Visualiser l’aménagement de rues conviviales en RV : un projet de R-D pour l’éducation supérieure

ArcGIS Maps SDK for Unity est doté d’une puissante méthode d’intégration de données SIG concrètes dans le moteur de jeux Unity qui fournit des visualisations immersives, un rendu et des effets visuels de haute qualité, ainsi qu’une interactivité personnalisée. Dans ce billet, nous expliquons comment nous avons créé une application de réalité virtuelle (RV) à l’aide d’ArcGIS Maps SDK for Unity afin de visualiser les aménagements de rues conviviales proposés pour la ville de Toronto.

Ce billet de blogue a été écrit conjointement par Michael Luubert et Jonathan Van Dusen du groupe Milieu scolaire et recherche.

Déployé en juin 2022, ArcGIS Maps SDK for Unity permet d’utiliser les couches publiées sur ArcGIS Online dans le moteur de jeux, et combine le système physique, l’éclairage et les effets visuels d’Unity avec les couches SIG existantes pour créer des visualisations et des simulations nettes. Avec Maps SDK, nous avons porté à un niveau supérieur les travaux antérieurs de notre groupe sur la modélisation de rues conviviales. 

L’implication du groupe Milieu scolaire et recherche dans l’approche de rues conviviales remonte à plusieurs années, alors que nous participions à iCity, un projet de recherche sur les transports à Toronto. Avec Unity, nous avions généré des animations du point de vue d’un piéton marchant sur le trottoir pour différents scénarios d’aménagement des rues. En collaboration avec des chercheurs de l’Institut de recherche sur les transports de l’Université de Toronto (UTTRI), ces vidéos d’animation ont été utilisées pour un sondage en ligne visant à classer les aménagements de rues conviviales. Dans le cadre du projet iCity, nous avons également travaillé avec l’Université de l’École d’art et de design de l’Ontario (Université OCAD) afin de concevoir un tableau de bord web qui permet aux utilisateurs de configurer de manière interactive un scénario d’aménagement de rues conviviales et de le visualiser dans une scène web en 3D.

L’année dernière, nous avons utilisé le nouveau Maps SDK for Unity dans le cadre d’un projet de recherche comportant à visualiser l’aménagement de rues conviviales à l’aide de casques de réalité virtuelle. Nous avons commencé par créer une scène de notre zone d’étude avec des bâtiments provenant du portail Open Data de Toronto. Ensuite, les données routières du tableau de bord des rues conviviales ont servi à créer des étiquettes 3D des noms de rue. Ces étiquettes sont toujours orientées de sorte à faire face aux utilisateurs qui naviguent dans la scène. Enfin, le fait de sélectionner une route active le chargement du modèle 3D de rues conviviales correspondant.

Considérations entourant la conception

Nous avons fait plusieurs choix de conception, tant lors de la planification du projet que sur la base de notre expérience durant l’implémentation de l’application avec Maps SDK for Unity.

Utilisateurs RV et non RV

L’une des exigences du projet était que l’application Unity fonctionne avec une souris et un clavier pour les utilisateurs sans casque d’écoute, de sorte que chaque action dans le moteur de jeux nécessitait plusieurs récepteurs d’événements – un pour le clavier ou la souris et un autre pour la manette de réalité virtuelle. Par exemple, pour sélectionner un tronçon de route dans la réalité virtuelle, il faut pointer le rayon virtuel de la manette sur le nom de la rue et appuyer sur le bouton de déclenchement. Pour les utilisateurs non RV, il suffit de cliquer sur le nom de la rue à l’aide du curseur de la souris.

La scène comporte deux caméras, l’une pour la réalité virtuelle et l’autre pour les utilisateurs non RV. Lorsque l’application s’ouvre, un script détecte la présence ou l’absence de casque de réalité virtuelle et active la caméra appropriée. Ce processus simplifie la logique d’activation des commandes requises puisque le contrôleur de caméra du clavier et de la souris est relié à la caméra non RV.

Amélioration des couches de scènes

Une fois l’expérience de visualisation de base fonctionnelle, il nous fallait solutionner les problèmes liés aux couches de bâtiments et de fonds de carte.

En ce qui concerne les couches de bâtiments, bon nombre des modèles les plus détaillés présentaient des façades qui se chevauchaient et provoquaient des papillotements, rendant ainsi l’expérience moins immersive. Nous avons résolu le problème en éditant les bâtiments qui scintillaient dans ArcGIS CityEngine et en supprimant les façades qui se chevauchaient, ou en les décalant de quelques centimètres.

Exemple de façades se chevauchant qui devaient être supprimées dans ArcGIS CityEngine

Les géométries de maillage des bâtiments emblématiques trop simplifiées dans certaines conditions posaient aussi un problème. En effet, les couches de scène comportent plusieurs niveaux de détail afin de réduire la quantité de géométrie à afficher sur un bâtiment vu de loin. Ce problème a été résolu en générant une couche de scène dans ArcGIS CityEngine seulement avec le maillage de la Tour CN. Quand la couche en question a été chargée dans Maps SDK for Unity, un maillage plus détaillé préservant la forme arrondie du pont d’observation s’est affiché alors que la tour apparaissait au loin.

Comparaison du maillage moins détaillé de la Tour CN avec la couche de scène mise à jour

La couche de base que nous avons utilisée au début du projet était le fond de carte des rues d’Esri. Quand on observe la ville vue d’en haut, tout semble bien à sa place, mais au niveau du sol, la vue est imprécise. Finalement, nous avons créé une couche personnalisée de tuiles d’images carrelées au moyen de polygones de routes et de trottoirs avec une palette de couleurs qui correspondait mieux aux modèles 3D de rues conviviales.

