Temps réel – aspects, enjeux

Temps réel – aspects, enjeux, développements

Définitions :

La définition du temps réel n’est pas unique, mais disons qu’elle établie un lien entre une tâche à accomplir et les performances de l’ensemble données/logiciel(s)/matériel(s) permettant d’obtenir les résultats attendus sans latence perceptible.

Par exemple, si l’on souhaite retrouver à l’écran l’illusion d’un déplacement commandé par un utilisateur, le calcul de la position de l’utilisateur dans l’espace virtuel devra se faire 25 fois par seconde pour un affichage correspondant au rafraichissement habituel d’une image vidéo. Plus lentement, l’utilisateur aura une impression de saccade, plus rapidement, le gain de fluidité ne sera pas perçu. Cela correspond à l’utilisation d’un jeu vidéo.

Autre exemple, on souhaite vérifier comment s’écoule de l’eau dans une canalisation, la simulation physique produit des résultats tels que le phénomène semble se dérouler devant les yeux de l’observateur.

Le temps réel implique donc que les actions commandées à l’ordinateur semblent se dérouler telles qu’elles sont observées dans la vie réelle. Les temps de calculs, d’enregistrement deviennent invisibles, ce qui permet une réelle interaction avec les outils et une possible immersion dans le monde virtuel.

Le temps réel est souvent assimilé (et parfois confondu) avec la notion de réalité virtuelle. De fait les notions sont liées mais dépendantes l’une de l’autre : pour qu’il y ait réalité virtuelle, il faut que la restitution cette « réalité simulée » se fasse sans délai et donc, en temps réel.

Le temps réel toutefois est plus large et déborde le simple cadre de la réalité virtuelle : le calcul de phénomènes physiques, la prise d’empreintes, la présentation de produits sont autant d’application ne nécessitant pas de se « plonger » dans une réalité virtuelle.

Applications

Les applications liées au temps réel sont déjà très nombreuses et vont peu à peu contaminer tout notre espace de vie. Ainsi, tout les temps d’attente liés à la constitution des données, à leur mise en forme puis à leur transfert vont de plus en plus se compresser. Déjà, à l’heure actuelle, la moindre attende semble insupportable. Les avancées technologiques futures les feront peu à peu disparaitre ; nous serons dès lors bien dans le temps réel.

Pour lister les différents exemples d’applications, il est possible de les organiser par besoins, mais une organisation par supports, par outils, par techniques ou par sociétés pourrait tout autant convenir.
Concevoir

Les utilisations premières du temps réel viennent du milieu industriel. Evoquer l’ensemble des usages concernés serait pratiquement recenser les grandes activités industrielles et techniques de notre société. Il est toutefois possible de rappeler les différentes échelles concernées.

Tout d’abord l’échelle de l’objet avec l’aide à la création dans le domaine du design dans le traitement de l’ergonomie, de la qualité visuelle et la durabilité. Il y a ensuite tout ce qui concerne la construction, usines, bâtiments, installations techniques avec le traitement des questions constructives, (structure, stabilité) mais également des questions normatives, liées au confort et à la qualité des espaces.

Il y a également à beaucoup plus grande échelle, la question du territoire. Les aménagements routiers, ferroviaires font un grand usage désormais de visites virtuelles, de projections d’aménagements dans le temps, remise en culture, préservations écologiques etc….

Le temps réel s’inscrit également dans de nouvelles démarches de conception liées à deux approches différentes mais souvent liées : la conception inverse : partir du résultat et produire les conditions qui les produisent (à l’heure actuelle, nous sommes dans des processus essais/erreurs) et la conception déclarative, qui consiste en l’utilisation du langage naturel pour concevoir des formes, des environnements ou des contraintes. Bien couvent présentes dans les films de sciences fiction, ces formes de conception sont bel et bien sur les consoles des chercheurs dans les labos de recherche.

