La réalité virtuelle est une technologie qui permet à un utilisateur d'interagir avec une scène générée par ordinateur. L'environnement virtuel dans lequel évolue le participant doit lui fournir des informations sensorielles pour qu'il puisse effectuer des tâches de façon naturelle. Plusieurs outils logiciels et matériels sont actuellement disponibles sur le marché pour tenir compte des différents aspects d'un environnement virtuel: visualisation immersive, simulation des lois de la physique, émissions sonores, etc. Cependant, aucune application n'a été développée pour intégrer ces différentes technologies dans un seul et même système. Ce projet présente une approche modulaire et flexible qui utilise les principes du multi-îhreading afin de synchroniser les données communes de position, d'orientation et de facteurs d'échelle entre plusieurs sous-systèmes intégrés dans un environnement virtuel multi-sensoriel et distribué. L'application finale comporte cinq soussystèmes qui gèrent tous un aspect de l'environnement virtuel : la synchronisation, la visualisation, la gestion des lois physiques, la distribution sur un réseau et l'intégration des sous-systèmes. Tout d'abord, un module de synchronisation forme le coeur du système en protégeant l'accès asynchrone aux données partagées entre les modules. Un processus de synchronisation en trois étapes permet alors de maintenir la cohérence entre les différents modules. Ensuite, un module de visualisation permet de produire un rendu graphique en trois dimensions de l'environnement virtuel en affichant les géométries et les textures des différents éléments virtuels composant la scène. De plus, un module haptique est utilisé pour appliquer les lois physiques sur les objets. Puis, afin de distribuer les modules sur plusieurs machines d'un réseau ou rendre l'application multi-utilisateurs, un module de distribution sera également ajouté au système final. Enfin, un module d'intégration permet d'interconnecter les modules entre eux en encapsulant les fonctionnalités du module de synchronisation. Ce dernier module permettra de gérer la transmission d'information entre les modules et d'ajouter des comportements de haut niveau au système final comme la navigation, la manipulation d'objets, des interfaces graphiques, etc.

Les avancées technologiques des programmes de simulation et des ordinateurs commerciaux rendent la simulation en temps réel de procédés complexes plus accessible au public. La simulation en temps réel nous permet de ressentir les vraies dynamiques d'un modèle physique qui pourrait être trop difficile ou trop coûteux à réaliser en réalité. Le concept présenté, dans ce mémoire, porte sur l'utilisation de la simulation en temps réel pour réaliser des laboratoires virtuels interactifs et versatiles. En génie électrique, on pourrait prendre comme exemple les laboratoires de machines électriques où il est difficile en salle de classe de démontrer les dynamiques et les envergures des machines rencontrées dans l'industrie. Le laboratoire virtuel de ce cours serait une représentation complète de la table physique dans l'environnement de simulation, à la différence que l'on pourrait modifier les machines à volonté pour avoir par exemple des machines plus proches de la réalité industrielle. Dans un premier temps, les objectifs et contraintes des laboratoires d'enseignement sont présentés. On en déduira les objectifs que doivent remplir les laboratoires virtuels en temps réel. Ensuite, on introduira la conception de la structure que doit respecter le modèle de simulation pour permettre la réalisation d'un laboratoire "bac à sable". Une réflexion doit être apportée pour que le modèle permette à l'utilisateur de réaliser le maximum d'expériences différentes tout en restant intuitif. Des composants permettant d'atteindre les objectifs déterminés ont été développés. Ils ont été créés pour permettre leur modification durant la simulation, apportant ainsi une plus grande versatilité une fois la simulation créée. Enfin, l'étendue des possibilités que proposent les laboratoires virtuels en temps réels sera présentée. Des expériences seront réalisées sur deux laboratoires créés dans le cadre de ce mémoire. Le premier traite du cours d'électrotechnique fondamental, où divers essais sur les transformateurs et les charges passives peuvent être réalisés. Le deuxième porte sur un réseau d'usine où le démarrage des machines de grande puissance et leurs interactions sont présentés. / Technological advances in simulation programs and commercial computers make real-time simulation of complex processes more accessible to the general public. Real-time simulation allows us to experience the true dynamics of a physical model that might be too difficult or too expensive to realize in reality. The concept presented in this memoire focuses on the use of real-time simulation to create interactive and versatile virtual laboratories. In electrical engineering, we could take, as an example, the electrical machine laboratories where it is difficult in the classroom to demonstrate the dynamics and scale of machines encountered in the industry. The virtual lab in this course would be a complete representation of the physical workbench with in the simulation environment. With the difference that the