteurs tels que les exigences en matière de performances, la mobilité, la facilité d’utilisation et les contraintes budgétaires. Les chercheurs doivent évaluer attentivement ces facteurs afin de déterminer quel type de casque de réalité virtuelle correspond le mieux à leurs objectifs de recherche. 

Créer et exploiter un environnement de réalité virtuelle à des fins de recherche

Pour mener des recherches en réalité virtuelle, il ne suffit pas de disposer d’un casque VR. Il faut également réfléchir à votre environnement virtuel : allez-vous le créer vous-même ou pouvez-vous l’acheter en ligne ? Doit-il intégrer des éléments ludiques ? Doit-il être interactif ou une observation passive suffit-elle ? Doit-il être monoscopique ou stéréoscopique ? Et quels défis êtes-vous prêt à relever ? Cette section abordera les aspects les plus essentiels de la création d’un environnement VR à des fins de recherche. 

Création de l’environnement de réalité virtuelle 

La mise au point d’un environnement de réalité virtuelle (RV) à des fins de recherche comporte plusieurs étapes essentielles, allant du choix d’un environnement de développement adapté à la gestion des défis propres à la création de contenus en RV. Il est important de noter que même si vous ne participez pas directement à la création de l’environnement de RV, vous devrez peut-être tout de même utiliser une plateforme de développement pour mettre en œuvre un environnement pré-conçu dans le cadre de vos travaux de recherche. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des éléments à prendre en compte et des étapes à suivre. 

Environnements de développement 3D

Les environnements de développement 3D sont des plateformes logicielles spécialisées conçues pour la création et la manipulation de contenus numériques en trois dimensions. Ces environnements offrent des outils et des fonctionnalités qui permettent aux développeurs, aux concepteurs et aux artistes de créer des expériences 3D immersives et interactives. Au sein de ces environnements, les utilisateurs peuvent modéliser, animer, simuler et rendre des objets et des scènes virtuels.

Unity et Unreal Engine sont deux exemples marquants d’environnements de développement 3D, tous deux largement utilisés dans divers secteurs, notamment les jeux vidéo, la simulation, la réalité virtuelle (RV) et la réalité augmentée (RA). Ces environnements jouent un rôle crucial dans l’évolution du paysage numérique, en permettant la création de contenus réalistes et captivants pour un large éventail d’applications. Vous trouverez ci-dessous une comparaison entre Unity et Unreal Engine afin de vous aider à déterminer quelle plateforme vous convient le mieux.

N’oubliez pas qu’il existe divers outils spécialisés pour la création de contenu en réalité virtuelle, et qu’il est utile d’explorer ces alternatives. Par exemple, Revit est largement utilisé dans le domaine de l’architecture, tandis que Prepared3D est spécialement conçu pour les applications militaires.

	Unreal Engine	Unité
Langage de programmation	Il utilise le C++ comme langage de programmation principal, ce qui permet une approche davantage axée sur les performances, mais nécessite une maîtrise plus approfondie de la programmation.	Il utilise principalement le langage C# pour la création de scripts, ce qui le rend accessible aux développeurs, quel que soit leur niveau d’expérience.
Facilité d’utilisation	Son apprentissage est plus difficile en raison de son interface plus complexe et de l’utilisation du C++. Cependant, les Blueprints d’Unreal offrent un système de script visuel qui simplifie le développement pour ceux qui ne possèdent pas de solides compétences en programmation.	Réputé pour son interface conviviale et sa simplicité d’utilisation, ce qui en fait un choix très apprécié des débutants et des développeurs indépendants.
Graphisme et rendu	Réputé pour ses capacités graphiques de pointe, il offre d’emblée un rendu réaliste, un éclairage de haute qualité et des effets visuels sophistiqués. Il dispose d’outils plus avancés pour la génération procédurale de contenu.	Il offre de bonnes capacités graphiques et, grâce à l’introduction du pipeline de rendu haute définition (HDRP), il permet d’obtenir des images de grande qualité.
Boutique de ressources et Marketplace	Propose l’Unreal Marketplace, qui offre une grande variété de ressources, notamment des modèles 3D, des textures et des plugins.	Propose une vaste boutique d’actifs comprenant une immense bibliothèque d’actifs, de plugins et d’outils que les développeurs peuvent acheter ou utiliser gratuitement.
Communauté et assistance	Il bénéficie d’une communauté très active, avec une documentation complète et des forums d’assistance. Epic Games, la société à l’origine d’Unreal Engine, fournit une assistance et des ressources.	Il bénéficie d’une communauté nombreuse et dynamique, avec une documentation complète et une multitude de tutoriels à disposition.
Plateformes	Il prend en charge plusieurs plateformes, en mettant particulièrement l’accent sur les plateformes de jeux haut de gamme, mais sa prise en charge des appareils mobiles et de la réalité virtuelle/réalité augmentée s’est développée au fil du temps.	Réputé pour ses excellentes capacités multiplateformes, qui permettent aux développeurs de déployer des jeux et des applications sur un large éventail de plateformes, notamment les appareils mobiles, les ordinateurs de bureau, les consoles et les appareils de réalité virtuelle (VR) et de réalité augmentée (AR).

En fin de compte, le choix entre Unity et Unreal Engine dépend souvent des besoins spécifiques d’un projet, des préférences et de l’expertise de l’équipe de développement, ainsi que de la plateforme de déploiement souhaitée. Les deux moteurs permettent de créer des applications de grande qualité, et le choix est souvent subjectif, car il dépend du contexte du projet.