Vérifier – simuler

La vérification des processus et des propositions sont là encore historiques. Ce thème concerne tous les domaines, ils sont la vérification des calculs de structure, l’écoulement des vents autour des ponts par exemple, le déplacement des flux (piétons, véhicules privés, bus) dans une ville, on peut aussi évoquer la météo, le trafic aérien…

La liste ne serait jamais complète. On peut néanmoins évoquer quelques applications nouvelles et inattendues. Les reconstitutions de scènes de crime par exemple. Afin de comprendre le déroulement du drame, les positions de chacune des personnes présentes, les trajectoires balistiques, on fait appel à des reconstitutions virtuelles que l’on doit pouvoir interroger en temps réel. A la demande des assurances, on va retrouver les mêmes demandes pour les accidents de la circulation.

Dans l’industrie automobile, on a depuis longtemps adopté la réalité virtuelle pour tester l’ergonomie des différentes étapes de fabrication d’un véhicule, mais aussi et surtout pour former les ouvriers à intervenir, réparer les véhicules. On vérifie dès lors que toutes les pièces sont accessibles, le mécanicien apprend les gestes. Dans un domaine tout autre, celui de la médecine, les apprentis chirurgiens s’entrainent également sur des maquettes virtuelles, répondant en temps réel aux sollicitations des futurs médecins.

Globalement, les applications liées à la simulation se développent depuis le pilotage de véhicules en passant par le comportement en milieu hostile jusqu’aux thématiques liées à l’aérospatiale ou à la nanotechnologie. Il s’agit dès lors d’offrir à l’humain des changements d’échelles (dans ces gestes, être infiniment précis ou dans sa force, déployer de la puissance, en relai d’une machine).

Visualiser – présenter -communiquer

La demande en visualisation va croissante, le commerce sur internet se développant de plus en plus et de mieux en mieux. Déjà aujourd’hui, les petits objets usuels, téléphones, lecteurs MP3, cameras, chaussures, sont présentés en 3D. L’utilisateur manipule l’objet à sa guise, le démonte parfois, va le personnaliser en en changeant la couleur ou en lui ajoutant des fonctions.

Cette présentation se propage aux logements. Des agences immobilières proposent déjà des visites temps réel de maisons ou d’appartements à vendre, dans le domaine de la location, cela concerne autant le marché de l’habitation principale que du logement de vacances. Là encore, le tourisme se développant de façon exponentielle dans les années à venir (avec l’accroissement du tourisme des chinois et des russes entre autres), les demandes de prévisualisation des lieux d’hébergement, de visites et de restauration vont s’amplifier.

Les manœuvres de Google dans ce domaine sont éloquentes.

Gérer – contrôler – surveiller

La télésurveillance des installations est également un domaine en plein extension. Ce que le cinéma nous présente, avec des vues informatiques des bâtiments reliés à des systèmes de contrôle existe bien évidement. Là encore la demande en temps réel est évidente et immédiate. Il s’agit de gérer les entrées/sorties, identifier les usagers (et les intrus), surveiller les allées et venues.

Les applications ne recouvrent pas forcément le « flicages » des citoyens et leur traçabilité. Elles peuvent toucher également le domaine de la médecine de l’assistance médicale. SFR a ainsi mit en place un système de « surveillance/assistance » destiné aux cardiaques ou aux diabétiques. Via le téléphone, et en temps réel bien évidement, un médecin est alerté d’un malaise et peut déclencher la réponse adaptée.

Plus loin, dans des pays dont l’infrastructure est moins développée qu’en Europe, des projets de surveillance médicale à distance sont en études avancées. Un exemple : une femme a une grossesse à risque mais habite dans un village lointain, un pré-diagnostic est réalisé à distance et en temps réel afin de connaitre la situation, puis une décision est prise de la conduire au centre médical ou de lui prodiguer des soins à distance. Là encore, une visualisation virtuelle permet au médecin et au patient d’obtenir un niveau d’information conséquent.

Toujours dans les pays émergeants, il existe lors des transferts de technologie, des phases de prise de main à distance, de pilotage ou co-pilotage d’installations, de systèmes, d’opérations.

Apprendre – jouer- se détendre

L’apprentissage et le jeu sont les deux formes les plus connues et naturelles de l’utilisation du temps réel. Que ce soit pour les langues vivantes (avec retour critique concernant la prononciation) que les programmes ludiques de stratégie, de gestion ou de combat à la première personne, les jeux sont par essence, par définition, les parangons du temps réel. L’industrie informatique a été poussée, motivée, stimulée par le monde du jeu et ses exigences en termes de rapidité de réponse, qualité de rendu, d’interactivité.