machines could be modified at will, for example, to be closer to the reality of the industry. First, the objectives and constraints of the teaching laboratories are presented, from wich we will deduce the objectives that must be fulfilled by real-time virtual laboratories. Then, we will introduce the design of the structure that the simulation model must respect to allow the realization of a "sandbox" type laboratory. The model must allow to realize a maximum of different experiments while remaining intuitive. Components allowing to reach the determined objectives have been developed. They were created to allow their modification during the simulation, thus bringing a greater versatility once the simulation is created. Finally, the extent of the possibilities offered by real-time virtual laboratories will be presented. Experiments will be performed on two labs created for this memoire. The first deals with the fundamental electrical engineering course, where various tests on transformers and passive loads can be performed. The second deals with a factory grid where the starting of large machines and their interactions are presented.

Les avancées technologiques des programmes de simulation et des ordinateurs commerciaux rendent la simulation en temps réel de procédés complexes plus accessible au public. La simulation en temps réel nous permet de ressentir les vraies dynamiques d'un modèle physique qui pourrait être trop difficile ou trop coûteux à réaliser en réalité. Le concept présenté, dans ce mémoire, porte sur l'utilisation de la simulation en temps réel pour réaliser des laboratoires virtuels interactifs et versatiles. En génie électrique, on pourrait prendre comme exemple les laboratoires de machines électriques où il est difficile en salle de classe de démontrer les dynamiques et les envergures des machines rencontrées dans l'industrie. Le laboratoire virtuel de ce cours serait une représentation complète de la table physique dans l'environnement de simulation, à la différence que l'on pourrait modifier les machines à volonté pour avoir par exemple des machines plus proches de la réalité industrielle. Dans un premier temps, les objectifs et contraintes des laboratoires d'enseignement sont présentés. On en déduira les objectifs que doivent remplir les laboratoires virtuels en temps réel. Ensuite, on introduira la conception de la structure que doit respecter le modèle de simulation pour permettre la réalisation d'un laboratoire "bac à sable". Une réflexion doit être apportée pour que le modèle permette à l'utilisateur de réaliser le maximum d'expériences différentes tout en restant intuitif. Des composants permettant d'atteindre les objectifs déterminés ont été développés. Ils ont été créés pour permettre leur modification durant la simulation, apportant ainsi une plus grande versatilité une fois la simulation créée. Enfin, l'étendue des possibilités que proposent les laboratoires virtuels en temps réels sera présentée. Des expériences seront réalisées sur deux laboratoires créés dans le cadre de ce mémoire. Le premier traite du cours d'électrotechnique fondamental, où divers essais sur les transformateurs et les charges passives peuvent être réalisés. Le deuxième porte sur un réseau d'usine où le démarrage des machines de grande puissance et leurs interactions sont présentés. / Technological advances in simulation programs and commercial computers make real-time simulation of complex processes more accessible to the general public. Real-time simulation allows us to experience the true dynamics of a physical model that might be too difficult or too expensive to realize in reality.The concept presented in this memoire focuses on the use of real-time simulation to create interactive and versatile virtual laboratories. In electrical engineering, we could take, as an example, the electrical machine laboratories where it is di cult in the classroom to demonstrate the dynamics and scale of machines encountered in the industry. The virtual lab in this course would be a complete representation of the physical workbench with in the simulation environment. With the difference that the machines could be modified at will, for example, to be closer to the reality of the industry. First, the objectives and constraints of the teaching laboratories are presented, from wich we will deduce the objectives that must be fullled by real-time virtual laboratories.Then, we will introduce the design of the structure that the simulation model must respect to allow the realization of a "sandbox" type laboratory. The model must allow to realize a maximum of different experiments while remaining intuitive.Components allowing to reach the determined objectives have been developed. They were created toallow their modification during the simulation, thus bringing a greater versatility once the simulationis created.Finally, the extent of the possibilities oered by real-time virtual laboratories will be presented. Experiments will be performed on two labs created for this memoire. The firrst deals with the fundamental electrical engineering course, where various tests on transformers and passive loads can be performed. The second deals with a factory grid where the starting of large machines and their interactions are presented.