Monde virtuel en 3D ou vidéo à 360°

Lorsque vous créez ou choisissez un environnement virtuel, vous devrez également déterminer s’il s’agit d’un monde virtuel en 3D ou d’une vidéo à 360°. Un monde virtuel en 3D est un environnement interactif généré par ordinateur qui permet aux utilisateurs de se déplacer et d’interagir avec des objets numériques. Particulièrement adapté aux scénarios de recherche mettant l’accent sur l’interaction avec l’utilisateur, la compréhension spatiale et le contenu dynamique, il nécessite des compétences en modélisation 3D et en programmation pour la mise en œuvre d’éléments interactifs et de comportements.

En revanche, la vidéo à 360 degrés capture des environnements réels, offrant aux spectateurs une expérience immersive mais passive. Idéale pour les projets de recherche qui privilégient l’observation du monde réel ou la narration, elle nécessite l’utilisation de caméras spécialisées à 360 degrés et un montage en post-production afin de garantir une qualité visuelle optimale. Le choix entre ces deux options dépend du niveau d’interactivité souhaité et de la nature du contenu ou de l’expérience à créer.

Monoscopique ou stéréoscopique

La principale différence entre la réalité virtuelle (RV) monoscopique et stéréoscopique réside dans la manière dont elles restituent la perception de la profondeur : alors que la RV monoscopique présente une seule image plate aux deux yeux, la RV stéréoscopique offre une expérience plus immersive en présentant des images distinctes à chaque œil, ce qui permet une perception plus réaliste de la profondeur et de la dimensionnalité.

La réalité virtuelle stéréoscopique est idéale pour les situations où une perception spatiale précise est essentielle, comme les simulations de formation, la visualisation architecturale ou toute application nécessitant un environnement 3D réaliste. À l’inverse, la réalité virtuelle monoscopique convient aux expériences où la perception de la profondeur est moins cruciale, où l’accent est mis sur la simplicité ou encore où les effets 3D ne constituent pas une priorité.

Les défis liés à la création d’environnements de réalité virtuelle

Le développement d’environnements de réalité virtuelle est un véritable défi qui nécessite une optimisation des performances, une compatibilité matérielle, des interfaces utilisateur intuitives et la prise en compte de considérations éthiques. La collaboration entre programmeurs, chercheurs, concepteurs et même artistes est essentielle pour trouver le juste équilibre entre les subtilités techniques et l’expérience utilisateur. Le graphique ci-dessous présente six défis courants rencontrés lors du développement d’un environnement virtuel. 

Compatibilité matérielle :	Assurer la compatibilité entre les différents casques et appareils de réalité virtuelle représente un véritable défi, compte tenu des différences au niveau des systèmes de suivi, des méthodes de saisie et des performances. Les plateformes de développement « ouvertes », telles qu’OpenXR, qui permettent de créer des environnements virtuels compatibles avec n’importe quel casque de réalité virtuelle, se généralisent de plus en plus, mais des contraintes techniques subsistent, notamment avec les anciens modèles de matériel.
Optimisation des performances :	Les environnements de réalité virtuelle doivent être optimisés pour garantir des performances fluides, prévenir le mal des transports et assurer le confort de l’utilisateur. Cela implique notamment de gérer le nombre de polygones, les textures et les techniques de rendu.
Conception de l’interface utilisateur (UI) :	Concevoir des interfaces de réalité virtuelle conviviales est un véritable défi, car les principes traditionnels des interfaces utilisateur en 2D ne s’appliquent pas toujours directement. Selon le matériel utilisé, la lisibilité du texte sur le casque de réalité virtuelle peut poser problème. De plus, les moyens de saisie traditionnels, tels que la souris et le clavier, ne sont généralement pas disponibles en réalité virtuelle.
Prévention du mal des transports :	Il est essentiel de lutter contre le mal des transports, en tenant compte de facteurs tels que le confort de déplacement, la réduction de la latence et la minimisation du décalage vestibulo-oculaire.
Expertise en création de contenu :	Souvent, les ressources disponibles dans le commerce ne correspondent pas exactement à vos besoins, et la création de nouveaux modèles 3D, textures et animations nécessite une expertise particulière. Les équipes de recherche peuvent avoir besoin de graphistes ou de concepteurs 3D qualifiés.
Considérations éthiques :	La recherche en réalité virtuelle peut soulever des questions éthiques concernant la sécurité des utilisateurs, la protection de la vie privée et l’impact des expériences immersives sur les participants.

La création d’un environnement de réalité virtuelle à des fins de recherche nécessite une approche multidisciplinaire, alliant compétences techniques, créativité et compréhension des objectifs spécifiques de la recherche. Les chercheurs doivent choisir avec soin l’environnement de développement et tenir compte des défis particuliers liés à la création de contenus en réalité virtuelle.

Tirer parti de l’environnement de réalité virtuelle

Dans le cadre de nos travaux de recherche, nous nous intéressons tout particulièrement à la compréhension de l’expérience humaine, notamment à l’identification des points de focalisation visuelle, à la détermination des zones privilégiées au sein de l’environnement virtuel et à l’évaluation de l’interaction avec les objets virtuels. Dans le domaine de la réalité virtuelle (RV), la quantification de ces expériences est facilitée par la télémétrie des jeux.

Que nous utilisions une approche basée sur les événements ou une approche continue, nous obtenons des informations sur l’attention visuelle des utilisateurs, leurs schémas de mouvement et leurs interactions avec les éléments virtuels. En analysant minutieusement les données télémétriques du jeu, les chercheurs recueillent des informations précieuses sur les expériences, les préférences et les réactions des participants. Ce processus analytique contribue à une compréhension nuancée des dimensions psychologiques et émotionnelles inhérentes à l’expérience de réalité virtuelle, permettant ainsi une évaluation plus complète de la manière dont les environnements virtuels influencent les perceptions et les comportements des utilisateurs.