Au-delà de l’aspect ludique, les jeux vidéo offrent la possibilité de les détourner de leur vocation première pour offrir des services aux milieux du cinéma ou des visites virtuelles lors d’utilisations sérieuses ou ludiques. Les jeux vidéo présentent assez précisément le futur aspect de nos outils pour les années à venir.

La musique

La MAO, Musique Assistée par Ordinateur porte également de grands enjeux liés au temps réel. Comme pour l’imagerie, le besoin de restitution immédiate est inhérent à la discipline elle-même. Si l’on peut encore accepter de petites dégradations dans la restitution d’une image ou dans le traitement d’une opération, il est inenvisageable de ne pas avoir un retour immédiat lors du jeu instrumental.

Le cas particulier du cinéma

Le cinéma, fait également un usage abondant du temps réel, bien que ce ne soit pas toujours évident à première vue. Une des premières révolutions du temps réel dans le cinéma a concerné le montage. On passant des bans de montage traditionnels aux consoles informatisées, il a été possible de monter « en temps réel » avec de plus le confort de n’avoir pas à dégrader le support initial. Cet aspect est tellement naturel désormais, tout ordinateur possède en effet son ban de montage temps réel, que cet aspect est parfois oublié.

Les autres aspects concernent la préparation du tournage avec la réalisation des animatiques et des préparations de plateau puis de la gestion des effets spéciaux. La prévisualisation des films sous forme d’animatique devient une quasi norme dans le cinéma à gros budget. Les jeunes réalisateurs l’utilisent pour convaincre les producteurs, les artistes expérimentés y ont recours pour préparer et budgéter très précisément leur tournage. Des cours de cinéma sont dispensés sous cette forme (Hollywood Camera Works).

Le monde de l’animation a également abondement recours au temps réel. On le va retrouver dans deux rubriques principalement, la capture de mouvement et la gestion d’agent Intelligents (intelligence artificielle). Dans le premier cas, des acteurs enfilent un costume équipés de capteurs et jouent la scène. Des procédés d’enregistrement des mouvements (variant selon les techniques et les moyens des productions) reportent sur des squelettes virtuels les moindres actions. La base est ensuite exploitée dans une chaine graphique.

Les agents intelligents forment une autre mini révolution dont on a vu les spectaculaires effets dans le « Seigneur des Anneaux ». Ici, les personnages virtuels ne sont pas animés. Ils possèdent un certain nombre de comportements qu’ils vont déployés en fonction des stimulations provoquées par le réalisateur : fuir, se battre, trouver un chemin … Cette technique qui tend à se rependre très fortement (au dépend des figurants) s’applique maintenant aux animaux, aux véhicules et même aux végétaux.

Les effets spéciaux numériques ont maintenant aussi recours au temps réel. Le tournage sur fond bleu (ou vert) ne permet ni au réalisateur, ni aux acteurs de visualiser avec précision ce que sera l’image finale. Depuis « AI » de Spielberg, il est possible de faire apparaitre sur le plateau les créatures et décors virtuels qui peupleront le film.

Les outils

Lorsque l’on parle du temps réel, on se pose la question des outils. Ces outils se répartissent globalement selon deux catégories : les outils de saisie et les outils de restitution. Ce qu’ils ont en commun, c’est l’ordinateur qui va, dans la plupart des cas, les piloter.