Les univers virtuels connaissent un essor important. L'engouement pour ces univers s'explique par l'originalité de l'expérience que les résidents y vivent et à laquelle ils participent. La présente recherche vise la compréhension de ce phénomène en le positionnant comme une expérience de consommation ludique durant laquelle les consommateurs découvrent des aspects de leur soi en interagissant avec les autres usagers. Dans de tels univers, le consommateur se choisit un personnage (un avatar) lui servant d'identité virtuelle. Les travaux en la matière considèrent que l'anonymat et la liberté de choix de cette identité virtuelle constituent des aspects très motivants pour les résidents. S'insérant dans le cadre d'une démarche exploratoire, l'objectif premier de cette recherche est l'étude des principaux facteurs qui influencent le rapport à l'avatar dans l'expérience de consommation des univers virtuels. En choisissant comme terrain le monde virtuel Second Life, une recherche qualitative a été menée ainsi qu'une analyse de contenu de données provenant de sources variées (individuelles et collectives, dans et en dehors de Second Life) à savoir quatre-vingts entrevues individuelles, trois entrevues de groupe ainsi qu'une observation non participante d'un blogue et de quatorze forums de discussion portant sur Second Life. L'analyse et l'interprétation du sens que donnent les sujets aux aspects d'eux-mêmes qu'ils décident de mettre ou ne pas mettre dans leurs avatars a permis deux contributions originales dans le domaine particulier de la consommation dans les univers virtuels. L'ébauche d'un modèle conceptuel regroupant les différentes composantes du rapport à l'avatar, les facteurs ayant une influence sur ces composantes et, enfin, leurs implications en termes de consommation. Par ailleurs, l'analyse de la distance consommateur/avatar a également conduit à la genèse d'une typologie identifiant trois profils de consommateurs (confusion, flottement et rupture) sur base du choix de l'avatar, des facteurs influençant ce choix et des implications en termes de consommation.

Cette étude avait pour objectif d’explorer l’interaction entre de jeunes apprenants (11-12 ans) lors de tâches communicatives accomplies face à face et supportées par Club Penguin Island, un jeu de rôle en ligne massivement multijoueur (MMORPG). Les questions de recherche étaient triples: évaluer la présence d’épisodes de centration sur la forme (FFEs) lors des tâches communicatives accomplies avec Club Penguin Island et identifier leurs caractéristiques; évaluer l’impact de différents types de tâches sur la présence de FFEs; et examiner les attitudes des participants. Ce projet de recherche a été réalisé auprès de 20 élèves de 6ième année en anglais intensif dans la province de Québec. Les participants ont exécuté une tâche de type «information gap», et deux tâches de type «reasoninggap» dont une incluant une composante écrite. Les tâches ont été réalisées en dyades et les enregistrements des interactions ont été transcrits et analysés pour identifier la présence de FFEs et leurs caractéristiques. Une analyse statistique fut utilisée pour évaluer l’impact du type de tâche sur la présence de FFEs, et un questionnaire a été administré pour examiner les attitudes des participants à la suite des tâches. Les résultats révèlent que des FFEs ont été produits lors des tâches accomplies avec le MMORPG, que les participants ont pu négocier les interactions sans l’aide de l’instructeur et que la majorité des FFEs visaient des mots trouvés dans les tâches et le jeu. L’analyse statistique démontre l’influence du type de tâche, puisque davantage de FFEs ont été produits lors de la tâche de type «information gap» que l’une des tâches de type «reasoning gap». Le questionnaire sur les attitudes révèle qu’elles ont été positives. Les implications pédagogiques soulignent l’impact des MMORPGs pour l’acquisition des langues secondes et les conclusions ajoutent à la littérature limitée sur les interactions entre de jeunes apprenants. / The objective of the present study was to explore negotiated interaction involving young children (age 11-12) who carried out communicative tasks supported by Club Penguin Island, a massively multiplayer online role-playing game (MMORPG). Unlike previous studies involving MMORPGs, the present