En substance, la télémétrie de jeu constitue un outil quantitatif qui permet aux chercheurs de mesurer et d’analyser les multiples facettes de l’expérience humaine en réalité virtuelle. Pour approfondir leurs recherches, les chercheurs peuvent choisir de synchroniser les données de télémétrie de jeu avec l’oculométrie ou d’autres techniques de biosensoriel, ce qui leur permet d’affiner leur compréhension – une approche qui sera développée dans les sections suivantes.

Intégration de biocapteurs dans la réalité virtuelle

L’intégration de biocapteurs dans la recherche sur la réalité virtuelle (RV) permet de mieux comprendre l’expérience humaine. En mesurant des réponses physiologiques telles que la fréquence cardiaque et l’activité cérébrale, les chercheurs peuvent analyser des données en temps réel au sein d’environnements de RV immersifs. Cette combinaison offre un aperçu nuancé des états émotionnels et cognitifs lors d’expériences simulées, ouvrant la voie à des applications précieuses en psychologie, en neurosciences et dans le domaine de l’interaction homme-machine.

De nos jours, presque tous les biocapteurs peuvent être associés à des casques de réalité virtuelle. En effet, certains casques de réalité virtuelle intègrent même des biocapteurs. Le tableau ci-dessous offre un aperçu concis illustrant comment divers biocapteurs contribuent à améliorer les connaissances dans le domaine de la recherche sur la réalité virtuelle.

Capteurs

Suivi du regard
Avantages pour la recherche en réalité virtuelle	Vous permet de mesurer les schémas d’attention visuelle des utilisateurs dans un environnement de réalité virtuelle.
Éléments à prendre en compte	Cette fonctionnalité est de plus en plus courante dans les casques de réalité virtuelle haut de gamme.
Cas d’utilisation pertinents	– Évaluation des performances (Makransky et al., 2017) – Sécurité routière et conduite autonome (Brown et al., 2018) – Conception architecturale (Zou et Ergan, 2019)

Fréquence cardiaque (ECG/PPG)
Avantages pour la recherche en réalité virtuelle	Permet de mesurer les réactions physiologiques et psychologiques des participants à un événement virtuel
Éléments à prendre en compte	Un accessoire facile à ajouter, notamment lorsqu’on utilise des ceintures thoraciques. Certains casques plus sophistiqués peuvent être équipés d’un capteur PPG intégré.
Cas d’utilisation pertinents	– Effets des thérapies en réalité virtuelle sur la réduction du stress (Kim et al., 2021) – Classification des niveaux de stress (Ham et al., 2017) – Suivi de l’affect émotionnel et de l’immersion (Marin-Morales et al., 2021)

Respiration
Avantages pour la recherche en réalité virtuelle	Permet de mesurer les réactions physiologiques et psychologiques des participants à un événement virtuel, grâce à une approche non invasive et même sans contact.
Éléments à prendre en compte	C’est un ajout simple, notamment lorsque l’on utilise des ceintures thoraciques. Votre capteur de respiration peut fonctionner sans contact grâce à une transmission vidéo à distance, mais n’oubliez pas que, dans cette configuration, votre participant doit rester immobile.
Cas d’utilisation pertinents	– Prise en charge du mal des transports (Russell et al., 2014) – Classification du stress (Ishaque et al., 2020) – Entraînement aux techniques de respiration (Lan et al., 2021)

Activité électrodermique (EDA/GSR)
Avantages pour la recherche en réalité virtuelle	Vous permet de mesurer la réaction psychologique des participants à un événement virtuel
Éléments à prendre en compte	Même si son installation est simple, il est important de bien choisir l’emplacement du capteur. Les études en réalité virtuelle qui nécessitent des mouvements des mains devront déterminer le meilleur emplacement pour le capteur EDA afin de réduire au minimum les artefacts liés aux mouvements.
Cas d’utilisation pertinents	– Détection des troubles du spectre autistique chez les enfants (Alcaniz Raya et al., 2020) – Intégration corporelle d’une prothèse virtuelle (Rodrigues et al., 2022) – Entraînement des capacités motrices (Radhakrishnan et al., 2022)

Analyse vocale
Avantages pour la recherche en réalité virtuelle	Vous permet de mesurer la réaction psychologique des participants à un événement virtuel grâce à une configuration entièrement sans contact.
Éléments à prendre en compte	Il est de plus en plus courant que les casques de réalité virtuelle soient équipés de microphones intégrés de haute qualité, suffisants pour la collecte de données d’analyse vocale.
Cas d’utilisation pertinents	– Dépistage des troubles cognitifs légers en réalité virtuelle (Wu et al., 2023) – Détection en temps réel du stress pendant les jeux en réalité virtuelle (Brambilla et al., 2023) – Formation à la prise de parole en public (Arushi et al., 2021)

EEG
Avantages pour la recherche en réalité virtuelle	Vous permet de mesurer la réaction cognitive des participants à un événement virtuel.
Éléments à prendre en compte	L’intégration de l’EEG dans un dispositif de réalité virtuelle présente de nombreux inconvénients méthodologiques, mais les casques de dernière génération commencent à les contourner. Par exemple, Galea a intégré l’EEG directement dans son casque, et Wearable Sensing propose un casque de réalité virtuelle conçu pour accueillir un casque EEG. Il est important de garder à l’esprit que l’intégration de l’EEG dans vos recherches en réalité virtuelle allongera considérablement le temps de mise en place.
Cas d’utilisation pertinents	– Mesure de la charge cognitive dans un environnement de réalité virtuelle (Tremmel et al., 2019) – Suivi des états méditatifs pendant la réalité virtuelle (Lan et al., 2021) – Mesure de la présence et de l’immersion en réalité virtuelle (Dey et al., 2023)

