La réalité virtuelle et augmentée pour l’apprentissage

Un peu d’histoire

L’apparition de la réalité virtuelle remonte aux années 1960-1970. L’intérêt de la réalité virtuelle dans le secteur de l’éducation et de la formation n’est plus à démontrer. Permettre à des apprenant∙e∙s de s’entraîner pour différentes activités : piloter un avion ou tout autre type de véhicule, réaliser une opération chirurgicale ou explorer notre système solaire. Un des intérêts de la réalité virtuelle dans le domaine de la formation est de permettre d’immerger l’apprenant∙e dans un environnement virtuel qui soit suffisamment crédible et réaliste pour lui permettre de s’entraîner dans des conditions suffisamment proches du réel. Ces conditions sont particulièrement intéressantes pour des activités pour lesquelles un environnement d’entraînement réel serait trop coûteux ou trop dangereux. La réalité virtuelle est beaucoup utilisé pour l’entraînement des pilotes (civils ou militaires). Il est moins grave et couteux de crasher un avion sur un simulateur plutôt qu’un « vrai ». Cependant, pendant longtemps, les équipements nécessaires à mettre en œuvre la réalité virtuelle sont restés hors de prix et complexes d’utilisation pour pouvoir se généraliser.

La réalité virtuelle se démocratise

Récemment différents équipements simples, mais relativement bon marché et robustes ont permis d’envisager une utilisation bien plus large dans le secteur de l’éducation. La wiimote en est un exemple caractéristique : il permet la capture du mouvement de l’utilisateur, l’interaction avec l’écran et une forme de retour de force avec le vibreur.

Les casques d’immersion basés sur les smartphones

Les derniers équipements de réalité virtuelle en vogue sont les casques ou lunettes d’immersion 3D, parmi lesquelles on trouve une curiosité : le Google cardboard. L’idée est simple et très bon marché (sous réserve d’avoir un smartphone). L’idée forte est d’utiliser un smartphone comme appareil de projection et système de suivi des mouvements de la personne utilisatrice. La cardboard sert simplement à  maintenir le smartphone devant ses yeux et de lui présenter l’affichage de façon appropriée pour qu’elle ait la sensation d’immersion 3D. Le système est construit en carton, à l’exception de quelques pièces complémentaires comme des lentilles.

Il existe des versions déjà prête comme celui proposé par Homido qui fournit un casque en plastiques ressemblant à des lunettes de skis dans lequel il suffit de glisser un smartphone pour voir un casque d’immersion virtuelle fonctionnel. Le prix est plus élevé mais reste bon marché et plus robuste. Il existe enfin des casques comme l’Oculus Rift qui offrent un système de meilleure qualité, à un prix bien plus élevé mais qui ne reposent plus sur le smartphone.

La version mini de ce casque se limite à une paire de lentille qui peut se fixer au smartphone et propose une expérience moins immersive, mais à un coût bien plus accessible.

Le principe de l’immersion 3D est simple : il suffit d’afficher devant chacun des yeux une photo différente. La scène présentée dans chacune des deux photos est la même, mais elle est prise de deux points de vue différents, comme si elle était vue depuis chacun des deux yeux. Il existe actuellement des caméras qui disposent de deux objectifs qui prennent simultanément deux vidéos de la même scène. Dans le domaine virtuel, il suffit de définir deux caméras virtuelles et de calculer deux images pour chaque scène. L’écartement entre les deux objectifs correspond à celui de deux yeux humains.

Pour restituer la troisième dimension, il faut pouvoir projeter à la personne utilisatrice l’image qui correspond à l’œil gauche sur son œil gauche et celle qui correspond à l’œil droit sur son œil droit. C’est là qu’interviennent le smartphone et le logiciel qui gère l’affichage. Il partage l’écran du smartphone en deux et affiche côte à côte chacune des deux images décalées. Le système de lentilles du cardboard permet ensuite de projeter chaque image sur l’œil concerné (tout en le cachant pour l’autre œil). Le système visuel humain est ensuite capable à partir de ces deux photos de reconstruire l’information de profondeur et de donner la sensation d’être dans un environnement tridimensionnel. Le smartphone est équipé d’accéléromètres, gyromètres et magnétomètres qui permettent de capturer les mouvements de la tête ainsi que les déplacements de l’utilisateur ou l’utilisatrice. Il est alors possible de changer le point de vue de la scène de façon cohérente avec les mouvements du sujet, ce qui complète la vue 3D et lui donne une sensation complète d’immersion. Certains mouvements de la tête (tourner la tête brusquement vers la gauche ou la droite par exemple) peuvent aussi être interprétés comme des instructions permettant d’interagir avec l’environnement.

Plusieurs applications de réalité virtuelle 3D pour smartphone sont proposées. La principale est la Google carboard qui gère l’affichage immersif 3D, propose quelques applications de test et permet d’explorer et télécharger des applications spécialisées pour l’utilisation du cardboard.

Les usages éducatifs

Ce type d’équipement restera limité à certains usages très précis. Mais il n’en reste pas moins qu’on peut imaginer des applications particulièrement enrichissantes.

Visites de sites : combinés à un drone équipé d’une caméra à double objectif, on imagine facilement des visites de sites qui ne seraient pas réalisables sur place en proposant des vues depuis des altitudes inatteignables en temps normal.

Exploration spatiale : déjà mis en place dans les planétariums, ces environnements 3D on pour but de visualiser la lune, mars, notre système solaire ou plus loin dans notre univers. Notons qu’il existe également de tels environnements pour visualiser notre planète et ses phénomènes sismiques, météorologiques, etc.

Formation médicale : en médecine, la visualisation 3D est utilisée pour permettre aux étudiant∙e∙s d’explorer le corps humain : le squelette, les organes (cœur, poumon, cerveau, etc.). Plus généralement, la visualisation 3D est utilisée dans d’autres domaines scientifiques tels que la biologie, la physique ou la chimie.

On voit que les équipements de réalité virtuelle et augmentée peuvent entrer dans les classes. Il reste cependant une étape à franchir pour en généraliser l’utilisation dans des contextes pédagogiques: la production de contenus. Celle-ci reste encore relativement complexe, même si quelques applications comme l’application appareil photo de Google qui permet de réaliser des photo sphères ou photos immersives à 360 degrés; ou l’application Carboard Camera qui permet de réaliser des photos panoramiques 3D.

Pour terminer, une intervention plus générale sur les usages actuels et futurs de la Réalité Virtuelle en classe:

Ce billet a été rédigé à quatre mains avec la contribution de Patrick Roth.