study assessed the use of Club Penguin Island in the context of face-to-face interaction. More specifically, the research questions were three-fold: assess the presence focus-on-form episodes (FFEs) during tasks carried out with Club Penguin Island and identify their characteristics; evaluate the impact of task type on the presence of FFEs; and survey the attitudes of participants. The research project was carried out with 20 Grade 6 intensive English as a second language (ESL) students in the province of Quebec. The participants carried out one information-gap task and two reasoning-gap tasks including one with a writing component. The tasks were carriedout in dyads, and recordings were transcribed and analyzed to identify the presence of FFEs and their characteristics. A statistical analysis was used to assess the impact of task type on the presence of FFEs, and a questionnaire was administered to assess the attitudes of participants following the completion of all tasks. Findings revealed that carrying out tasks with the MMORPG triggered FFEs, that participants were able to successfully negotiate interaction without the help of the instructor, and that most FFEs were focused on the meaning of vocabulary found in the tasks and game. The statistical analysis showed the influence of task type since more FFEs were produced during the information-gap task than one of the reasoning-gap tasks. The attitude questionnaire revealed positive attitudes, which was in line with previous researchon digital games for language learning. Pedagogical implications point to the impact of MMORPGs for language learning and add to the scarce literature on negotiated interaction with young learners.

Titre de l'écran-titre (visionné le 2 octobre 2023) / Cette étude explore l'utilisation de la haute réalité virtuelle immersive (HVR) dans le contexte de tâches communicatives auprès d'élèves de 6ᵉ année inscrits à un programme d'anglais intensif dans la province de Québec. Inscrite dans la théorie socioculturelle et la théorie de l'activité (Engeström, 2015 ; Gánem-Gutiérrez, 2014 ; Lantolf et al., 2020), l'étude a pour but d'explorer (a) l'utilisation de stratégies d'échafaudage par les apprenants, (b) l'engagement des apprenants lors de tâches communicatives et (c) l'impact de la culture de classe sur l'engagement des apprenants. Divisés en équipes de quatre, 24 élèves de 6ᵉ année (11-12 ans) inscrits à un programme d'anglais intensif ont accompli quatre tâches communicatives avec l'application Rec Room au moyen du visiocasque Meta Quest 2. Les tâches consistaient en différentes caractéristiques (orale vs écrite, « reasoning-gap » vs « information-gap ») et ont été créés selon les principes de Jauregi et al. (2011) et González-Lloret et Ortega (2014). D'une perspective qualitative, des données ont été amassées sur une période de six semaines au printemps 2022. Ces données comprennent les transcriptions des interactions entre les élèves lors des tâches, les notes d'observation et les questionnaires administrés. Elles incluent aussi les entrevues avec l'enseignante et les élèves participant à une étude de cas. Les résultats de l'analyse contribuent de plusieurs façons au domaine de l'apprentissage des langues et répondent à l'appel de chercheurs tels que Dhimolea et al. (2022) et Tai et al. (2020) qui ont souligné le besoin d'investiguer le phénomène de la HVR dans différents contextes. De manière générale, les résultats confirment que la haute réalité virtuelle immersive peut être utilisée avec succès auprès de jeunes apprenants engagés dans des tâches communicatives. Cette étude est la première, à ma connaissance, à présenter des preuves systématiques de l'utilisation de stratégies d'échafaudage par de jeunes apprenants dans le contexte de tâches communicatives en HVR. Comme le proposent d'autres études qui ont étudié la production d'épisodes axés sur la langue (LRE) (Couture-Matte, 2022 ; Gagné & Parks, 2013 ; García Mayo & Imaz Agirre, 2019), l'analyse révèle que les participants ont utilisé plusieurs épisodes majoritairement initiés par les élèves, axés sur le vocabulaire de Rec Room ainsi que des tâches et résolus par les élèves et le chercheur. Les résultats suggèrent que différents types de tâches ont un impact sur la nature des LRE. Suivant les travaux de Villamil et De Guerrero (1996) et de Priego (2007), une taxonomie des stratégies d'échafaudage autres qu'axées sur la langue a été créée. L'analyse suggère que les élèves ont utilisé plusieurs stratégies, dont certaines sont directement issues de l'utilisation de visiocasques. Concernant l'engagement des participants, cette étude est la première, à ma connaissance, à explorer l'analyse d'un système d'activité auprès de jeunes apprenants en HVR. Les résultats révèlent que les participants étaient très engagés dans les tâches mais qu'ils ont fait l'expérience de plusieurs tensions en lien avec l'utilisation de visiocasques, les tâches et la culture de classe. Ces résultats s'ajoutent aux études ayant exploré des tensions dans le contexte de l'apprentissage des langues médié par les technologies (Osorio Agudelo, 2018 ; Priego & Liaw, 2017 ; Ryder & Yamagata-Lynch, 2014). À la suite de Ryder et Yamagata-Lynch (2014), des comparaisons entre deux équipes ont révélé qu'une équipe avec un bas niveau de fonctionnement a fait l'expérience de plus de tensions non résolues et de natures différentes qu'une équipe avec un haut niveau de fonctionnement. La motivation des élèves, les dynamiques d'équipe et le respect des règles de classe sont des raisons possibles soulevées. Concernant la culture de classe, cette étude est également la première, à ma connaissance, à investiguer le phénomène de la HVR auprès de jeunes apprenants de langue seconde. En adéquation avec Gagné et Parks (2013), les résultats soulignent l'impact de la perception qu'avait l'enseignante de son rôle et de son approche pédagogique sur la manière dont les élèves ont utilisé la langue cible, manipulé les visiocasques, géré le travail d'équipe et réglé les problèmes langagiers. Les implications pédagogiques de cette étude soulignent les avantages de l'utilisation de la HVR auprès de jeunes apprenants de langue seconde. À cet égard, l'importance de la culture de classe et de l'impact des défis technologiques a été soulignée. / The present study investigated the use of high-immersive virtual reality (HVR) in the context of communicative tasks by Grade 6 intensive ESL students in the province of Quebec. Drawing on sociocultural theory and activity theory (Engeström, 2015; Gánem-Gutiérrez, 2014; Lantolf et al., 2020), it sought to explore (a) the use of scaffolding strategies; (b) student engagement during the carrying out of tasks; and (c) the impact of classroom culture on how students engaged with tasks. Participants consisted of 24 Grade 6 students (aged 11- 12) from one intact classroom enrolled in an intensive ESL program. Students were divided into teams of four and carried out four communicative tasks with the HVR application Rec Room as accessed through the Meta Quest 2 head-mounted display (HMD). The four tasks had different characteristics (oral vs. written, information-gap vs. reasoning-gap) and followed the design principles outlined by Jauregi et al. (2011) and González-Lloret and Ortega (2014). Conceived within a qualitative perspective, data were collected over a 6-week period in the spring of 2022 and consisted of transcriptions of student interaction as they carried out tasks with Rec Room, questionnaires, field notes, and interviews with the teacher and case study students. Findings confirm that HVR can be used successfully with young learners engaged in communicative tasks, thus answering the call of researchers such as Dhimolea et al. (2022) and Tai et al. (2020) who highlighted the need for research on HVR in different learning contexts. With respect to scaffolding strategies, the present study is, to my knowledge, the first to present systematic evidence of their use by young language learners engaged in communicative tasks in HVR. In line with other studies that investigated form-focused episodes with young learners (Couture-Matte, 2022; Gagné & Parks, 2013; García Mayo & Imaz Agirre, 2019), the analysis revealed that students scaffolded their interactions by producing language-related episodes (LREs) that were mostly triggered by students, that focused on vocabulary found in the application and the tasks, and that were resolved by other students or the researcher. Differences between task types point to their impact on the focus of LREs. A taxonomy of scaffolding strategies other than language-related, based