Capteurs de mouvement utilisant l’EMG ou des accéléromètres.
Avantages pour la recherche en réalité virtuelle	Vous permet de suivre les mouvements des personnes dans l’environnement de réalité virtuelle.
Éléments à prendre en compte	Une solution simple, surtout si vous utilisez des capteurs sans fil.
Cas d’utilisation pertinents	– Rééducation à l’aide d’une prothèse virtuelle (Rodrigues et al., 2022) – Comparaison des mouvements musculaires avec les mouvements naturels dans le sport (Ida et al., 2022) – Décodage des mouvements musculaires en réalité virtuelle (Dwivedi et al., 2020)

Analyse des expressions faciales (FEA).
Avantages pour la recherche en réalité virtuelle	Vous permet de mesurer les expressions faciales des personnes dans l’environnement de réalité virtuelle.
Éléments à prendre en compte	L’analyse des expressions faciales (FEA) contribue de manière significative à la compréhension des expériences émotionnelles des utilisateurs dans des scénarios de réalité virtuelle (RV), traditionnellement mesurées par électromyographie faciale (fEMG). La fEMG, une approche largement documentée et bien établie, permet de capturer l’activité électrique des muscles faciaux sans être gênée par les casques de RV. Cependant, la fEMG présente certaines limites, telles que l’impossibilité de comparer l’intensité des expressions faciales et les difficultés liées à l’obstruction causée par le casque de RV pour le placement des électrodes. L’intégration de capteurs EMG dans la recherche en RV allonge le temps de mise en place. Une alternative émergente consiste à recourir à l’AFE assistée par ordinateur pendant la RV, en utilisant des caméras pour capturer les mouvements des muscles faciaux sans obstruction. Des produits comme le VIVE proposent des accessoires pour casques, tels que de petites caméras, afin de suivre les mouvements de la partie inférieure du visage pendant les expériences virtuelles. Cependant, la communauté scientifique en est encore aux premiers stades de l’évaluation de la fiabilité de cette forme de suivi pour obtenir des données de haute qualité sur les expressions faciales.
Cas d’utilisation pertinents	– L’influence des émotions des utilisateurs sur leur engagement dans un programme d’entraînement cognitif virtuel (Reidy et al., 2020) – Rééducation de la paralysie faciale en réalité virtuelle (Quidwai et Ajimsha, 2015) – L’influence des émotions sociales en réalité virtuelle (Philipp et al., 2012)

Outre leur utilisation pour surveiller, identifier et prédire les états comportementaux, émotionnels et physiologiques, les biocapteurs sont également mis à profit dans le cadre du biofeedback. Le biofeedback est une technique qui consiste à surveiller les fonctions physiologiques d’une personne, telles que la fréquence cardiaque, la tension musculaire ou la conductance cutanée, et à lui fournir des informations en temps réel à ce sujet.

L’objectif du biofeedback est d’améliorer la prise de conscience et le contrôle de ces processus corporels, généralement à l’aide de signaux visuels ou auditifs. En observant les effets immédiats de leurs pensées, de leurs émotions et de leurs comportements sur leurs réactions physiologiques, les individus peuvent apprendre à s’autoréguler et à obtenir les changements souhaités en matière de santé et de bien-être. Le biofeedback est couramment utilisé dans divers contextes, notamment la gestion du stress, l’amélioration des performances et la rééducation, offrant aux individus un moyen non invasif et valorisant d’influencer leurs propres réponses physiologiques.

Le biofeedback est de plus en plus utilisé dans le cadre de la recherche sur la réalité virtuelle, et il a été démontré qu’il améliorait les résultats de la kinésithérapie ^[34], renforçait les techniques de réduction du stress ^[35], d’améliorer les performances sportives ^[36] et est même utilisé pour accroître les capacités d’empathie chez l’être humain ^[37]. L’intégration du biofeedback dans votre recherche nécessite une communication bidirectionnelle entre votre biocapteur et votre environnement virtuel. Dans iMotions, cela peut être réalisé grâce à notre interface API.

Exploiter les API et les LSL pour synchroniser et contrôler les données de réalité virtuelle

La réalité virtuelle (RV) s’impose comme un outil précieux dans le domaine de la recherche, offrant des expériences immersives qui dépassent les limites des stimuli traditionnels. Pour exploiter pleinement le potentiel de la RV, il est essentiel d’étudier comment les participants peuvent s’impliquer de manière plus naturelle et plus significative au sein de ces environnements virtuels.

Imaginons, par exemple, un contexte théâtral où la réalité virtuelle aide les comédiens à réduire leur stress pendant les représentations en leur fournissant des informations en temps réel sur leur accélération cardiaque et en les incitant à recourir à des techniques thérapeutiques telles que la respiration profonde. Dans le domaine de l’entraînement militaire, la synchronisation des données télémétriques du jeu avec les signaux biométriques devient un outil puissant, offrant des informations précises sur la manière dont les événements virtuels influencent la physiologie et les performances des militaires.

En ajoutant une dimension supplémentaire, le biofeedback et la biométrie multimodale s’imposent comme des outils puissants pour modifier et améliorer les comportements. Imaginons une séance thérapeutique en réalité virtuelle destinée à une personne souffrant d’arachnophobie. En intégrant le biofeedback, l’environnement virtuel pourrait adapter le contenu de la thérapie d’exposition en fonction de la fréquence cardiaque du patient. À mesure que le patient se sent plus à l’aise sur le plan physiologique face aux araignées virtuelles, l’environnement s’ajuste de manière dynamique, en rapprochant les araignées.

Cette intégration sophistiquée du biofeedback et de la biométrie multimodale dans l’expérience de réalité virtuelle a permis d’améliorer considérablement l’efficacité de la recherche en réalité virtuelle. Cette intégration est rendue possible grâce aux interfaces de programmation d’applications (API) et à la Lab Streaming Layer (LSL) (https://labstreaminglayer.org/#/).

