Contributions à la planification de mouvement.

En quelques dizaines d'années, l'informatique a vu naître et se développer des machines fonctionnant avec plusieurs processeurs. Les difficultés techniques rencontrées pour la conception de ces ordinateurs ont été surmontées et l'un des défis majeur d'aujourd'hui est de fournir une plateforme pour la programmation parallèle. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet IMAG APACHE qui a pour but la conception d'un tel environnement. Le modèle de graphes que nous manipulons est un graphe de tâches orienté sans cycle. Le processus consistant à paralléliser une application est découpé en trois phases principales, avec l'ordonnancement et le placement des différentes parties de l'application comme étape centrale. Dans ce contexte, nous avons concentrés nos efforts sur la recherche de stratégies d'ordonnancement présentant de réelles qualités de robustesse et d'efficacité pour des graphes de différentes granularités, et pour des ensembles d'hypothèses d'exécution différents. A partir d'un algorithme produisant des ordonnancements optimaux dans le cas de graphes à structure arborescente formés de tàches de durées unitaires et de communications unitaires, nous avons montré qu'il était possible d'obtenir des ordonnancements, dont l'écart par rapport à l'optimal est borné, pour des arbres de granularité différente. Nous avons montré également que ce même algorithme permettait d'obtenir dans certains cas des ordonnancements optimaux pour un modèle d'exécution totalement différent de celui pour lequel il avait été originellement conçu. Cette étude sur deux processeurs a été mené pour un nombre supérieur de processeurs identiques et pour deux processeurs uniformes. Enfin, une partie de ce travail est dédiée à la recherche de stratégies d'ordonnancement pour des graphes générés par l'environnement Athapascan (projet APACHE) qui présentent la particularité de permettre l'adaptation de la granularité en fonction de la machine cible.

Avec l'avènement de la troisième génération, les réseaux de télécommunications mobiles entrent dans une nouvelle phase de leur évolution, d'un réseau omniprésent axé sur la téléphonie mobile, vers des systèmes de fourniture de services à grande échelle. Ces systèmes doivent permettre à des usagers (éventuellement mobiles) d'accéder à leurs services et leur environnement personnalisés quels que soient le réseau et le terminal qu'ils utilisent. Le constat actuel est que la mise en place de la fourniture de services pour ces systèmes nécessite la conception d'une plate-forme distribuée complexe faisant intervenir des éléments hétérogènes (grand choix de réseaux, plusieurs types de terminaux de capacités différentes, multiples opérateurs réseau et fournisseurs de services, contenus de services hétérogènes, etc.). Par ailleurs, l'évolution des terminaux mobiles (ordinateurs portables, assistants personnels, téléphones portables, etc.) et des réseaux mobiles (émergence des réseaux sans fil) permet le développement d'applications fondées sur la mobilité. L'environnement d'exécution de ces applications doit prendre en compte la variété des équipements et des ressources (ex: bande passante) ainsi que la mobilité de l'utilisateur. De plus, les usagers mobiles veulent pouvoir personnaliser les services et les utiliser de la même manière qu'en environnement fixe et ce, quel que soit le service à traiter et quelles que soient les capacités du terminal utilisé. L'objectif de cette thèse est de donner des éléments de solution à ces problèmes. Elle traite de la découverte et la fourniture de services adaptables dans les environnements mobiles. Elle a pour but de proposer une architecture permettant aux usagers mobiles de découvrir et d'exécuter des services sensibles au contexte de leur exécution. Les services proposés sont adaptés aux préférences de l'usager, aux capacités de son terminal, à sa localisation, et enfin, aux ressources réseau disponibles. Dans un premier temps, nous nous intéressons à l'utilisation des agents mobiles pour la fourniture de services dans les environnements mobiles. Ce modèle, bien adapté aux contraintes des environnements mobiles, s'avère intéressant, principalement, dans les applications qui entraînent la consultation de plusieurs services successifs sur le réseau (ex: visite de plusieurs prestataires de services dans le cadre d'une découverte de services). Par la suite, nous proposons une plate-forme de fourniture de services sensibles au contexte appelée CASP (Context Aware Service Provision). Dans cette plate-forme, la sensibilité au contexte est prise en compte dans les deux phases de fourniture de services suivantes: la découverte de services et l'exécution du service sur le terminal mobile. CASP utilise un mécanisme de découverte de services qui permet à l'usager mobile de personnaliser la fourniture de services et de l'adapter à ses exigences. Ce mécanisme, mis en oeuvre par un élément médiateur entre l'usager mobile et les fournisseurs de services, permet de ne proposer à l'usager que les services qui sont adaptés à ses préférences, aux capacités de son terminal et à sa localisation. L'implémentation de ce mécanisme de découverte de services est basée sur des concepts tels que VHE (Virtual Home Environment) et les profils, et utilise des outils standard tels que XML et CC/PP (Composite Capabilities/ Preference Profiles). La sensibilité au contexte dans la plate-forme CASP est également utilisée pour adapter les services, une fois découverts par l'usager, à leur environnement d'exécution. Cette adaptation est réalisée au moment de l'exécution du service sur le terminal mobile. La solution proposée est basée sur l'utilisation de serveurs intermédiaires (Serveur Proxy) entre le terminal mobile et le fournisseur du service. Un service multimédia a été développé pour valider les concepts proposés dans cette thèse. Enfin, nous terminons par une ouverture sur l'utilisation d'une approche de conception de services à base de composants.

