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SELVES, pour des créneaux en vision à la 3e personne


Une vidéo du système en cours d'utilisation

Notre équipe

Nous sommes une équipe de quatre étudiants en troisième année MMIS - IRVM à l'Ensimag :
- Jekfer BICHON
- Corentin HAVET
- Frédéric PENEL
- Lucie WU

Introduction


La manœuvre du créneau

Rares sont ceux qui ont déjà eu l'expérience de la conduite sans jamais effectuer de créneau. Encore plus rares sont ceux qui n'ont jamais peiné à se garer correctement quand la place dernière place disponible sur le côté de la route dépasse à peine la longueur de la voiture. Pour tous les autres, nous avons imaginé une nouvelle forme d'interaction pour oublier ce tracas du quotidien. Finis les torticolis, finis les coups de roues dans le trottoir et dans la voiture de derrière, terminée la déception après avoir fait un créneau propre et parallèle mais débordant trop sur la chaussée. Et si le conducteur pouvait se voir avec un point de vue extérieur ? S'il pouvait, en un coup d’œil, voir sa voiture dans son environnement proche tout en la manœuvrant dans un créneau ?

C'est ainsi qu'est née l'idée de SELVES (Simulate your External Life with our Vision Enhancement System). Ce système a pour vocation d'adapter cette fonctionnalité bien connue des amateurs de jeux vidéo à la réalité de la conduite automobile. Par exemple, Grand Theft Auto (premier du nom) propose pour unique vision une vue du dessus. Mario Kart DS propose deux vue sur deux écran différent : l'écran secondaire donne une vue simplifiée du dessus, qui permet d'éviter les danger arrivant de derrière, qui ne sont alors pas visibles sur l'écran principal. L'idée est de placer sur le tableau de bord un écran montrant la voiture dans son environnement proche que le conducteur pourrait consulter à tout moment lors de sa manœuvre. L'étude qui suit entend alors vérifier la qualité et l'efficacité de l'interaction en répondant aux questions suivantes : pouvoir se voir à la troisième personne permet-il d'améliorer la précision et la rapidité d'exécution lors d'un créneau ? Est-ce gênant pour la conduite ?

Réalisation


Vue depuis le poste de conduite

Par faute de moyens, nous n'avons pas pu réaliser de prototype réel que nous aurions pu intégrer et tester sur un véhicule. Nous avons donc choisi de mettre en place un simulateur immersif utilisant l'Oculus Rift, ainsi qu'un volant et des pédales. Tout l'enjeu est de rendre ce simulateur le plus réaliste possible afin que les gestes et réflexes acquis par l'expérience de la conduite puissent se retrouver facilement.
Ce simulateur présente un environnement de synthèse où le testeur joue un conducteur au volant de son véhicule cherchant à se garer. Il a alors accès à deux vues :

  • la vue classique depuis son poste de conduite
  • une vue d'oiseau de son environnement proche : cette vue est également projetée sur le tableau de bord du véhicule dans la vue classique, mais à cause des limites de résolution de l'Oculus Rift, il nous a semblé pertinent de rendre cette vue également indépendante.

Les outils utilisés


Installation du simulateur

Oculus Rift
De manière à rendre la simulation la plus immersive possible pour le testeur, nous avons choisi de lui faire porter l'Oculus Rift. Ce ne sera pas nécessaire en condition réelle puisque la vue d'oiseau serait projetée sur un écran au niveau du tableau de bord.

Unreal Engine
L'environnement de synthèse du simulateur est créé grâce au moteur de jeu Unreal Engine qui offre une interface de création graphique très intuitive et permet d'adapter facilement la simulation au format exigé par l'Oculus Rift.

Volant et pédales
Marque Flight Simu Yoke.
Les commandes utilisées sont les suivantes :

  • Volant pour se diriger.
  • Bouton à gauche du volant pour recalibrer la position de repos du conducteur.
  • Bouton à droite du volant pour changer le mode de vue (classique/à la troisième personne)
  • Pédale gauche pour freiner.
  • Pédale droite pour accélérer.
  • Levier à deux positions pour activer la marche avant ou la marche arrière.

Problèmes rencontrés

Une des difficultés de ce projet a été de rendre les commandes du simulateur suffisamment réalistes pour qu'elles ressemblent aux véritables commandes que l'on peut trouver à l'intérieur d'un véhicule. N'ayant qu'un ensemble de deux pédales à disposition, nous avons choisi de simuler une voiture automatique sans embrayage ni boîte de vitesse. De plus, pour intégrer les commandes mécaniques du volant et des pédales à la simulation sur Unreal Engine, il a fallu faire correspondre ces commandes à des touches du clavier ou de la souris via un émulateur de manette Xbox.

Ensuite, nous avons rapidement été confrontés au réalisme de la conduite. Il a fallu adapter divers paramètres mécaniques du modèle de la voiture tels que le coefficient d'amortissement, ou le seuil de freinage afin d'obtenir un frein moteur proche de la réalité. Pour des soucis de réalisme, il a également fallu désolidariser la marche arrière de la marche avant pour pouvoir avancer et reculer en appuyant sur la même pédale.