Les API jouent un rôle de passerelles indispensables, définissant des protocoles qui facilitent une communication fluide entre différentes applications logicielles, permettant ainsi l’échange de données et de fonctionnalités. De son côté, LSL constitue un cadre sophistiqué pour l’échange de données en temps réel, garantissant une communication et une synchronisation fluides entre divers appareils de recherche et applications logicielles dans les environnements de laboratoire.

En résumé, l’utilisation stratégique des API et du LSL permet aux chercheurs d’établir un flux bidirectionnel d’informations, ouvrant ainsi la voie à des méthodes innovantes pour synchroniser et contrôler les données de réalité virtuelle. Cela enrichit non seulement la recherche en réalité virtuelle, mais ouvre également la voie à des applications révolutionnaires dans des domaines allant des arts du spectacle aux interventions thérapeutiques.

Intégration des données des biocapteurs dans les environnements de réalité virtuelle :

Les API jouent un rôle essentiel dans l’intégration des données issues des biocapteurs dans les environnements de réalité virtuelle. En établissant une connexion entre les systèmes de biocapteurs et les plateformes de réalité virtuelle, les développeurs peuvent utiliser les API pour intégrer de manière transparente des données physiologiques en temps réel, telles que la fréquence cardiaque ou l’EEG, directement dans l’expérience virtuelle. Cette intégration enrichit les interactions en réalité virtuelle en permettant des réponses adaptatives en fonction de l’état physiologique des utilisateurs.

Extraction des données de télémétrie de l’environnement de réalité virtuelle :

LSL, un système de synchronisation des données en temps réel, s’avère très utile pour extraire des données télémétriques de l’environnement de réalité virtuelle. En intégrant LSL à leur configuration de réalité virtuelle, les chercheurs peuvent générer des flux de données qui capturent divers aspects des interactions des utilisateurs, de leurs mouvements oculaires et de leur navigation. Ces flux de données, rendus possibles par LSL, permettent d’extraire des informations télémétriques détaillées en vue d’une analyse approfondie, ce qui contribue à affiner le contenu de réalité virtuelle et à mieux comprendre le comportement des utilisateurs.

Contrôle de l’expérience virtuelle à l’aide de données issues de biocapteurs :

Les capacités bidirectionnelles des API permettent de contrôler de manière dynamique l’expérience virtuelle à l’aide des données issues des biocapteurs. En intégrant les informations fournies par les biocapteurs via les API, les développeurs peuvent apporter des ajustements en temps réel à l’environnement de réalité virtuelle en fonction des réactions physiologiques des utilisateurs. Par exemple, les variations des niveaux de stress ou d’engagement détectées par les biocapteurs peuvent déclencher des modifications adaptatives du contenu de réalité virtuelle, renforçant ainsi la personnalisation et l’immersion.

Les défis liés à l’analyse des données de réalité virtuelle

La réalité virtuelle génère d’énormes quantités de données multidimensionnelles, notamment des données sensorielles, des interactions et des réponses physiologiques. L’analyse et l’interprétation de cet ensemble de données complexe peuvent s’avérer difficiles. Nous nous pencherons ci-après sur trois des défis auxquels les chercheurs sont souvent confrontés : 

1. Le défi que représente l'agrégation des données issues d'expériences de réalité virtuelle uniques 

Chaque utilisateur de réalité virtuelle se lance dans un parcours qui lui est propre, interagissant avec divers objets, explorant différentes zones et réagissant de manière unique au sein de l’environnement virtuel. Quels que soient les biocapteurs utilisés dans la recherche sur la réalité virtuelle, il est essentiel de regrouper ces données individualisées pour tirer des conclusions pertinentes. Une approche stratégique consiste à assigner aux participants des tâches spécifiques, comme suivre un parcours défini ou effectuer une action particulière.

Même si les utilisateurs peuvent s’écarter légèrement du parcours, cela permet d’harmoniser leurs expériences et de réduire au minimum les différences entre les ensembles de données. Une autre méthode efficace consiste à identifier des zones ou des activités spécifiques qui intéressent tous les participants, comme l’atterrissage d’un avion sur la piste d’un aéroport ou la rencontre avec une araignée qui s’approche. Cela permet aux chercheurs de comparer les comportements individuels dans une même scène virtuelle, ce qui fournit des informations utiles malgré les parcours variés que chaque utilisateur a pu emprunter.

Dans iMotions, notre fonctionnalité de cartographie du regard permet aux utilisateurs de regrouper les données d’oculométrie et d’autres capteurs biologiques issues d’expériences utilisateur distinctes. Cette fonctionnalité permet aux chercheurs de superposer les données provenant de scènes spécifiques, quel que soit le moment où chaque utilisateur a interagi avec ces scènes. Elle permet ainsi aux scientifiques de tirer des conclusions générales à partir d’une multitude de parcours virtuels variés.

2. Le défi de la synchronisation en temps réel des données des biocapteurs et des environnements virtuels

Il est essentiel d’assurer une synchronisation précise et en temps réel des données des biocapteurs avec l’environnement de réalité virtuelle (RV) de l’utilisateur afin d’établir un lien précis entre les réponses physiologiques et des moments spécifiques de l’expérience en RV. Tout retard ou imprécision dans cette synchronisation peut entraîner une mauvaise interprétation de la relation entre les réponses physiologiques de l’utilisateur et les événements virtuels.

Parallèlement, relever le défi de la compatibilité matérielle et logicielle implique d’assurer une intégration transparente entre différents biocapteurs et systèmes de réalité virtuelle présentant des spécifications techniques et des protocoles variés. Les problèmes de compatibilité, résultant de différences au niveau des formats de données, des vitesses de communication ou des méthodes d’étalonnage, doivent être surmontés afin d’établir un cadre normalisé et interopérable permettant une synchronisation efficace. Si les API et les LSL permettent souvent de résoudre ce problème, leur efficacité n’est pas toujours garantie dans tous les cas.

