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Interaction temps réel
et Pure-Data
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Séminaire du 11/06/05, Main d'Oeuvres, Saint-Ouen - Zandrine Chiri

Première partie du cours
Aller à la deuxième partie du cours

I - Chaîne d'acquisition -> Action

Du point de vue technique :

Chaîne d'acquisition des données

Centre de décision

Connexion des actionneurs
autres qu'écrans ou haut-parleurs

II - Utilisations de PD
pour l'interaction temps réel

III - Capteurs et Pure-Data

Capteurs et grandeurs physiques captées

Un capteur mesure une grandeur physique (mesurande).

Classification par grandeurs physiques captées

Conséquences en Pure Data :

Autres caractéristiques des capteurs

Courbe de réponse d'un capteur

Vocabulaire de caractérisation d'un capteur

Limitations / imperfections des capteurs

Capteurs mécaniques simples

Interrupteur simple (tout ou rien)

Interrupteurs au sol (tout ou rien)

Potentiomètres

Capteurs mécaniques sensibles à la pression/déformation

Capteurs d'accélération

Grandeurs physiques environnementales

- Température

Champ magnétique terrestre

I - Chaîne d'acquisition -> Action

Du point de vue technique :

Chaîne d'acquisition des données

Grandeur Physique
Capteur
  Conditionneur
    Convertisseur
      Interpréteur
        Interface émission
          Ligne de transmission
            Interface réception
              Centre de décision

Exemple de chaine d'acquisition en pratique :

Capteur
Rallonge pour signal analogique
Interface signal analogique vers Midi
Càble Midi
Interface Midi-USB
Ordinateur

Interface "Une entrée analogique vers Midi"

Centre de décision

Ordinateur + programme
Microcontròleur
Branchement direct sur certains matériels incorporant le centre
Réaction directe : pas de centre de décision

Connexion des actionneurs
autres qu'écrans ou haut-parleurs

Interface Midi - Usb / Câble Midi / Carte de pilotage / Actionneur
Interface DMX / Gradateur 220V / Actionneur
Réseau Ethernet, OSC / Connexion des actionneurs

II - Utilisations de PD
pour l'interaction temps réel

- Nécessité du traitement des données issues des capteurs :

- Récupération des signaux
- Filtrage des données
- Sélection des événements à exploiter
- Elimination des détections non souhaitées

- Analyse des comportements captés

- Partage de données ou de commandes entre plusieurs machines

- Activation / désactivation au cours du temps :

- Prise en compte ou non des capteurs
- Changement des événements déclenchés par chaque capteur
- Automatisme de ces changements ou gestion par un régisseur

- Programme principal :

- Synthèse sonore / Diffusion de son / Spatialisation / ...
- Diffusion d'images / Création d'images / Video / 3D / ...
- Gestion de lumières / moteurs / électroaimants / ...

- Envoi de commandes à divers actionneurs

III - Capteurs et Pure-Data

Capteurs et grandeurs physiques captées

Définition :

Un capteur est un dispositif qui, soumis à l'action d'un mesurande, présente une caractéristique de nature électrique

Un capteur mesure une grandeur physique (mesurande).

Les propos qui suivent peuvent sembler caricaturaux mais il faut comprendre qu'un capteur n'est absolument pas intelligent...
Pour des capteurs, l’être humain n’est qu’un obstacle mobile pesant opaque caractérisé par divers paramètres physiques :

Chacun de ces paramètres peut être
mesuré et/ou perçu par un capteur.

Classification par grandeurs physiques captées

- Paramètres physiques mécanique
contact, force, pression, flexion, accélération, inclinaison

- Paramètres physiques environnementaux
Température, humidité, pression, gaz ou fumée
ou substances chimiques, champ magnétique terrestre

- Ondes sonores
Son, volume sonore, ultrasons, effet Doppler à ultrasons

- Ondes électromagnétiques basses fréquences
Effet Doppler radar, télémètre laser, interrupteur capacitif, Theremin

- Ondes infra-rouges
Capteurs pyroélectriques, barrière infra-rouge, réflexion infra-rouge, triangulation optique

- Ondes lumineuses visibles
Photorésistances, barrettes CCD, caméras

- Ondes électromagnétiques hautes fréquences
Compteurs Geiger

Conséquences en Pure Data :

=> Les données des capteurs doivent être
- affichées
- analysées
pour que le programmeur en déduise quelle variation de signal correspond à quel comportement (du spectateur/acteur/performeur/...).