Le cadre général de nos travaux de recherche est la réalité virtuelle. Cette discipline, dialogue entre disciplines scientifiques, a pour objectif la création de mondes virtuels et leur exploitation par l'homme. Elle s'intéresse à leur modélisation, c'est-à-dire aux modèles de simulation permettant de donner de la vie aux objets et êtres virtuels représentés à l'intérieur de ces mondes. De plus, elle étudie les interfaces de réalité virtuelle, c'est-à-dire les interfaces motrices et sensorielles donnant à l'utilisateur une perception de ses actions. Dans nos travaux, l'objectif est de comprendre comment l'expérience humaine peut être à la fois renforcée, capitalisée et ré exploitée en environnement virtuel. Nous considérons plus particulièrement les activités de formation, de conception et de collaboration pour lesquelles d'une part l'ingénierie des connaissances permet de modéliser et de proposer un niveau d'abstraction pertinent, et d'autre part pour lesquelles la réalité virtuelle offre des modes d'interaction avec retour sensoriel qui fait sens pour les acteurs impliqués (formateurs, formés, concepteurs, utilisateurs distants,...). Nous intéressons en particuliers aux environnements virtuels informés (EVI) dotés de modèles à base de connaissance dans lesquels il est possible à la fois d'interagir et de permettre des comportements par interprétation de représentations dynamiques ou statiques. Ces EVI sont des moyens puissants d'autoriser une évolution du système lors de l'activité de l'utilisateur mais aussi une évolution de l'utilisateur au fur et à mesure que le système est utilisé. L'approche énactive de la cognition ou « énaction » inspire nos travaux avec la notion « d'action guidée par la perception ». Cette notion provient à la base des réflexions de Francisco Varela, neurobiologiste qui s'est intéressé à la suite de ses travaux avec Maturana au Chili, à une alternative au computationnalisme et au connexionnisme pour comprendre la cognition. La tentative de F. Varela pour introduire des concepts de biologie en sciences cognitives et ses recherches en neurosciences aboutissent au concept de cognition incarnée (‘embodied cognition' ). Dans ce vaste champ d'investigation, nous avons choisi de nous concentrer sur une seule problématique, le couplage entre interaction et connaissance en environnement virtuel informé. Les expériences corporelles et intellectuelles permises par la réalité virtuelle sont étroitement liée à la phénoménologie et c'est cette grille de lecture qui nous a amenée à structurer notre mémoire : - d'une part, comment le fait d'interagir avec des objets de l'environnement virtuel, d'offrir à l'utilisateur le loisir d'explorer et de comprendre à son rythme et d'avoir à l'instant t une perception singulière d'un système, d'un phénomène ou d'une scène va permettre de construire une connaissance. L'utilisateur est cette fois acteur de cette construction, il est au cœur du processus qui lui est propre. Il peut alors partager cette connaissance construite à travers des systèmes collaboratifs évolués. - d'autre part, les connaissances représentées dans l'environnement, accessibles à l'utilisateur ou exploitées par le système vont l'aider à orienter son interaction, vont le guider, tels des guides virtuels ou des traces de son activité dans le monde virtuel. Nous aborderons ainsi des exemples de modèles d'environnements virtuels dans lesquels l'interaction est de plus en plus complexe, au fur et à mesure que les connaissances représentées sont « comprises » et « exploitées » dans l'environnement. Notre méthode de travail est fondée sur une recherche de généricité et de réutilisabilité, un lien fort entre réalité virtuelle et ingénierie des connaissances, orienté par les sciences cognitives, conduisant à l'émergence de concepts, de modèles et de méthodologies, par une approche mêlant à la fois théorie et technologie. Nous présentons de nombreux résultats au niveau des modèles, et des environnements informatiques pour des applications à la fois en conception, en formation et en communication.