3. Le défi que représente l'analyse des données d'oculométrie issues des casques de réalité virtuelle : passer de la 3D à la 2D

L’analyse des données d’oculométrie issues des casques de réalité virtuelle pose un défi particulier, car elle implique de passer d’un environnement virtuel tridimensionnel (3D) à une représentation bidimensionnelle (2D) à des fins d’analyse. L’oculométrie permet de capturer les données relatives au regard dans l’espace 3D immersif de la réalité virtuelle, mais pour interpréter et analyser efficacement ces informations, les chercheurs doivent souvent les convertir en format 2D.

Cette transition pose des défis, car elle nécessite de prendre soigneusement en compte la perception de la profondeur, les relations spatiales et la nature dynamique des points de regard au sein de l’environnement de réalité virtuelle. Représenter et interpréter avec précision les données d’oculométrie dans un contexte 2D tout en préservant les nuances des interactions visuelles des utilisateurs dans l’espace virtuel 3D est une tâche complexe à laquelle les chercheurs et les analystes doivent s’atteler pour obtenir des informations pertinentes. 

Les avancées de la technologie de réalité virtuelle

Les récentes avancées technologiques ont marqué le début d’une ère de transformation, avec des progrès significatifs dans les domaines de la réalité augmentée (RA), du suivi des mains, de l’oculométrie et de la réalité virtuelle sociale (RV). À mesure que ces technologies continuent de mûrir, le potentiel d’innovation dans le domaine de la recherche et, plus largement, au sein de la société semble illimité.

Réalité augmentée (RA)

La réalité augmentée (RA) est une technologie qui superpose en temps réel du contenu généré par ordinateur à l’environnement réel, enrichissant ainsi la perception qu’a l’utilisateur de son environnement. Elle intègre des informations numériques, telles que des images et des modèles 3D, au monde physique à l’aide d’appareils comme les smartphones, les lunettes intelligentes ou les casques de RA. Les applications de RA vont des superpositions d’informations aux expériences interactives, offrant aux utilisateurs une interaction plus riche et immersive avec leur environnement.

La réalité augmentée, grâce à l’intégration transparente d’informations numériques dans le monde réel, a trouvé des applications dans des domaines allant des jeux vidéo aux soins de santé, offrant ainsi aux utilisateurs une expérience enrichie et interactive. 

Technologie de suivi des mains

Le suivi des mains en réalité virtuelle est une technologie qui permet aux utilisateurs d’interagir avec des environnements virtuels en utilisant les mouvements naturels de leurs mains, rendant ainsi superflus les manettes physiques. Des capteurs ou des caméras capturent les mouvements des mains en temps réel et les traduisent en actions virtuelles au sein de l’espace de réalité virtuelle. Cela offre une expérience plus intuitive et immersive, renforçant l’engagement des utilisateurs sans nécessiter de manettes.

Réalité virtuelle sociale 

La réalité virtuelle sociale (RV) désigne l’utilisation de la technologie de réalité virtuelle pour créer des espaces numériques où les utilisateurs peuvent interagir entre eux en temps réel. Dans ces environnements virtuels partagés, les participants peuvent communiquer, collaborer et interagir les uns avec les autres sous la forme d’avatars, même s’ils se trouvent physiquement à des endroits différents. Les plateformes de RV sociale proposent souvent des fonctionnalités telles que le chat vocal, les gestes de la main et des avatars personnalisables afin de renforcer le sentiment de présence et l’interaction sociale.

Cette technologie est utilisée à diverses fins, notamment pour les réunions virtuelles, les espaces de travail collaboratifs, les événements sociaux et les jeux multijoueurs, permettant ainsi aux utilisateurs de ressentir un sentiment de présence partagée et de connexion au sein du monde virtuel. Bien qu’il s’agisse encore d’une technologie récente, plusieurs études ont été menées pour évaluer l’impact de la RV sociale sur les résultats d’apprentissage à distance ((Mystakidis et al., 2021)), la socialisation ^[38], ainsi que la solitude et l’anxiété sociale ^[39]. 

Renforcer l’engagement des utilisateurs

Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires, certaines études commencent à montrer comment ces avancées dans le domaine de la réalité virtuelle renforcent l’engagement des utilisateurs. Par exemple, une équipe de chercheurs a constaté que la réalité augmentée renforçait l’engagement des utilisateurs tout au long du parcours d’achat ^[40]. En revanche, il est surprenant de constater que le suivi des mains ne semble pas améliorer l’engagement ni l’expérience des utilisateurs dans l’environnement virtuel ((Masurovsky et al., 2020)).

Cependant, malgré l’absence d’amélioration de l’engagement des utilisateurs, une étude a révélé que les patients en rééducation motrice préféraient le suivi des mains à l’utilisation de manettes ^[41]. De plus, le suivi des mains facilite l’accès à la télé-rééducation en réduisant la quantité d’équipements que le patient doit comprendre et utiliser. Par rapport aux plateformes de réseaux sociaux traditionnelles, la réalité virtuelle sociale obtient de meilleurs résultats en termes de présence et d’implication ^[42].

Ces résultats suggèrent que, même si certaines avancées en matière de réalité virtuelle ne renforcent pas nécessairement l’engagement des utilisateurs de manière universelle, elles trouvent leur place dans des applications spécifiques, mettant en évidence l’impact varié de cette technologie dans différents contextes et élargissant la pertinence de la réalité virtuelle à de nouveaux domaines de recherche.

Conséquences pour la recherche

Les progrès de la technologie de réalité virtuelle (RV), notamment des fonctionnalités telles que le suivi des mains, la RV sociale et la réalité augmentée, ont des implications profondes pour la recherche scientifique dans diverses disciplines. Le suivi des mains permet aux chercheurs d’explorer des interactions homme-machine plus naturelles et intuitives, offrant ainsi un aperçu des processus cognitifs et des aspects ergonomiques. La réalité virtuelle sociale ouvre de nouvelles voies pour l’étude des dynamiques sociales et du comportement humain dans des environnements numériques immersifs, offrant ainsi une perspective unique. À mesure que ces technologies continuent de mûrir, le paysage de la recherche et de l’engagement des utilisateurs subit une profonde transformation, ouvrant de nouvelles possibilités d’innovation et d’exploration.

