Réalité virtuelle et formation au pilotage

Avec l’avènement du matériel de réalité virtuelle (RV) à prix grand public, comme l’Oculus Rift, le HTC Vive et d’autres, les avantages de cette technologie ont trouvé leur chemin vers de nombreuses applications. Le principal avantage de la réalité virtuelle pour la formation au pilotage est la représentation immersive de l’expérience de vol, qui offre des avantages d’apprentissage importants par rapport aux simulateurs de vol traditionnels. Les principaux avantages pour les écoles de pilotage sont la réduction des coûts de formation, les économies sur la formation de familiarisation avec les avions et la formation plus rapide des élèves.

Les bases de la réalité virtuelle

La réalité virtuelle (RV) est le concept d’immersion dans un environnement généré par ordinateur avec une représentation visuelle, auditive et éventuellement haptique de l’environnement. Cet environnement, par exemple une pièce, un paysage ou un cockpit, peut être présenté à l’utilisateur par le biais d’un écran ou d’un affichage monté sur la tête (casque). L’utilisateur peut être en mesure d’interagir avec l’environnement, par exemple par des gestes ou des boutons ou leviers physiques.

La RV est utilisée dans de nombreux domaines, notamment le divertissement (jeux vidéo), le contrôle robotique (contrôle de ROV, chirurgie robotique), la thérapie (traitement des troubles anxieux et du PTSD (syndrome de stress post-traumatique), la méditation et à des fins éducatives. L’avantage général de l’utilisation de la RV est le sentiment d' »y être » ou d’immersion. Le niveau d’immersion est déterminé par le niveau de sophistication de l’installation de RV. Une expérience de RV immersive nécessite une fréquence d’images élevée, des écrans à haute résolution, une faible latence du système et des graphiques sophistiqués. Le niveau d’immersion peut être augmenté en ajoutant de l’audio 3D (audio binaural), des contrôleurs pour l’interaction et un retour haptique (tactile). Si l’expérience RV est suffisamment réaliste, l’esprit de l’utilisateur peut être amené à croire que le monde virtuel est réel.

Le processus d’apprentissage

La RV offre de nouvelles possibilités d’améliorer considérablement l’enseignement et l’apprentissage, car les sujets peuvent être enseignés d’une manière très différente de la lecture d’un manuel ou de l’écoute d’un conférencier.

Rétention des connaissances

L’un des aspects les plus importants de l’apprentissage est la rétention des connaissances – la capacité à se souvenir de ce que vous apprenez. Cela est particulièrement vrai pour le personnel navigant, qui doit mémoriser des dizaines de listes de contrôle, de règles et de procédures. Des études ont montré que l’apprentissage assisté par la RV pouvait améliorer la rétention des connaissances jusqu’à 400 %, ajoutant de la valeur au temps passé à étudier. Une meilleure rétention des connaissances signifie moins de recyclage et, au final, de meilleurs pilotes qui se souviennent mieux de la liste de contrôle d’urgence grâce à l’apprentissage assisté par RV.

Selon le cône d’expérience d’Edgar Dale (voir figure 1), les étudiants ne se souviennent que de 10 % de ce qu’ils lisent, mais de 90 % de ce qu’ils font. Cela corrobore le vieil adage selon lequel il faut apprendre en faisant.

Les études ont montré que la RV engage l’étudiant beaucoup plus dans le processus d’apprentissage, ce qui fait que l’étudiant se souvient davantage de ce qu’il apprend. Il s’agit d’un avantage évident lors de l’exécution de tâches en tant que personnel navigant, où des procédures complexes doivent être mémorisées.

Apprentissage plus rapide

De nombreuses études (1, 2, 3, 4) ont montré une réduction spectaculaire du temps de formation lors de l’utilisation de simulations RV – pour l’application de formation au vol, jusqu’à un an jusqu’à quatre mois.