Évaluation


Une vidéo du système en cours d'utilisation

Nous avons réalisé un simulateur fonctionnel, suffisamment immersif et réaliste pour le proposer en séances de tests. Les fonctionnalités suivantes ont été ajoutées :

  • Le volant, bien que ne proposant pas de retour d'effort, permet de se diriger correctement avec suffisamment de précision.
  • Un levier permet de simuler l'activation de la marche arrière, comme proposée dans une voiture automatique.
  • La pédale de droite permet d'accélérer plus ou moins fort.
  • La pédale de gauche permet de freiner.
  • Des rétroviseurs extérieur gauche, extérieur droit et intérieur ont été ajoutés comme assistance à la conduite.
  • Une vue d'oiseau est rattachée à la voiture, et projetée comme assistance à la conduite sur le tableau de bord.

Scénario

Le testeur est au départ assis au poste de conducteur de la voiture. Au début de la simulation, il est situé près de deux voitures entre lesquelles il va devoir se garer en réalisant un créneau. Des espaces plus ou moins larges ont été laissés entre les voitures pour pouvoir tester plusieurs niveaux de difficulté.

Protocole expérimental

Nous avons défini un protocole expérimental que nous avons suivi à chaque séance de test.

 PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL

 But : étudier la pertinence de la vue à la troisième personne (vue d'oiseau) pour se garer

 Définitions :
	- Conducteur expérimenté : personne qui a le permis depuis au moins 3 ans
		ou qui a déjà parcouru au moins 1000km l'année passée
                ou qui conduit au moins 4 fois par mois depuis au moins 2 ans.
	- Conducteur en apprentissage : personne sans permis qui a parcouru entre 20km et 1000km
		ou qui a le permis depuis moins de 3 ans et a parcouru moins de 1000km
		ou qui a le permis depuis moins de 3 ans et conduit moins de 4 fois par mois.

 Échantillon souhaité :
	- Conducteurs expérimentés
	- Conducteurs en apprentissage

 Temps d'apprentissage : 3min + temps nécessaire pour manœuvrer un premier créneau.

 Scenario à suivre :
 	Vous êtes assis au volant d'une voiture. A votre droite se trouve une place de parking entre deux voitures.
 Vous devrez vous garer dans cette place en effectuant un créneau. Quand vous serez sûr et certain de vous être 
 bien garé, et uniquement à ce moment-là, dites le. ("C'est bon, je suis bien garé !")

 Déroulement de la séance :
	- Saluer et remercier le testeur de sa présence
	- Asseoir le testeur devant la simulation.
	- Expliquer le fonctionnement des diverses commandes (SAUF celle qui permet de passer en vue d'oiseau)
        - Présenter le scénario au testeur et lui demander de se familiariser avec les commandes et la manœuvre à effectuer.
	- Mettre en route la simulation et laisser le temps d'apprentissage.
	- Une fois le testeur prêt, relancer la simulation.
	 Bien lui faire comprendre qu'on ne dira rien pendant la simulation.
	- Lancer un chrono.
	- Ne rien dire pendant la simulation.
	- Arrêter le chrono et la simulation quand le testeur affirme qu'il a fini de se garer.
	- Noter le temps obtenu.
	- Présenter la commande qui active la vue d'oiseau.
	 Lui demander de reproduire le scenario avec la vue d'oiseau.
        - Lancer la simulation et un chrono.
	- Ne rien dire pendant la simulation.
	- Arrêter le chrono et la simulation quand le testeur affirme qu'il a fini de se garer.
	- Noter le temps obtenu.
	- Demander au testeur ses impressions et son avis sur cette nouvelle vue. Noter ce qu'il dit.
	- Remercier le testeur et lui indiquer la sortie.

Difficultés rencontrées

Dès le début de la phase de tests, nous avons été confrontés à un problème majeur : l'Oculus Rift fatigue les yeux très rapidement jusqu'à donner un mal de tête parfois insupportable. C'est malheureusement la raison pour laquelle un testeur n'a pas pu terminer l'évaluation de l'interaction proposée. A la suite de cet événement, nous nous sommes rendus compte que les participants ne supporteraient pas le fait de porter l'Oculus très longtemps et c'est pourquoi nous avons décidé d'écourter les séances initialement prévues. Nous avons donc dû nous contenter de données moins nombreuses pour chaque testeur.

Par ailleurs, la plupart des testeurs ont rapporté le manque de sensation, notamment la sensation de vitesse. La basse résolution offerte par l'Oculus Rift ne permet pas non plus une bonne utilisation des rétroviseurs, surtout le rétroviseur extérieur droit. Un testeur a également fait remarquer que l'appréciation des distances était parfois un peu approximative.

En résumé, le réalisme de la simulation est surtout limité par les caractéristiques de l'Oculus Rift. Mais le rajout d'une texture au sol, ou d'un son de moteur aurait également pu aider à rendre une sensation de vitesse et d'accélération.