Bonnes pratiques en matière de réalité virtuelle et de recherche multimodale 

Se lancer dans la recherche en réalité virtuelle multimodale implique de prendre en compte de nombreux aspects, mais avec une planification minutieuse, vous pouvez obtenir des données pertinentes, dotées d’une grande validité écologique et ayant un impact concret. Pour vous guider dans votre démarche, voici les questions clés et les étapes à suivre :

Questions à se poser avant de commencer ses recherches :

1. Pertinence de la question de recherche : votre question de recherche se prête-t-elle à la réalité virtuelle, et votre groupe test est-il adapté à une étude utilisant cette technologie ? Quels sont les moments clés à mesurer et comment comptez-vous les évaluer ? Comment allez-vous déterminer à quel moment ces moments clés se produisent ? 
2. Conception de l'environnement virtuel : Allez-vous concevoir vous-même l'environnement virtuel ou utiliser un modèle prêt à l'emploi ? Existe-t-il des exigences particulières dans votre domaine de recherche concernant l'apparence ou les fonctionnalités de l'environnement virtuel ?
3. Choix des biocapteurs : quels sont les biocapteurs les plus adaptés à votre étude en réalité virtuelle, compte tenu des contraintes imposées par votre configuration ou votre tâche ?
4. Logiciel de collecte de données : comment comptez-vous quantifier l'expérience humaine de manière à faciliter l'agrégation, et votre logiciel de collecte de données prend-il cela en charge ?
5. Expérience utilisateur et effets secondaires : comment les utilisateurs s'adapteront-ils à l'environnement virtuel sans compromettre les objectifs de la recherche, et comment évaluerez-vous le mal des transports virtuel (Kim et al., 2018) ?

Étapes à suivre au cours de la recherche :

1. Étude pilote : mener une étude pilote afin d'évaluer les effets de l'environnement virtuel sur les utilisateurs, en abordant des questions telles que le mal des transports virtuel, la cohérence des tâches et le confort des utilisateurs.
2. Vérification de la synchronisation des biocapteurs : Vérifiez que les biocapteurs se synchronisent correctement avec l'environnement virtuel, afin de garantir une intégration fluide permettant une analyse pertinente des données.
3. Analyse des données de l'étude pilote : Analysez les données de l'étude pilote afin de vérifier votre capacité à mettre en évidence les effets physiologiques attendus dans l'environnement virtuel.

Ces recommandations constituent un point de départ, sachant que la complexité de la recherche en réalité virtuelle multimodale exige une réflexion et une adaptation constantes tout au long du processus de recherche.

L’engagement d’iMotions en faveur de la recherche sur la réalité virtuelle dans le domaine de la santé

En tant que pionnier dans le domaine des logiciels pour biocapteurs multimodaux, iMotions se consacre à la recherche constante de solutions logicielles et de plateformes de recherche de pointe. Composée d’une équipe d’experts en biocapteurs et de chercheurs, notre entreprise est convaincue que les véritables avancées naissent de la collaboration avec la communauté universitaire.

En 2019, iMotions a franchi une étape importante en lançant un projet de collaboration avec l’hôpital universitaire de Syddansk au Danemark, dans le but de révolutionner le traitement de l’anxiété sociale. Cette collaboration a réuni l’expertise d’iMotions et les psychologues ainsi que l’équipe de recherche de l’hôpital universitaire de Syddansk afin d’affiner la collecte, la visualisation et l’exportation des données obtenues grâce à la réalité virtuelle et à des biocapteurs multimodaux, couvrant des variables telles que la fréquence cardiaque et l’activité électrodermique. Vous pouvez en savoir plus sur l’avancement de ce projet dans ces articles évalués par des pairs : Quintana et al., 2023 et Ørskov et al., 2022. 

Notre implication directe dans les projets de recherche nous place à l’avant-garde de la compréhension des besoins en constante évolution de la communauté scientifique. Surtout, cet engagement nous permet de contribuer de manière significative aux progrès visant à fournir des traitements efficaces à ceux qui en ont le plus besoin. iMotions reste fidèle à son engagement à faire progresser ce domaine et à favoriser des collaborations fructueuses qui stimulent l’innovation dans le domaine des biocapteurs et de leurs applications. 

Pour en savoir plus sur la subvention accordée par la fondation pour soutenir cette initiative collaborative, cliquez ici : https://vr8.dk/en/virtual-reality-for-social-anxiety/ 

Résumé : Les éléments à prendre en compte en tant que chercheur en réalité virtuelle

La réalité virtuelle (RV) représente une avancée majeure pour renforcer le réalisme dans des environnements de recherche contrôlés. Cette technologie de pointe permet aux chercheurs d’évaluer les impacts tant psychologiques que physiologiques de situations généralement dangereuses ou difficiles d’accès. Pratiquement aucun domaine de recherche n’échappe au potentiel transformateur de la RV. Qu’il s’agisse d’affiner les protocoles sur les chantiers de construction, de former des pilotes débutants ou d’aider des personnes à surmonter leur peur du vide, les environnements virtuels constituent un outil révolutionnaire pour propulser les efforts de recherche vers de nouveaux sommets.

