Essais & Simulations n°116

Essais

Essais et Modelisation qui calculent en temps réel la position de la tête et de la main de l'opérateur (voire de toutes les parties de son corps). Par le biais de ces technologies, l'utilisateur est immergé dans un environnement synthétique avec lequel il peut interagir grâce au tracking de ses actions. Les concepts autour de la réalité virtuelle sont apparus dans les années 70. Les premiers prototypes de systèmes de réalité virtuelle dans les années 80 et au début des années 90 manquaient de puissance pour permettre de faire tourner des applications intéressantes. Avec l'augmentation de la puissance de calcul et la miniaturisation, la réalité virtuelle a connu un regain d'intérêt à la fin des années 90 et au début des années 2000. Les premières solutions industrielles sont apparues pendant la première décennie du XXIe siècle, et elles ont permis aux industriels de valider les gains de productivité que pouvait engendrer la réalité virtuelle. Aujourd'hui, la réalité virtuelle est une technologie mature et opérationnelle chez les principaux industriels de l'automobile et de l'aéronautique. Elle trouve également des champs d'applications dans le développement de systèmes complexes et/ou dangereux, pour lesquels il est difficile de réaliser des prototypes physiques. est utilisée pour l'ingénierie, le ‘manufacturing’ ou fabrication virtuelle, les simulations de maintenance et la présentation virtuelle de produits. En quoi répond-elle aux attentes des industriels en matière de simulation ? Qu'apporte-t-elle aux outils de simulation "classiques" ? La réalité virtuelle permet de visualiser des modèles et des systèmes complexes de manière intuitive à l'échelle 1. Elle fournit les moyens, à plusieurs utilisateurs, d'interagir et de naviguer dans et autour de ces modèles et systèmes, afin d'en comprendre la structure et le fonctionnement. Elle favorise ainsi une meilleure compréhension de ceuxci et ce dès le tout début du cycle de développement du produit, avant même qu’un prototype physique ne soit encore disponible. Quand la réalité virtuelle est-elle apparue et quelle place prendelle aujourd'hui ? Et demain ? Avec la baisse des coûts du hardware et la miniaturisation, on peut imaginer que la réalité virtuelle devienne accessible à tous. Elle devrait également se rapprocher de la réalité augmentée pour que les prototypes virtuels puissent être mis en situation dans le contexte final du produit. Par exemple, si l’on étudie et valide une stratégie de montage ou d’assemblage de composants pour un moteur, la réalité augmentée pourra compléter la réalité virtuelle, en permettant de recaler cette stratégie sur le moteur réel, tel qu’il sera assemblé, pour accompagner l’opérateur final lors du montage. Enfin, avec l'augmentation de la puissance de calcul, il deviendra possible de simuler avec encore plus de réalisme, en temps réel, des modèles et des systèmes de plus en plus complexes. Quels sont les domaines d'applications de la réalité virtuelle? La réalité virtuelle est utilisée dans de très nombreux domaines, des neurosciences à l'ingénierie en passant par l'art, la psychologie et la formation. Dans un contexte industriel, elle « On peut imaginer que la réalité virtuelle devienne accessible à tous Tangi Meyer (ESI France) » La réalité virtuelle répond au besoin des industriels pour simuler leurs produits au plus tôt dans leur cycle de conception, leur permettant ainsi d’identifier d’éventuelles erreurs lorsqu’elles peuvent être corrigées à moindre coût. Elle permet des simulations réalistes qui évitent d'avoir à réaliser des prototypes/maquettes physiques qui sont coûteux à réaliser et qui sont bien souvent obsolètes au moment où ils sont exploitables. Dans quels secteurs précisément la trouve-t-on et pour quelles opérations? Automobile, aéronautique et espace, mais aussi énergie, lignes de production, machines/système complexes… l’utilisation de réalité virtuelle prend progressivement sa place dans les processus d’innovation, tous secteurs confondus. Quels sont les grands défis (à la fois techniques et applicatifs/ marchés) de la réalité virtuelle de demain ? Un premier grand défi concerne le matériel qui doit continuer à s’améliorer en qualité (notamment pour Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 36

Essais et Modelisation l’affichage: résolution, fréquence d’affichage, et pour le tracking : précision) tout en étant de moins en moins invasif afin de ne pas perturber la perception et donc l’immersion de l’utilisateur. Un second défi concerne l’extension de la réalité virtuelle aux autres modalités sensorielles via par exemple les systèmes de type retour tactile et/ou haptique qui augmenteront le réalisme de la simulation pour les utilisateurs. De la même manière, les retours auditifs et olfactifs doivent encore être améliorés. Enfin, un troisième défi sera d’adresser des besoins de simulation de plus en plus complexes sur le plan de la physique (fluides, multi-physique) tout en restant interactif et temps-réel. >> Antoine Langlois, French Technical Manager chez MSC Software Verbatim « La technologie de simulation en 3D est très ancienne. Il y a déjà quarante ans, les possibilités de résolution de problèmes 3D entraient dans le domaine du possible d’un point de vue mathématique. Mais les simulations 3D ne pouvaient pas être mis réellement en œuvre pour deux raisons principales. D'une part, la capacité des machines ne donnait pas la possibilité de résoudre des problèmes de grandes dimensions (en 3D notamment) par la simulation numérique. Il était nécessaire, au préalable, de simplifier les modélisations en « idéalisant » les problèmes et en les transformant en modèles simples 1D tout d’abord, puis en 2D. D'autre part, les structures étaient conçues sur des plans en papier et rendaient extrêmement compliquée la réalisation de simulations numériques 3D à partir de ces plans. Les logiciels de CAO 3D ont commencé à être suffisamment performants et exploitables par les outils de simulation depuis seulement vingt-cinq ans. « Puis, ces dix dernières années, les capacités des ordinateurs en termes de mémoire et de performance ont littéralement explosé. Celles-ci permettent aujourd’hui d’appréhender des simulations numériques complexes avec plusieurs millions de degrés de liberté. En parallèle, les outils de CAO sont désormais capables de gérer des géométries 3D et des mécanismes complexes dans des formats numériques exploitables par les outils de simulation. Grâce à ces progrès, il est actuellement possible de réaliser des opérations de simulation 3D «Aujourd’hui, les capacités des ordinateurs continuent d’évoluer à une vitesse vertigineuse Antoine Langlois (MSC Software) » plus performantes à partir de définitions géométriques 3D précises et directement exploitables. À ce jour, il reste cependant nécessaire dans la plupart des cas de simplifier cette géométrie 3D et de l’idéaliser en partie afin de réaliser des simulations numériques. « Aujourd’hui, les capacités des ordinateurs continuent d’évoluer à une vitesse vertigineuse. Et l’on peut certainement imaginer que dans les années à venir nous continuerons à augmenter la taille des modèles de simulation numérique que l’on peut traiter et réduire encore considérablement les étapes de simplification entre la CAO et la simulation numérique. En parallèle, la complexité et la finesse des problèmes numériques 3D que la simulation numérique est en mesure de traiter a elle aussi Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 37