Résultats des tests

Un premier test nous a permis de confirmer le choix du profil des testeurs. En effet, nous avons tout d'abord proposé la simulation à une personne n'ayant aucune expérience de la conduite, hormis sur jeu vidéo. Elle ne connaissait donc pas la technique employée pour la réalisation du créneau et n'a pas su réussir la manœuvre sans indications précises de notre part, que ce soit avec ou sans la vue d'oiseau.

Nous avons fait tester notre simulateur par un échantillon de 13 personnes, dont 9 conducteurs expérimentés et 4 conducteurs en apprentissage.


Utilisation du simulateur en tests


Comme on peut le remarquer sur le tableau de résultats donné en annexe, tous les testeurs excepté un ont réalisé de meilleurs temps en utilisant la vue d'oiseau que sans. Afin de certifier que cette efficacité était bien due à notre interaction et non à un apprentissage par répétition des gestes de la manœuvre, nous avons fait répéter le protocole plusieurs fois aux testeurs qui n'étaient pas trop affectés par le manque de résolution de l'Oculus Rift et nous avons fait tester le mode avec vue d'oiseau avant le mode classique à quelques testeurs. Un de ceux-ci n'a d'ailleurs pas réussi à se garer correctement sans la vue d'oiseau alors qu'il a mis 55s avec. Le testeur ayant réussi un meilleur temps sans la vue d'oiseau qu'avec a été chronométré d'abord avec la vue d'oiseau. En tenant compte de l'amélioration par apprentissage, et du faible gain entre ses deux performances, nous pouvons supposer que notre interaction par vue d'oiseau n'a pas eu d'influence sur sa conduite. Il nous a par ailleurs avoué s'en être peu servi.

Ensuite, tous s'accordent pour dire que la vue à la troisième personne qui leur était proposée était "très pratique", et permettait d'apporter "plus de précision". Cette vue d'ensemble leur permettait de mieux corriger leur manœuvre en voyant tout de suite s'ils étaient bien garés, contrairement à la vue classique qui laissait plus de doutes. Nous passions donc du "c'est bon là je crois... attends... maintenant ça doit être bon" approximatif au "c'est bon, j'ai fini" assuré. Un des testeurs a résumé la comparaison en déclarant qu'avec la vue d'oiseau, "je vois ce que je fais".

Toutefois, nous avons pu remarquer qu'une fois qu'ils avaient la possibilité d'utiliser la vue d'oiseau pour se garer, la grande majorité des testeurs ne regardait plus qu'elle et négligeait le reste. Beaucoup ne prenaient même plus la peine de tourner la tête. Un testeur a avoué qu'il en avait oublié les vérifications de sécurité habituelles. Un autre a confié qu'il ne s'était servi que de la vue d'oiseau mais qu'il aurait dû manœuvrer de façon classique et se servir de la vue d'oiseau comme vérification seulement, à l'image d'un "rétroviseur" global. Il faudrait pousser l'étude plus loin et vérifier si la vue d'oiseau focalise effectivement trop l'attention du conducteur et en observer les impacts éventuels sur le reste de la conduite.

Enfin, il est important de noter que la plupart des testeurs avaient déjà une expérience des jeux vidéo avec la vue à la troisième personne. Ils n'ont ainsi pas été gênés lors de la conduite et ont tout de suite trouvé leurs repères. On remarque cependant que les quelques personnes moins habituées à ce genre de jeu ont tout de même été plus efficaces avec la vue d'oiseau, vue qu'elles ont aussi trouvée plus confortable.

Conclusion

Malgré le manque de sensation et la résolution décevante voire maladive de l'Oculus Rift, l'engouement unanime des testeurs pour la vue d'oiseau donne un résultat positif à cette étude. Se voir à la troisième personne ne semble être ni gênant ni perturbant, et l'efficacité des conducteurs lors de la manœuvre particulièrement complexe du créneau est effectivement accrue grâce à cette interaction. Avec ces premiers retours encourageants, il serait désormais intéressant de pousser plus loin l'expérimentation et l'implémentation du système SELVES pour obtenir un prototype encore plus réaliste, avec volant à retour d'effort et pédales à embrayage, voire intégrable directement sur un véhicule réel.

Annexe

Niveau d'expérience du conducteurSans vue d'oiseauAvec vue d'oiseau
Expérimenté1 min 39 s54 s
En apprentissage2 min 55 s-
En apprentissage2 min 10 s1 min 05 s
Expérimenté35 s22 s
Expérimenté1 min 44 s51 s
Expérimenté35 s28 s
Expérimenté1 min 01 s50 s
En apprentissage1 min 05 s43 s
Expérimenté1 min 58 s46 s
Expérimenté1 min 06 s55 s
En apprentissage-55s
Expérimenté59 s40 s
Expérimenté56 s1 min 02 s
Temps d'exécution d'un créneau par les différents testeurs
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