Lorsque vous décidez d’intégrer la réalité virtuelle dans vos recherches, une série de questions cruciales se posent, qui méritent d’être examinées avec soin :

1. Matériel : quel type de casque correspond le mieux à vos besoins ? Quelles sont les fonctionnalités indispensables pour vos recherches ? Avez-vous des préférences concernant les verres ou le poids du casque ? Avez-vous besoin de fonctionnalités supplémentaires telles que le suivi des mains ou des outils de réalité augmentée ?
2. Environnement virtuel : Comment comptez-vous concevoir l'environnement virtuel ? Si vous utilisez un jeu déjà conçu, pouvez-vous accéder à ses données télémétriques ? L'environnement virtuel est-il compatible avec différentes plateformes, ou est-il limité à un moteur de jeu spécifique ?
3. Biocapteurs : Quelles données comptez-vous recueillir dans le cadre de vos recherches en réalité virtuelle ? L'intégration d'un système de suivi oculaire est-elle nécessaire pour votre étude ? Envisagez-vous d'enregistrer les mouvements faciaux à l'aide d'une caméra externe ? Avez-vous l'intention de mesurer l'activité du système nerveux autonome à l'aide de capteurs de fréquence cardiaque ou d'activité électrodermique ?
4. Logiciel : Où allez-vous collecter vos données ? La plateforme logicielle prend-elle en charge la synchronisation de tous les flux de données ? Peut-elle faciliter l'analyse des données de télémétrie et des biocapteurs ? Permet-elle de visualiser l'expérience de réalité virtuelle ? Pouvez-vous regrouper les données de plusieurs participants à l'aide de ce logiciel ?
5. Compétences et formation : Disposez-vous de compétences et d'une formation suffisantes ? Comptez-vous parmi vos chercheurs des personnes familiarisées avec la mise en place, l'utilisation et la collecte de données à partir de casques de réalité virtuelle ? Un membre de votre équipe est-il capable d'analyser et d'interpréter les données recueillies ? Si vous créez votre propre environnement virtuel, disposez-vous des compétences nécessaires en programmation et en conception d'expérience utilisateur (UX) ?

Se lancer dans la recherche en réalité virtuelle présente à la fois des avantages et des défis particuliers. Il est essentiel de consacrer du temps à la recherche de solutions adaptées à votre cas d’utilisation spécifique. Bien que chaque chercheur ait des besoins propres, ce qui suit résume les tendances communes observées chez nos clients.

Le chercheur novice en réalité virtuelle opte souvent pour :

• Casque de réalité virtuelle de qualité recherche doté d'un système de suivi oculaire 
• Environnement virtuel ou jeu déjà publié et prêt à l'emploi
• Quelques capteurs biologiques supplémentaires, tels que ceux mesurant la fréquence cardiaque et l'activité électrodermique
• Un logiciel qui leur permet de visualiser, synchroniser et analyser facilement leurs données 
• Proposer à leur équipe une formation spécialisée afin de développer des compétences théoriques et pratiques dans le domaine de la recherche en réalité virtuelle.

Les chercheurs expérimentés en réalité virtuelle optent généralement pour :

• Casque de réalité virtuelle de qualité recherche doté de fonctions de suivi oculaire, de suivi des mains et de réalité augmentée
• Un environnement virtuel sur mesure, conçu et testé par leur propre équipe 
• Plusieurs autres biocapteurs, allant de l'EMG à l'EEG en passant par les capteurs de fréquence cardiaque, en fonction de la nature de leur question de recherche
• Un logiciel capable de les aider à synchroniser toutes leurs données tout en leur offrant la flexibilité nécessaire pour échanger des données et des commandes entre la plateforme de collecte de données et l'environnement virtuel à l'aide d'API et du langage LSL
• Formation et conseil par des experts, selon les besoins

Références

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1. Wenk et al., 2023 ↩
2. Gromer et al., 2019 ↩
3. Gromer et al., 2019 ↩
4. Matamala-Gomez et al., 2022 ; Juliano et al., 2020 ↩
5. cf. Gall et al., 2019 et Gromer et al., 2019 ↩
6. Forster et al., 2022 ↩
7. Forster et al., 2022 ↩
8. Freeman et al., 2022 ↩
9. Lindner et al., 2020 ↩
10. Trappey et al., 2020 ↩
11. Rimer et al., 2021 ↩
12. Jiang et al., 2020 ↩
13. Szczepanska-Gieracha et al., 2021 ↩
14. Zainal et al., 2021 ↩
15. Rizzo et al., 2010 ↩
16. Thompson-Lake et al., 2015 ↩
17. Modrego-Alarcon et al., 2021 ↩
18. Voinescu et al., 2023 ↩
19. Dellazizzo et al., 2021 ↩
20. Geraets et al., 2020 ↩
21. Baker et al., 2022 ; Dressmann et al., 2022 ; Goudman et al., 2022 ; Deo et al., 2020 ↩
22. Seymour et al., 2006 ↩
23. Hooper et al., 2019 ↩
24. Badash et al., 2016 ↩
25. Garcia et al., 2016 ; Park et al., 2006 ↩
26. Garcia et al., 2016 ↩
27. Berni et Borgianni, 2012 ↩
28. Berg et Vance, 2017 ↩
29. Song et al., 2017 ↩
30. Scorpio et al., 2020 ↩
31. Yuce et al., 2020 ; Leveau et Camus, 2023 ↩
32. Hsiao et al., 2024 ; Azmi et al., 2021 ; Grudzewski et al., 2018 ↩
33. Van Kerrebroeck et al., 2017 ↩
34. Yoo et al., 2024 ; Lin et al., 2023 ↩
35. Michela et al., 2022 ; Lan et al., 2021 ; Blum et al., 2020 ↩
36. Lagos et al., 2011 ↩
37. Schoeller et al., 2019 ↩
38. Barreda-Angeles et Hartmann, 2022 ↩
39. Kenyon et al., 2023 ↩
40. Jessen et al., 2020 ↩
41. Juan et al., 2023 ↩
42. Barreda-Angeles et Hartmann, 2022 ↩