=> Si, en observant les données seulement, on n'arrive pas à repérer l'événement que l'on veut capter, il faut changer de capteur.

Autres caractéristiques des capteurs

Continu / discret / tout ou rien
Etat / variation d’état
Lent / rapide / temps réel

Ces caractéristiques influent sur le traitement en Pure-Data.

Actif / passif
Contact / sans contact
Embarqué / Semi-embarqué / dans l'environnement

Courbe de réponse d'un capteur

Variation du signal électrique en fonction de la variation du mesurande.

-> Il y a différents types de réponses.

Vocabulaire de caractérisation d'un capteur

Sensibilité

Variation du signal électrique du capteur / variation du mesurande
=> Réglage du gain sur le capteur.
=> Amplification éventuelle en PD.
=> Influence par exemple le choix d'un seuil en Pure Data.

Etendue de mesure

Différence entre les valeurs extrêmes de la plage du mesurande (max - min).
=> Choix de la résolution de l'interface à capteurs.
=> Etalement ou réduction des données en PureData.

Bande passante

Différence des fréquences extrêmes de fonctionnement.

Temps de réponse à X%

Durée au bout de laquelle la sortie recopie l’entrée à X %
=> En PD, influence le délai d'utilisation des données.

Limitations / imperfections des capteurs

- Vieillissement

Dégradation/variabilité des caractérisques au cours du temps
=> En PD, nécessité de prévoir des réglages faciles à modifier
ou autoadaptatifs

- Grandeurs d'influence

Variation du signal en fonction d’autres paramètres que le mesurande
=> En PD, étudier la possibilité de s'affranchir de ces effets
(pas toujours possible)

- Précision / incertitude

Erreur de précision: incertitude de mesure / étendue de mesure

- Rapport Signal / Bruit (en db)

Dynamique du capteur / dynamique du bruit
=> En PD, filtrages
=> Attention au risque de confondre donnée significative et bruit

Capteurs mécaniques simples

Interrupteur simple (tout ou rien)

- Contacteur mécanique
- Contacteur magnétique

Exemples de boutons

Interrupteurs au sol (tout ou rien)

Tapis sensitif 1 zone / zones multiples

=> Traitement du signal en PD : éventuellement éviter les rebonds.

Potentiomètres

- analogique : rotatif ou lineaire
- numérique : roue codeuse, codeur incrémental

- Rotatif 1 tour / multitours / rotation infinie
- Linéaire

Potentiomètres

=> Equivalent en PD : slider
=> Permet de mimer n'importe quel autre capteur analogique
=> Affichage des données, échantillonage

Capteurs mécaniques sensibles à la pression/déformation

Capteurs FSR : contact, poids, posture...
Potentiomètre souple
Jauge de contrainte
Capteurs de flexion
Ecran tactile

Capteurs FSR, de pression

Capteur de flexion

 Dalle FSR 2 axes

=> Traitements de données possibles :
inversion de variations, seuil de déclenchement, lissage, mémoire de l'état avant relâchement du capteur, ...

Capteurs d'accélération

Accéléromètre / Inclinomètre
Gyromètre

Accéléromètre 2 axes

=> Traitement de données indispensable
=> Analyse de mouvements
=> Exemples : repérer un mouvement dans le flot de données, le début du mouvement, sa fin, un rythme, ...

Grandeurs physiques environnementales

- Humidité
- Pression
- Gaz, fumée, substances chimiques

- Température

- Température

- Capteurs météo : air / sol / eau
Sondes souvent couplées à un capteur d’humidité

- Thermistances

Capteur de température

=> En PD, garder la possibilité d'ajuster facilement le traitement des données pour tenir compte des variations de l'environnement du capteur

 Mesure de température et humidité sous abri.
 Température - thermomètre

Champ magnétique terrestre

- Capteur magnétique à effet hall

- Capteur magnéto-résistif (boussole)

    
Champ magnétique terrestre


Boussole

=> Traitements de données complexes pour les boussoles :
sensibilité au champ magnétique local.

Suite du cours