Expérience utilisateur (EU) et interface utilisateur (IU)

Avant ce projet, nous avions développé plusieurs applications SIG en 3D dans le moteur de jeux Unity, mais nous n’avions pas développé d’applications en réalité virtuelle. Voilà pourquoi nous avons fait des recherches sur les facteurs humains intervenant dans la conception pour ce support.

L’une des principales conclusions est la suivante : il faut éviter le mal des transports en RV qui survient lorsque les mouvements dans l’environnement de réalité virtuelle ne correspondent pas aux mouvements de l’utilisateur dans le monde réel. Plus précisément, le fait de « voler » dans une scène à l’aide des manettes de jeu de la réalité virtuelle peut provoquer le mal des transports, surtout durant l’accélération ou la décélération. La téléportation, une solution courante en RV, peut désorienter l’utilisateur et lui faire perdre le contexte spatial entre les lieux.

Pour cette application, les utilisateurs peuvent explorer le monde 3D en volant, et voyager directement entre les rues par téléportation. Afin de réduire le risque de mal des transports pendant le vol, nous faisons démarrer l’utilisateur à une vitesse faible pour lui permettre d’augmenter et de réduire progressivement la vitesse. De même, pour éviter toute sensation de vertige, l’utilisateur commence au niveau du sol, au lieu de partir d’une vue en hauteur de la ville.

Nous avons également appris qu’il était nécessaire de disposer les interfaces utilisateur dans l’environnement 3D, un peu comme les enseignes ou les panneaux d’affichage dans le monde réel. Ainsi, l’expérience est plus immersive et agréable pour les utilisateurs, qui peuvent marcher près des interfaces et les observer sous n’importe quel angle de manière naturelle. D’autres conclusions ont été tirées, notamment l’importance de limiter le texte et d’augmenter la taille de police, qui est attribuable au fait que le texte apparaît plus pixelisé avec un casque de réalité virtuelle. Il faut aussi positionner les éléments de l’interface utilisateur de façon à éviter les maux au niveau des bras et du cou.

Après ces recherches, nous avons créé des esquisses basse fidélité de l’interface utilisateur sur papier afin d’expérimenter les dispositions et les flux de l’IU avant de développer l’application. En voici quelques exemples ci-dessous, où sont présentées des façons dont l’utilisateur pourrait sélectionner une rue et un scénario.

Un échantillon de nos esquisses d’interface utilisateur pour l’application de rues conviviales en réalité virtuelle

Pour en savoir plus sur les esquisses de l’IU, regardez la vidéo d’information sur notre chercheur de ressources en éducation supérieure.

L’application

La vidéo ci-dessous présente un aperçu de la version actuelle de l’application de rues conviviales en réalité virtuelle. On y voit un exemple de la manière dont un utilisateur peut interagir avec l’application à l’aide d’un casque et de manettes de réalité virtuelle, notamment en sélectionnant une rue et un scénario, en visualisant le scénario au niveau du sol et en passant d’un scénario à l’autre.

Prochains travaux

En 2023, nous prévoyons d’améliorer l’application de rues conviviales en réalité virtuelle sur plusieurs points :

• Intégrer l’application en RV au tableau de bord des rues conviviales en ligne. De cette façon, les utilisateurs peuvent se connecter à l’application en réalité virtuelle avec leur nom d’utilisateur et leur mot de passe à partir du tableau de bord en ligne, ouvrir les scénarios de rues conviviales qu’ils ont créés et configurés en ligne, et les visualiser dans la RV.
• Rendre les commandes plus accessibles et fournir une meilleure rétroaction visuelle. Lorsque l’utilisateur porte un casque de réalité virtuelle et lève les manettes devant lui, il peut voir des modèles 3D de manettes dans le monde virtuel. Nous prévoyons d’étiqueter chacun des boutons des manettes à l’écran, afin que les utilisateurs puissent en apprendre plus facilement la fonction. Nous comptons aussi ajouter des informations à l’écran telles que la vitesse de l’utilisateur, l’échelle du modèle et des conseils pour les nouveaux utilisateurs.
• Intégrer davantage les interfaces utilisateur dans l’environnement de réalité virtuelle. Les interfaces utilisateur ont été disposées dans l’espace 3D, mais elles comportent toujours des panneaux 2D semblables à ceux d’un jeu vidéo traditionnel. Nous aimerions tirer davantage parti de l’immersion et des interactions qu’offre la réalité virtuelle, par exemple en présentant les options de scénario sous forme de modèles 3D miniatures et en permettant aux utilisateurs de modifier les paramètres de la scène directement avec les manettes.
• Ajouter des textures à certains bâtiments. Actuellement, les bâtiments 3D de la ville de Toronto sont affichés avec une texture blanche. Comme l’un des principaux avantages de la réalité virtuelle est la possibilité de s’immerger dans un environnement, nous aimerions ajouter des textures de bâtiments plus réalistes le long de quelques segments de rue pour déterminer si l’expérience utilisateur s’en trouve plus immersive.

Conclusion

Dans ce projet, nous avons montré comment ArcGIS Maps SDK for Unity a été utilisé dans le cadre d’un projet interne de recherche et développement pour visualiser en réalité virtuelle l’aménagement de rues conviviales à Toronto. Notre souhaitons que les urbanistes et le grand public (par exemple, lors de séances de consultation publique) utilisent l’application pour expérimenter et évaluer des scénarios de rues conviviales de manière immersive avant que ne soit réalisé l’aménagement dans le monde réel. Comme l’application fonctionne avec ou sans casque de réalité virtuelle, toute personne disposant d’un ordinateur de bureau ou d’un ordinateur portable serait en mesure de participer au processus d’aménagement.

Pour apprendre à utiliser ArcGIS Maps SDK for Unity, suivez ce tutoriel présenté lors de la Conférence des SIG pour l’éducation et la recherche de 2023.