Les Réseaux mobiles ad hoc sont un pas de plus vers la vision de l'informatique omniprésente, où tous les dispositifs de découvrir dynamiquement les uns les autres, organiser des réseaux de communication entre eux-mêmes et de partager les ressources / informations à fournir un service intégré au l'utilisateur final. Mais fournir un service fiable dans un tel réseau nécessite une sécurité et le réseau fonctionne bien. Le manque d'infrastructures, d'énergie limitées nature de dispositifs et dynamisme élevé dans le réseau rend la tâche d'assurer de tels réseaux tout un défi. Dans cette thèse nous proposons des protocoles cryptographiques, qui sont un tremplin vers un sécurité des réseaux ad hoc. En particulier, nous contribuons à la création des zones de clés et sûr de routage dans les réseaux ad hoc. l'établissement des clés consiste à rendre disponibles clés cryptographiques pour les dispositifs, indispensable pour participer à la sécurité services du réseau. D'autre part le routage doit être fixé de telle réseaux comme presque tous les nœuds ont besoin pour participer dans le processus de routage (pour une efficacité raisons) et la présence d'un nœud malveillant peut facilement avoir des conséquences dramatiques sur la performance de routage de l'ensemble du réseau. Ainsi, les contrôles de sécurité sont nécessaires pour empêcher de tels nœuds malicieux d'entraver le processus de routage et de récupérer de là au cas où ils réussissent. Notre premier résultat est un nouveau groupe de protocole d'accord clé qui est particulièrement adapté pour réseaux ad hoc, mais surpasse également la plupart des protocoles connus pour les réseaux traditionnels ainsi. Le protocole s'adapte bien à la dynamique du réseau et est robuste assez pour faire face aux pertes de messages et les échecs lien. Il exige peu d'auto-organisation par les nœuds du réseau. Nous présentons des versions modi ed des preuves de sécurité et de montrer que même la sécurité de ces protocoles est étroitement liée à la la sécurité de la problématique décisionnelle Diffle-Hellman. Nous discutons également les questions liées à mise en œuvre de ce protocole dans des scénarios réels. Notre second résultat est l'introduction de la notion d'un vérificateur désigné globale Signature (ADVS) régime. Un système permet ADVS e? Cace agrégation de multiples signatures sur les différents messages désignés à la même vérificateur. Nous montrons comment ce primitive peut être utilisée efficacement pour garantir réactive dans les protocoles de routage ad hoc réseaux. Nous fournissons un modèle de sécurité pour analyser de tels systèmes et de proposer une régime ADVS qui signatures agrégats plus efficacement que les systèmes existants.