Les outils de saisie

Dans le domaine de la création, le temps réel ne tire sont avantage que si l’on possède des outils permettant de transmettre le plus rapidement possible et le plus précisément possible les ordres ou gestes à la machines. La souris, la tablette graphique sont les outils les plus fréquents. Leur qualité (en particulier pour la tablette graphique) peut rendre l’exercice soit formidablement naturel s’ils répondent instantanément, soit horripilant s’il existe un temps de latence. Le monde la musique évoquée plus haut a mis au point des outils de saisie particulièrement efficaces (pour les instruments numériques : piano, batterie, etc.) et pour le traitement du signal avec des cartes dédiées.
Des périphériques spécialisés existent en plus de la souris et de la tablette : les gants de saisie, les bras à retour de force, les scanners 3D offrant à l’utilisateur la sensation de manipuler, en temps réel, des objets ayant une réelle consistance. La sculpture virtuelle (très utilisée au cinéma) reproduit ainsi les sensations de la pratique réelle de cet art. Il en va de même pour le dessin, le mouvement, la danse, la musique…

Les outils de restitution

Les outils de restitution sont dans un premier temps les écrans, dont la taille et la qualité favorise plus ou moins l’immersion et l’interaction. Ils sont aussi les vidéoprojecteurs les lunettes pour voir en relief.

Mais ce n’est pas tout ; dans un monde ou nous nous équipons de plus en plus d’objets nomades, les applications du temps réel s’installent sur les baladeurs, sur les téléphones portables, les GPS et autres consoles. Par l’intermédiaire des satellites et du WIFI, des informations en 2D et 3D sont envoyées en temps réel aux usagers les guidant, les commandant, les informant ou les distrayant. Des enjeux économiques très importants agitent ces domaines.
Autres outils de restitutions, plus invisibles concernent par exemple la domotique et le pilotage, via des boitiers de commande ou souvent son propre téléphone, de la maison, chauffage, lancement du café, ou de la bonne qui convient lors d’un rendez-vous galant !

Les logiciels

Ces outils possèdent une couche logicielle qui peut être soit incluse (c’est le cas des téléphones portables) et parfois complètement attachée à l’appareil jusqu’à tisser des liaisons indissociables entre le matériel (hardware) et le logiciel (software) ou faire fonction des appareils compatibles ; c’est le cas des ordinateurs, des PDA par exemple. Il est évident que dans la crainte du piratage ou du détournement de technologie, les solutions fusionnant le matériel et le logiciel (comme les consoles de jeu vidéo par exemple) sont étudiées avec soin.

Les logiciels sont utilisés lors de la création des données. L’offre est ici large et spécialisée selon les domaines d’applications. Les gammes de prix sont également larges.

Le support socio-économique

Les réseaux entreprises

La région des Pays de la Loire se présente comme une zone très fortement porteuse pour le domaine de la réalité virtuelle et du temps réel. L’Atlanpôle par le moyen de son incubateur accueille de nombreuses entreprises liées au sujet. Ces entreprises se présentent soit comme prestataires de service, soit comme fournisseur ou concepteur de solutions logicielles ou matérielles soit comme passerelles entre une demande non réalisées et une offre cherchant des applications. Le pôle de compétitivité « Pôle Images et Réseaux » se structure en cluster, fédéralise les entreprises afin de constituer une force de frappe importante.

La ville de Laval, historiquement marquée comme point central du monde la réalité virtuelle abrite également de nombreuses entreprises en son pôle technologique.

La présence de grandes entreprises telles que France Télécom, SFR ou Aérospatial, traditionnellement très attentives aux problématiques de temps réel est un signe du dynamisme de la région en ce domaine.

Les réseaux recherches

Les pôles technologiques et les incubateurs d’entreprises sont adossés à des universités et des laboratoires de recherche. Ainsi un réseau important de chercheurs localisés dans les Ecoles des Mines et Centrale, à polytechnique aux Universités de Nantes et Angers alimentent les questionnements et produisent des outils logiciels ou matériels très rapidement reversés dans les applications industrielles.

Le CHU est également concerné pour ce qui touche à l’imagerie médicale.

Les points de formation

La formation des professionnels du temps réel se fait en plusieurs points. Les grandes écoles forment des ingénieurs très pointus et spécialisés dans le développement des outils. L’Ecole de Design forme des étudiants à un niveau important, master, en relation directe avec leur formation initiale. Le master spécialisé de Laval forme des spécialistes en réalité virtuelle, au niveau Master également, en lien avec l’université du Maine (Angers).
Angoulême porte une section jeux vidéo, en lien avec le temps réel, mais vraiment dédiée jeux.
Il existe donc une vacance sur une offre dédiée au temps réel portée moins par une offre technique ou techniciste qu’artistique.

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