La nécessité du mouvement pour une simulation immersive

La nécessité du mouvement pour une simulation immersive
Nous rencontrons de nombreux défis dans le domaine de la simulation automobile. Bien qu’il soit évidemment important de reconnaître les avantages clairs et nombreux de la simulation, il est également crucial de mettre en place des systèmes appropriés dans un environnement de simulation. Autrement dit, reconnaître et adapter un environnement de simulation à son cas d’utilisation est tout aussi important que de décider d’utiliser la simulation elle-même. Nous savons qu’il y a de nombreux éléments essentiels pour maximiser le réalisme et l’immersion d’un simulateur : taille de l’écran, résolution, type d’affichage, taille et forme du cockpit, composants du cockpit, et la liste est longue. Tous ces éléments jouent un rôle clé dans l’immersion, mais aujourd’hui, je voudrais me concentrer sur l’un des éléments les plus importants de la simulation : le mouvement. Le mouvement dans la simulation peut prendre de nombreuses formes et niveaux de fidélité différents, allant d’une simple rotation sur une table d’inclinaison à une exposition continue aux forces G simulées avec de grands systèmes de rails x-y. Tout d’abord, examinons comment le niveau de fidélité du mouvement en simulation est mesuré. Les Degrés de Liberté, couramment abrégés en DoF, sont une mesure de l’état de position d’un système, suivant les paramètres prédéfinis suivants :

– Roll (roulis) : inclinaison à gauche et à droite du système
– Pitch (tangage) : inclinaison vers l’avant et vers l’arrière du système
– Yaw (lacet) : rotation ou tournement du système
– Heave (mouvement vertical) : mouvement d’élévation du système
– Sway (balancement) : mouvement à gauche et à droite du système
– Surge (propulsion) : mouvement vers l’avant et vers l’arrière du système

Les degrés de liberté principaux utilisés en simulation.

Les actionneurs sur chaque roue de ce cockpit fournissent le mouvement pour le roulis, le tangage et le mouvement vertical.

Un système à 3 DoF (Degrés de Liberté) offre un mouvement suffisant pour atteindre une immersion adéquate, surtout lorsqu’il est associé à une cabine complète comme cockpit. Cependant, selon le cas d’utilisation, des systèmes beaucoup plus avancés peuvent être nécessaires pour offrir un nombre plus élevé de DoF et, par conséquent, une meilleure immersion. Par exemple, pour un laboratoire réalisant des simulations pour la conduite autonome, les systèmes d’assistance à la conduite avancée ou les études sur les facteurs humains, un système à 6 DoF pourrait être plus approprié. En général, les 6 DoF comprennent le roulis, le tangage et le mouvement vertical, auxquels s’ajoutent le lacet, le balancement et la propulsion. Cela peut généralement être réalisé avec un système de mouvement utilisant plusieurs actionneurs alignés en diagonale.

Le « hexapode », comme le montre l’image, est une configuration courante d’actionneurs utilisée pour obtenir un système à 6 DoF.

Bien que les systèmes à 6 DoF soient généralement un peu plus chers que leurs homologues à 3 DoF, ils offrent des sensations cruciales telles que le virage, l’accélération et le freinage. Ces sensations sont particulièrement importantes pour l’immersion, notamment lorsqu’il s’agit d’accélérer et de s’arrêter dans une simulation.
Encore plus avancés, nous avons les systèmes à 7 DoF. Ceux-ci sont très similaires aux systèmes à 6 DoF, mais avec l’ajout d’une table rotative, communément appelée table de lacet (Yaw table). Bien que les systèmes hexapodes à 6 DoF puissent fournir un certain degré de lacet, une table dédiée permet un lacet continu. De plus, une table dédiée signifie que le lacet peut être simulé sans utiliser les ressources des autres actionneurs ; ces derniers peuvent continuer à fournir des mouvements pour les autres degrés de liberté pendant que la table de lacet se concentre sur la rotation.

La table de lacet, comme le montre l’image, est souvent placée sous les actionneurs, permettant la rotation de l’ensemble du système.

Enfin, pour les simulations les plus avancées, au sommet de la technologie de simulation, il y a les systèmes à 7+ DoF. Les plus courants parmi ces systèmes sont appelés 9 DoF, car ils ajoutent des rails x-y, des rails mécaniques à grande échelle au sol le long desquels l’ensemble de la cabine peut se déplacer librement. Ces rails augmentent la fidélité du balancement et de la propulsion, permettant des mouvements continus vers l’avant, vers l’arrière, latéraux et diagonaux à des forces pouvant dépasser 1 G.

Le SimELITE d’AVSimulation présenté avec un système complet à 9 DoF.

Tous ces systèmes complexes et sophistiqués semblent impressionnants, n’est-ce pas ? Mais la vérité est qu’ils ne valent rien s’ils ne sont pas correctement configurés. Cela nous amène à l’étape suivante pour garantir l’immersion dans un simulateur : le réglage du mouvement. En résumé, le réglage du mouvement est défini comme le processus de traduction des mouvements d’un véhicule réel en mouvements à interpréter puis à restituer par le système de mouvement. Cela signifie que tous les mouvements attendus par le conducteur pendant une simulation doivent être ressentis, dans la mesure du possible et en fonction des capacités du simulateur, pendant la simulation. Cela peut être réalisé de différentes manières lors de la configuration d’un simulateur, que ce soit manuellement, en utilisant une stratégie de réglage fournie par le logiciel de simulation, ou une combinaison des deux. Il est impératif que le réglage soit effectué par un expert expérimenté dans le domaine du mouvement, de préférence ayant une expérience avec le même type de simulateur à intégrer. C’est un processus très précis qui nécessite un savoir-faire complet pour être réalisé correctement. Un diagramme montrant les limites d’un système de mouvement imposées par l’algorithme de réglage du mouvement.

Paramètres de réglage du mouvement tels que vus dans SCANeR. Notez les options pour les stratégies prédéfinies ainsi que les valeurs personnalisées. Vous pourriez vous demander : « Que se passe-t-il si je ne fais pas appel à un expert pour configurer les paramètres de mouvement ? Ce n’est pas si important, n’est-ce pas ? » Cela nous amène à notre dernier sujet : la Maladie de Simulation. Parfois appelée SSS (Simulator Sickness Syndrome), il s’agit d’une sensation de malaise ou de nausée qui peut survenir lorsque les sensations physiques du corps ne correspondent pas à ce que les yeux perçoivent. Dans le monde réel, c’est un phénomène courant lorsqu’on voyage en voiture, en bateau ou en avion, et il est connu sous le nom de mal des transports. Dans le monde de la simulation, ce malaise peut se produire assez facilement si le conducteur s’attend à une certaine sensation en fonction de ce qu’il voit, mais ne la ressent pas. Un déclencheur courant de la maladie de simulation est le freinage. Il est tout à fait naturel pour un conducteur de s’attendre à être projeté en avant lors d’un freinage. Lorsque cette sensation n’est pas ressentie dans une simulation, elle peut provoquer rapidement des nausées. Les virages importants sans aucune sensation de lacet ou les sensations inappropriées lors de l’accélération sont également des déclencheurs fréquents.

Écrit par Terry Vanbaalen.