Ce travail de recherche en sciences du langage s'intéresse, d'un point de vue didactique principalement, au rôle et aux éventuels apports de la multimodalité en matière d'aide à l'apprentissage d'une langue, en vue de la conception d'aides multimodales dans un environnement multimédia d'apprentissage du français langue étrangère (FLE). Le cadre théorique définit les notions d'apprentissage, d'aide et de multimodalité. Notre réflexion se fonde sur des théories et des concepts émanant de différents domaines : la zone proximale de développement empruntée à Vygotski et au socio-constructivisme, le concept d'étayage de Bruner, les modèles de compréhension issus de la psychologie cognitive, la théorie de la charge mentale selon Sweller et le modèle d'apprentissage multimédia assorti de ses différents principes énoncés par Mayer. Partant d'un inventaire et d'une typologie des aides présentes dans un corpus d'environnements multimédias d'apprentissage du français langue étrangère, nous avons élaboré un document vidéo accompagné de sept aides multimodales. Cet ensemble intègre l'environnement Amalia (Aide Multimédia à l'Apprentissage des Langues Interactif et Autonomisant), qui s'adresse aux adultes de niveau A1 à B2 et qui est destiné à la compréhension et à l'apprentissage du FLE en autonomie. Enfin, nous présentons une expérimentation, de type recherche qualitative, dont l'objectif est de connaître, par l'observation et le questionnement, sur quelles aides précises les sujets portent leur choix, avec quelles intentions et quelles attentes, avec quelle satisfaction et quel jugement. De plus, nous leur avons demandé de classer les aides multimodales (de la plus utile à la moins utile). Ceci afin d'établir à terme une gradation des aides proposées à l'apprenant c'est-à-dire une intégration progressive des aides à des tâches de compréhension.

Les environnements pervasifs sont apparus avec l'essor des technologies de communication couplé avec celui des terminaux mobiles. Parallèlement à cela, une évolution logicielle s'est effectuée en passant de l'informatique systémique globale à une approche modulaire et granulaire. Déployer une application sur un dispositif mobile reste toutefois une problématique ouverte, à cause de l'inadéquation de celle-ci aux contraintes matérielles et contextuelles de tels environnements. En effet, les applications usuelles nécessitent plus de ressources que ne peuvent fournir les terminaux mobiles. Pour pallier cela, nous proposons une solution qui s'inscrit à la frontière de ces deux mondes~: celui des environnements pervasifs contraints et celui des applications orientées services. Dans cette thèse nous présentons une approche pour le déploiement contextuel et autonome d'applications orientées services dans des environnements contraints~: AxSeL -A conteXtual SErvice Loader- adapte le déploiement des applications en prenant en compte le contexte des services, la mémoire d'exécution disponible sur le dispositif et les préférences utilisateur. Dans les environnements pervasifs, les services fournis sont disséminés sur les dispositifs mobiles ou des serveurs de dépôts. L'accès à ceux-ci se fait grâce à des descripteurs de services intégrant l'ensemble des dépendances d'un service et sa localisation. Pour déployer une application il est nécessaire de résoudre l'ensemble de ses dépendances en termes de services. A partir de l'agrégation des descripteurs des services AxSeL construit sa propre représentation de l'application sous la forme d'un graphe de dépendances logiques de services. Les noeuds de ce graphe représentent les services et les composants les implantant et les arcs les dépendances d'exécution et de déploiement entre ceux-ci. Le graphe fournit une représentation intuitive et flexible des dépendances et nous permet de distinguer le niveau de l'exécution (services) de celui du déploiement (composants). AxSeL opère à la suite un processus de décision du chargement prenant en compte les caractéristiques des services, celles de la plate-forme matérielle et enfin les préférences utilisateurs. La décision est prise grâce à une technique de coloration sous contraintes du graphe de dépendances des services. En cas de changement du contexte, par exemple modification du dépôt ou des caractéristiques des services, de la mémoire disponible sur la machine ou des préférences utilisateurs, AxSeL le détecte et déclenche un processus d'adaptation qui intègre les changements perçus dans le processus décisionnel du déploiement. Ainsi, AxSeL propose une représentation globale et flexible pour les applications orientées services et des heuristiques permettant leur déploiement contextuel et autonome. Nous avons validé les concepts de notre approche à travers un prototype AxSeL4OSGi en utilisant une machine virtuelle java comme support d'exécution et OSGi comme plate-forme de développement et d'exécution de services. Les performances de notre plate-forme sont évaluées et comparés à une approche similaire à travers des tests réalisés dans des contextes de variation de la structure des graphes applicatifs, de la mémoire disponible sur la machine, des caractéristiques des services et des préférences utilisateurs.