on the work of Villamil and De Guerrero (1996) and Priego (2007), was also created. Of particular note in this regard was that students made use of several scaffolding strategies, many of which directly stemmed from the use of HVR such as warning students as they navigated the physical environment while wearing headsets. With regard to student engagement, the present study was the first, to my knowledge, to explore student engagement as part of an activity system analysis with young language learners in the context of HVR. Findings revealed that students were highly engaged in the tasks but that they experienced several tensions that mostly stemmed from the use of HMDs, the classroom culture or the tasks themselves. Results in this regard add to the literature which evaluated tensions in the context of technology-mediated language learning (Osorio Agudelo, 2018; Priego & Liaw, 2017; Ryder & Yamagata-Lynch, 2014). In line with the study of Ryder and Yamagata-Lynch (2014), comparisons between one high functioning and one low functioning team revealed that they experienced tensions of different nature and that the low functioning team was less capable of resolving tensions than the high functioning team. Student motivation, team dynamics and compliance with class rules were suggested as probable reasons for such differences. With respect to classroom culture, findings were, to my knowledge, also the first to provide an understanding of the impact of classroom culture on the HVR phenomenon with young language learners. Following Gagné and Parks' (2013) approach, the analysis revealed that the teacher's views of her role and approach to language learning had a profound impact on how students engaged with the use of the target language, handled the technological tools available, dealt with autonomy and group work, and responded to language-related problems. Pedagogical implications point to the advantages of using HVR devices with young learners. In this respect, the importance of classroom culture and the impact of technological challenges in the use of HMDs were also underscored.

Les développements récents de la réalité virtuelle font du travail collaboratif assisté par ordinateur un outil prometteur et flexible. Il est en effet aujourd’hui possible, de représenter les données ainsi que les utilisateurs eux-mêmes de manière vivante dans les environnements virtuels collaboratifs (EVC). Les EVC se définissent comme des mondes virtuels distribués, générés par ordinateur, dans lesquels les utilisateurs peuvent se rencontrer, communiquer et interagir entre eux, mais aussi avec des données et des objets 3D. Les utilisateurs peuvent être éloignés physiquement, parler des langues différentes et utiliser des systèmes informatiques hétérogènes tout en collaborant malgré tout au sein d’un EVC. L’objectif principal des EVC est de proposer une collaboration fluide entre plusieurs utilisateurs. Ceci implique de prendre en charge un nombre considérable d’échanges, de communications et de négociations mais également de permettre des activités collaboratives. Par ailleurs, il est nécessaire de proposer des techniques d’interaction ainsi que des moyens pour bien prendre conscience de tout ce qui se passe dans l’environnement. Afin de préserver ces différents aspects dans la conception des EVC, nous nous intéressons à quatre facteurs essentiels : l’immersion, la conscience, la communication et l’intuitivité. Ces facteurs sont déterminants pour le succès des systèmes virtuels collaboratifs. En tenant compte des quatre facteurs cités cidessus, nous proposons et évaluons de nouvelles métaphores pour la navigation et la manipulation afin d’améliorer et d’enrichir les techniques d’interactions dans les EVC. Premièrement, nous proposons et évaluons un ensemble de trois métaphores de navigation pour explorer un environnement à plusieurs : indiquer un chemin en dessinant des flèches, illuminer un chemin à suivre et orienter une boussole pour montrer une direction. Ces métaphores peuvent être implémentées dynamiquement et utilisées directement dans n’importe quels environnements. Nos résultats révèlent que ces métaphores de navigation réduisent considérablement le temps passé à chercher un chemin dans des contextes d’exploration collaborative. Par ailleurs, nous avons développé une technique de