Outils optiques et logiciels pour la conception d’un nouvel écran 3D transparent.

Abstract

Nous vivons une époque exaltante où de nouveaux types d'écrans sont rendus possibles, et la communauté scientifique s'emploie à améliorer l'expérience utilisateur. Nous vivons notamment l'émergence d'écrans courbés, volumétriques, autostéréoscopiques, transparents ou même portés sur la tête, avec des capteurs et algorithmes de plus en plus complexes permettant des interactions toujours plus riches.Cette thèse vise à contribuer à la création de ces nouveaux types d'afficheurs. À travers trois projets concrets, nous associons l'optique et l'informatique pour répondre à des problématiques spécifiques, avec l'objectif final de créer un nouveau type d'écran 3D. Chacun de ces projets a mené au développement de prototypes basés sur l'utilisation de picoprojecteurs laser, de caméras, d'éléments optiques et de logiciels dédiés.Dans un premier projet, nous avons étudié les écrans sphériques : ceux-ci sont plus adaptés que les écrans classiques pour visualiser des données sphériques, cependant les solutions existantes sont onéreuses et difficiles à mettre en place. Nous proposons une méthode pour concevoir un écran sphérique tactile à moindre coût en utilisant seulement des optiques commerciales et peu onéreuses ainsi que des éléments créés par impression 3D, dans le but de rendre ces écrans plus accessibles et reproductibles. Notre solution utilise un picoprojecteur laser associé à un système optique permettant de projeter une image nette sur toute la sphère. L'aspect tactile est réalisé par suivi optique de doigts dans l'infrarouge et nous avons développé un logiciel permettant de gérer l'affichage et l'interaction. Nous compensons l'utilisation de matériel peu coûteux par des calibrations et des corrections logicielles.Nous avons ensuite largement étudié la technologie des guides "wedges" (en forme de "cale"), qui sont devenus des éléments essentiels du reste de la thèse. Les guides wedges ont été initialement développés pour des systèmes de projection plats, mais dans ce projet nous les utilisons dans un contexte d'acquisition. La problématique est la suivante : dans certaines configurations, une zone d'intérêt peut être difficile à imager avec une caméra standard à cause du manque d'espace en face de celle-ci. Nous proposons d'utiliser un guide wedge et un film prismatique afin de replier la distance nécessaire. Nous avons étudié et validé différentes applications dans le domaine spécifique de l'archéologie.Les compétences que nous avons développées au cours de ces deux projets nous ont permis d'imaginer et de concevoir un nouvel écran autostéréoscopique transparent. Un tel écran peut être vu comme une vitre permettant d'ajouter au monde réel des information 3D dépendantes du point de vue, et cela sans avoir besoin de porter de lunettes ou de casques. Le principe est d'utiliser un guide wedge avec des picoprojecteurs laser générant chacun un point de vue différent. Les points de vues sont répartis en face de l'écran par un élément optique holographique que nous avons spécialement conçu. Ce nouvel écran ouvre le champ à de nombreuses applications en réalité augmentée.