Effectuer des calculs d'illumination globale pour des environnements complexes et les visualiser de manière interactive demeure un problème difficile en synthèse d'images. En effet, la radiosité hiérarchique est un processus très coûteux en termes de temps de calcul et de ressources mémoire, même pour des scènes de complexité moyenne. Par conséquent, dans le cas d'environnements complexes, une étape de précalcul est nécessaire. Ce précalcul consiste à découper la scène en plusieurs régions (appelées cellules) et évaluer les relations de visibilité entre ces régions. La méthode de découpage (ou de structuration) que nous proposons est inspirée de l'analyse d'images et consiste à mettre en correspondance des modèles génériques de cellules avec des éléments géométriques déduits de la scène. Comparée à la technique de subdivision binaire de l'espace, cette méthode fournit des résultats beaucoup plus convaincants car le nombre de cellules obtenues est plus faible et par conséquent les calculs de visibilité et de simulation d'éclairage se trouvent simplifiés. A chaque étape de la simulation d'éclairage, seule une petite partie de la scène réside en mémoire. Les informations géométriques et photométriques nécessaires à la représentation des objets de la scène sont stockées sur disque. La simulation de la propagation de la lumière est alors considérée comme la composition de tâches élémentaires consistant à (i) charger en mémoire les informations nécessaires à la simulation, (ii) effectuer les calculs de radiosité, (iii) remettre à jour la base de données sur le disque. Néanmoins, afin de réduire les nombreux échanges d'information entre le disque et la mémoire, il est nécessaire d'ordonner les calculs de manière efficace. Pour cela, nous proposons plusieurs stratégies d'ordonnancement des calculs reposant sur une prédiction des coûts de ces échanges d'informations à court, moyen ou long terme. Ces stratégies utilisent les connaissances relatives à la structuration de la scène en cellules et les relations de visibilité qui existent entre elles. Nous avons mis en oeuvre une version parallèle de cet algorithme à l'aide de l'environnement de programmation MPI (Message Passing Interface). Dans ce cas, toutes les données sont stockées sur un disque commun à tous les processeurs afin de réduire le nombre de messages et leur taille. Chaque processeur effectue les calculs pour un ensemble de régions selon les mêmes stratégies d'ordonnancement que l'algorithme séquentiel. Un mécanisme d'équilibrage de charge dynamique suivant une technique de vol de tâche (task stealing) permet d'éviter que certains processeurs restent inactifs au cours des calculs. Enfin, la terminaison de l'algorithme est réalisée à l'aide d'une reconfiguration dynamique des processeurs en anneau qui permet également la gestion de la convergence de l'algorithme.

Les processus de conception industriels font de plus en plus appel à l'utilisation de maquettes numériques. La manipulation d'objets complexes requiert alors l'utilisation d'interfaces à retour d'effort afin de rendre l'interaction plus intuitive. D'autre part, ces processus de conception et de développement s'inscrivent de plus en plus dans une démarche de travail collaboratif.Dans ce contexte, nous proposons d'étudier une architecture distribuée en vue de manipuler des objets dans un environnement virtuel.Afin de garantir la stabilité du système, nous détaillons ensuite deux méthodes dérivées du domaine de la téléopération. La première repose sur les couplages virtuels proportionnels dérivés dans le cas de retards faibles. La seconde est basée sur les variables d'onde quelque soit le retard. Nous proposons, enfin, d'enrichir le retour d'effort en ajoutant de l'haptique événementielle que nous nous proposons d'évaluer.

Cette thèse a pour sujet la réutilisation des préoccupations dans le paradigme de l'objet. De nombreux langages et modèles pour la séparation des préoccupations existent dans la littérature. Leurs limitations nous ont permis d'isoler toutes les propriétés nécessaires pour réutiliser facilement les préoccupations. Ces propriétés sont principalement : i) l'encapsulation de la composition au sein d'entité réifié (qui doivent pouvoir être abstraite, et supporter l'héritage), et ii) un panel assez varié d'opérateurs d'adaptation (encapsulé par les entités précédemment citées) est nécessaire à la composition de préoccupations dans l'objet. Aucun langage ou modèle de la littérature ne procure actuellement ces propriétés. Nous avons donc construit un modèle réunissant toutes ces propriétés, qui a été implémenté sous la forme d'un plug-in pour l'environnement de développement Eclipse. Nous avons validé notre implémentation sur les mêmes exemples qui ont été utilisés pour dresser les manques de la littérature. Enfin, nous évoquons les perspectives d'utilisation de notre modèle dans le paradigme des composants et dans l'approche MDA.