manipulation directe dédiée aux environnements virtuels immersifs. Cette technique, qui utilise sept points de contrôle, affranchit l’utilisateur de plusieurs difficultés souvent rencontrées telles que le tremblement de la main ou l’effet Heisenberg lors de la manipulation d’objets 3D dans un système de projection immersive. En réduisant le nombre de degrés de liberté de l’objet manipulé à l’aide de point de contrôle, notre technique permet à l’utilisateur de contrôler partiellement l’objet, rendant ainsi la manipulation d’objets volumineux plus aisée. Enfin, nous avons implémenté et évalué deux métaphores d'interaction dans une application de conception et d'aménagement de poste de travail industriel. En tenant compte des quatre facteurs cités ci-dessus, nous avons implémenté une application de conception de poste de travail pour trois principaux types d'utilisateurs : un utilisateur final, un ingénieur et un expert en ergonomie. Afin d'avoir un niveau d'immersion optimal et des interactions naturelles entre des utilisateurs, nous avons implémenté une configuration de système asymétrique pour chaque utilisateur. Chacun pouvait utiliser quelque métaphores de communication implicites qui étaient simples, naturelles, et pertinentes dans notre contexte collaborative. / Recent progress of the virtual reality technology gives the computer supported collaborative work a potential and flexible tool of vividly representing data as well as users themselves in collaborative virtual environments. Collaborative virtual environments have been defined as computer-based, distributed virtual worlds in which people can meet, communicate and interact with others, with data and 3D objects. People may be geometrically far from each other, speak different languages and use heterogeneous computer systems. The ultimate goal in developing collaborative virtual environments is to support a smooth collaboration between multiple users which involves considerable communication and negotiation, cooperative and collaborative activities, interaction techniques, and awareness process. Considering these aspects into the design of a collaborative virtual environment, we are interested in four main factors, including immersion, awareness, communication and naturalness. These factors greatly determine the success of a collaborative virtual system. From the need of improving and completing interaction techniques in CVEs considering the four preceding factors, in this research we propose and evaluate new metaphors for 3D navigation and manipulation techniques. The first contribution of this research is to propose and evaluate a set of three navigation metaphors in a collaborative exploration context, including drawing directional arrows, lighting up path to follow, and orientating a compass to show a direction. These navigation metaphors can be dynamically implemented and used without constraints in any 3D virtual environments. The empirical result of our experiment revealed that these navigation metaphors considerably reduced wasted time in a wayfinding task of a collaborative exploring scenario. We have developed, in the second part of this research, a direct manipulation technique in immersive virtual environments. This manipulation technique deals with some difficulties the user often encounters such as hand jitter or Heisenberg effects while manipulating 3D objects in immersive projection systems. By dividing the number of degrees of freedom of the manipulated object into each handle of our tool, our technique enables a user to partially control the object, making the manipulation of large objects easier in immersive virtual environments. The last contribution of this research is the implementation and evaluation of two interaction metaphors in a digital mock-up application. Taking into account the four factors including immersion, awareness, communication and naturalness, we have built a workstation design application for three main users: an end-user, a design engineer and an ergonomics expert. In order to have an optimal immersion for the whole application and natural interaction between them, we have implemented an asymmetric system setup at each user's site. Each user could use some implicit communication metaphors which were simple, natural and still relevant in our collaborative context.