Avantages pour la formation au vol

Perception en profondeur

La capacité à juger correctement les distances est un objectif d’apprentissage majeur dans la formation au vol. Un pilote expérimenté peut mieux juger les distances grâce à sa grande expérience en la matière. Un nouvel élève pilote n’a pas cette expérience et doit la construire à partir de son expérience de vol. Cet aspect de la formation au pilotage est difficile à former dans les simulateurs traditionnels, où la perception de la profondeur est inexistante. En effet, l’écran, sur lequel est projeté le monde extérieur, est placé à une distance fixe des yeux de l’élève-pilote, et chaque objet projeté sur les écrans semblerait être à la même distance du pilote – qu’il s’agisse de la piste à 5 mètres du pilote ou d’une tour à 5 kilomètres du pilote.

Les lunettes de réalité virtuelle proposent des écrans stéréoscopiques qui présentent deux images légèrement différentes de la même scène. Cela donne la sensation de profondeur et de distance de la même manière que nous sommes capables de juger de la distance avec notre vision naturelle et stéréoscopique, c’est-à-dire nos deux yeux. Ainsi, la RV est capable de représenter précisément et intuitivement les distances dans une simulation de vol où cet aspect est crucial, par exemple lors de la pratique d’atterrissages où il est important de juger correctement l’altitude au-dessus de la piste dans l’arrondi, ou de faire planer un hélicoptère à un demi-mètre au-dessus du tarmac.

Les figures 2a et 2b montrent la différence de perception des distances entre un écran incurvé généralement utilisé dans les simulateurs de vol traditionnels, et des lunettes RV. Trois cibles marquées par des X rouges, verts et bleus sont représentées à la même distance sur un écran incurvé, alors qu’elles apparaissent dans la RV à leur distance correcte de l’observateur. Les cibles plus éloignées de l’observateur que l’écran apparaissent plus proches (le X bleu), tandis que les cibles plus proches de l’observateur que l’écran apparaissent plus éloignées (le X vert). Ce n’est que lorsque la cible est à la même distance de l’observateur que l’écran que la perception de la distance sera correcte (le X rouge).

Vision à 360 degrés

Une autre leçon importante que chaque pilote doit apprendre est d’effectuer une veille correcte. La vigie doit être effectuée pour surveiller le trafic et lors de l’exécution d’un circuit d’atterrissage. Les simulateurs de vol traditionnels ont rarement un champ de vision de plus de 180 degrés (voir figure 3a), ce qui limite considérablement la possibilité d’effectuer une veille correcte. Dans ces simulateurs, les pilotes qui s’entraînent doivent souvent recourir à des méthodes de référence alternatives, comme le chronométrage de leurs virages, car ils ne peuvent pas utiliser les procédures de veille qu’ils utiliseraient dans l’avion réel. Les lunettes de réalité virtuelle permettent à l’élève-pilote de regarder dans n’importe quelle direction à l’aide d’accéléromètres et de gyroscopes (voir figure 3b). Cela signifie que l’élève peut regarder au-delà du champ de vision de 180 degrés fourni par les simulateurs de vol traditionnels, et qu’il est en mesure de pratiquer les veilles de la même manière qu’il le ferait dans l’avion réel.

Échelle et modularité

Un coût important des simulateurs de vol est le cockpit physique lui-même. Les composants utilisés pour construire le cockpit sont souvent les mêmes, des pièces d’avion qualifiées utilisées sur l’avion réel, ce qui rend ces simulateurs assez coûteux. Selon la fidélité de la simulation VR, seules les commandes de vol de base sont physiquement disponibles, tandis que le reste du cockpit est représenté uniquement par des images de synthèse dans les lunettes VR. Cette méthode est non seulement beaucoup moins coûteuse à réaliser, mais elle permet également au même simulateur de prendre l’apparence d’un avion complètement différent en quelques secondes. Pour les écoles de pilotage exploitant plus d’un type d’avion, cela présente l’avantage que l’école de pilotage ne doit investir que dans un seul simulateur pour tous les types d’avions qu’elle exploite.

Conclusion

Dans la poursuite de la réduction des coûts de formation au pilotage, l’utilisation de la réalité virtuelle comme élément clé du processus de formation au pilotage présente un grand potentiel de réduction des coûts en raison du besoin réduit de grands composants matériels et des possibilités de modularité. Non seulement la formation en RV peut réduire les coûts pour les écoles de pilotage, mais les élèves sont plus susceptibles d’apprendre plus rapidement et plus efficacement, ainsi que de mieux se souvenir des leçons enseignées.