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VIKI : plateforme de simulation multi-physique interactive, en réalité virtuelle et réalité étendue

#3D #jumeau numérique #réalité mixte #réalité virtuelle

La plateforme de simulation multi-physique interactive VIKI du CEA-List aide ses partenaires industriels à lever des verrous technologiques et à créer ou valider de nouveaux concepts, à l’aide de simulations en réalité virtuelle ou en réalité mixte / étendue (XR, ou eXtended Reality).

Des moyens d’exception

Un parc multi-équipements pour l’immersion et l’interaction en VR/XR

La plateforme VIKI est dotée d’un parc d’équipements unique en France, regroupant :

  • Un environnement immersif à cinq faces, de 18 m3, haute résolution, avec des projecteurs laser.
  • Un système immersif biface (mur et sol).
  • Un environnement XR collaboratif de 50m², avec :
    • L’essentiel des casques de RV et de RM de dernière génération : Occulus, HTC Vive, Hololens2, VarjoXR1…
    • deux interfaces haptiques Virtuose™ 6D™ (6ddl) d’Haption.
    • Des équipements de capture du geste : caméras ART, centrales inertielles, antilatency…
    • Des moyens de calcul pour la simulation numérique temps réel.
    • Des réseaux de télécommunication sans-fil performants : infrastructures 5G, etc.

Plusieurs programmes institutionnels ont contribué au financement d’une partie de ces équipements : Sesame, EquipEx DIGISCOPE (2011-2021) du PIA (Programme d’Investissement d’Avenir), projet PI5G (2021-2024) du plan de Relance 5G et EquipEx+ Continuum (2021-2029).

350 m2

de locaux
3,5 M€

d’investissements
25

collaborateurs
5

brevets (sur la détection des collisions/contacts entre objets, et sur l’humain numérique, notamment)

Environnements VIKI CAVE et VIKI XR

CAVE HR de 18 m3, à cinq faces et six projecteurs laser, est un environnement collaboratif en réalité étendue (XR) de 50 m², permettant aux utilisateurs de s’immerger dans leurs environnements métier, et d’interagir avec leurs maquettes numériques industrielles.

Tâche de télé-opération collaborative, avec retour d’effort

Deux opérateurs étudient une tâche de manipulation à deux bras et d’insertion fine, en télé-opération. Ils pilotent chacun un bras MT200 virtuel avec une interface haptique, leur restituant l’ensemble des interactions physiques en temps réel.

Etude d’un poste de travail cobotique

Immergés dans le modèle numérique 3D d’une ligne d’assemblage, dans un contexte d’usine du futur, les utilisateurs étudient des tâches collaboratives homme-robot.

Etude d’un scénario collaboratif en RV

Deux opérateurs, immergés simultanément dans une maquette numérique industrielle, étudient le scénario d’un poste de travail collaboratif, en réalité virtuelle, à l’aide de casques de RV et périphériques de tracking des gestes.

Des moyens d'exception

Au cœur de la plateforme, l’environnement logiciel XDE Physics

Fruit de 20 années de R&D, l’environnement logiciel XDE permet de simuler, de manière fidèle et en interactif, la manipulation d’objets rigides, articulés, déformables (de type câbles, poutres), et l’ensemble des interactions entre objets, au sein d’une maquette numérique 3D.

Il allie plusieurs atouts clé :

  • Un traitement très performant de différents types de données géométriques : modèles issus de la CAO, nuages de points issus de scans 3D massifs, extraction de métadonnées ou encore intégration d’informations sémantiques.
  • La simulation de composants flexibles, de type câbles, sur la base d’un modèle avancé de poutre 3D, géométriquement exact.
  • La simulation dynamique d’humain virtuel, par une approche biomécanique, et whole body motion control, qui facilite, entre autres usages, la cotation ergonomique de poste de travail, en posture et en effort.
  • La construction aisée de scénarios et le couplage avec le monde réel(simulations en réalité mixte ou étendue).

En savoir plus sur l’environnement logiciel XDE

Applications

Une plateforme au service de multiples usages, multi-domaines

En s’appuyant sur ces différents équipements, Le CEA-List conduit des travaux de R&D dont les applications clé ont trait au manufacturing avancé et à l’usine du futur. Ses partenaires industriels, à la fois des intégrateurs et des utilisateurs finaux (de la TPE au grand groupe), adressent de multiples domaines d’application : le transport (automobile, aéronautique, ferroviaire), la pétrochimie, le BTP, l’agro-agri, la santé …

Tous s’appuient en effet chaque jour davantage sur le Jumeau Numérique, en réalité virtuelle et réalité étendue, pour leurs différents enjeux métier : prototyper, valider un produit, un procédé ou un poste de travail, mettre en service un procédé (« commissionning »), assurer la maintenance, assister les opérateurs, étudier l’ergonomie des postes, former, déconstruire… et bien d’autres.

Plus d’informations sur les enjeux de la simulation interactive, les moyens, et un exemple d’usage

Etude d’un scénario complexe en contexte pétrochimique : mise à la mer d’un tuyau à fort élancement

Dans le jumeau numérique du système réel, l’ensemble des éléments du scénario sont simulés en temps interactif : la barge et ses interactions avec la mer (effets de houle), la grue de manutention (système poly-articulé), les élingues et le tuyau à manipuler (modèles déformables de poutre 3D).

Jumeau numérique d’une installation, basé sur un nuage de points issu d’un scan 3D

En interactif, l’utilisateur peut visualiser en réalité virtuelle des nuages de points massifs - plus d’un milliard de points, issus de scans 3D des installations, et interagir avec ces modèles.

Formation à la dépose de peinture en RV

A l’aide du pistolet réel, l’opérateur se forme à la peinture de pièces ou équipements industriels en réalité virtuelle ; le simulateur restitue en interactif les critères métier principaux, ce qui l’aide à qualifier son geste et apprentissage.

Simulateur de formation EVOC - Enhanced Virtual Open Core

Plateforme multimodale en RV, pour les besoins de l’INSTN (Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires), EVOC permet de réaliser des programmes de formation immersives grandeur nature. Grâce à la simulation multi-physique réaliste, les étudiants participent à des travaux pratiques inédits, combinant des ressources réelles et virtuelles au plus proche des phénomènes physiques liés au fonctionnement d’un réacteur.

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