Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'analyse d'images texturées et plus particulièrement d'images 3D (ensembles de voxels). Pour ces dernières, les difficultés d'analyse sont principalement dues à la très grande quantité d'informations à prendre en compte et à traiter, ce qui rend inefficaces les méthodes dédiées aux images 2D. De plus, outre le faible nombre de travaux proposant des méthodes réellement 3D, la majeure partie des méthodes d'analyse de textures existantes n'ont pas une applicabilité très étendue et sont incapables d'identifier certaines classes de textures. En comparaison, le système visuel humain s'adapte à tous types de textures, même en présence d'un contexte défavorable. Les textures sont donc facilement discernées par l'humain, mais très difficiles à définir sous forme d'un modèle mathématique unique offrant une description purement quantitative. Partant de l'hypothèse qu'il est plus pertinent de décrire une texture avec des adjectifs qualificatifs (description qualitative) plutôt qu'avec un modèle mathématique unique, nous avons choisi dans un premier temps de définir un nouvel ensemble de descripteurs de textures permettant une caractérisation qualitative des textures contenues dans les images 3D. Il est difficile de produire une définition consensuelle du terme "texture". Néanmoins, la première contribution de cette thèse est la proposition d'un nouvel ensemble de caractéristiques de textures solides construit à partir de propriétés de textures facilement appréhendable par l'utilisateur humain. Ces nouveaux descripteurs permettent entre autres de décrire des propriétés texturales telles que la directionnalité, la rugosité et le contraste. La deuxième contribution de cette thèse correspond aux techniques multi-résolutions que nous proposons d'exploiter pour extraire ces caractéristiques des images 3D, techniques basées sur une décomposition en ondelette couplée à une analyse des composantes géométriques contenues dans les représentations obtenues. Enfin, le système de segmentation interactif d'images échographiques 3D de la peau, intégrant nos descripteurs de textures solides, couplé à un mécanisme de clustering et à une interface homme-machine adaptée constitue, selon nous, une troisième contribution. Ce système nous a permis de valider expérimentalement la robustesse et la généricité de nos propositions, et intéresse aujourd'hui de nombreux acteurs du monde de la santé (médecins, dermatologues, industriels, ...).

Avec la révolution numérique de cette dernière décennie, la quantité de photos numériques mise à disposition de chacun augmente plus rapidement que la capacité de traitement des ordinateurs. Les outils de recherche actuels ont été conçus pour traiter de faibles volumes de données. Leur complexité ne permet généralement pas d'effectuer des recherches dans des corpus de grande taille avec des temps de calculs acceptables pour les utilisateurs. Dans cette thèse, nous proposons des solutions pour passer à l'échelle les moteurs de recherche d'images par le contenu. Dans un premier temps, nous avons considéré les moteurs de recherche automatique traitant des images indexées sous la forme d'histogrammes globaux. Le passage à l'échelle de ces systèmes est obtenu avec l'introduction d'une nouvelle structure d'index adaptée à ce contexte qui nous permet d'effectuer des recherches de plus proches voisins approximées mais plus efficaces. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à des moteurs plus sophistiqués permettant d'améliorer la qualité de recherche en travaillant avec des index locaux tels que les points d'intérêt. Dans un dernier temps, nous avons proposé une stratégie pour réduire la complexité de calcul des moteurs de recherche interactifs. Ces moteurs permettent d'améliorer les résultats en utilisant des annotations que les utilisateurs fournissent au système lors des sessions de recherche. Notre stratégie permet de sélectionner rapidement les images les plus pertinentes à annoter en optimisant une méthode d'apprentissage actif.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les applications de patrimoine numérique ont été largement développées grâce aux techniques de réalité virtuelle, également appelées Virtual Museum (VM). Les appareils et les contenus numériques augmentent considérablement, ce qui permet le système d’interaction de faire immerger les utilisateurs dans la VM. Afin de développer une application interactive, une interaction est toujours définie avant la création d'une application sur la plate-forme sélectionnée. Cela dépend du contenu et des appareils, ce qui est limité s’il y a le changement d'appareil. A l’heure actuelle, les technologies de la réalité virtuelle évoluent rapidement. Une plate-forme de développement d’application doit supporter l’évolution des périphériques et optimiser les systèmes d’interaction à utiliser dans les ordinateurs virtuels. Cependant, l'organisation des périphériques et la structure du contenu sur une plate-forme ne font toujours pas l'objet d'une gestion efficace pour soutenir une interaction alternative en général.Nous avons proposé une nouvelle méthode pour développer une application de VM qui fournit un modèle de narration numérique pour créer un contenu interactif et un système d’interaction adaptatif dans lequel une application est exportable dans n’importe quel appareil. Nous fournissons aux développeurs des outils d’édition flexibles pour gérer la structure du contenu. L'utilisation des interactions sera interprétée dans une abstraction de haut niveau et exécutée sur un périphérique matériel de bas niveau où les interactions ont été adaptées. La narration spécifie le comportement d'interaction qui peut conduire à une interaction dans une scène virtuelle, même un périphérique peut être commuté. Notre système d'interaction adaptatif supporte l'identification des capacités des appareils et des attentes en matière de narration qui pourraient être sélectionnées pour un système d'apprentissage efficace et pour améliorer le niveau d'immersion. Cette mise en œuvre est utile à déployer non seulement pour le développement d'applications de patrimoine numérique, mais également pour l'ingénierie industrielle où un contenu interactif et un travail collaboratif sont nécessaires. / Digital heritage applications have been widely developed through Virtual Reality (VR) technologies as known as Virtual Museum (VM). Devices and digital contents are significantly increasing which support interaction system to immerse users into VM. In order to develop interactive application, interaction is always defined before creating application up to selected platform. It depends on a given content and devices which is limited when considering switching devices. Nowadays VR technologies is rapid changing, a platform to develop application should support devices changing and also to optimize interaction system to be used in VM. However, both devices organization and contents structure on a platform is still lacking efficient management to support alternative interaction in general.We proposed a novel method for developing a VM application providing digital storytelling template to create interactive content and adaptive interaction system where an application is exportable into any device. We provide flexible editing tools for developer to manage the content structure. The interaction usage will be interpreted into a high-level abstraction and run on a low-level hardware device where interactions have been adapted. Storytelling will specify interaction behavior which can drive interaction in a virtual scene even device may be switched. Our adaptive interaction system supports to identify devices capabilities and storytelling expectation which could be selected for efficiency learning system and improve level of immersion. This implementation is useful to deploy not only for the development of digital heritage applications, but also for industrial engineering where interactive content and collaborative working are required.

Le repliement de biomolécules à partir de méthodes computationelles reste un grand défi. Plus particulièrement, les simulations de dynamique moléculaire tout-atomes sont intrinsèquement longues et ne permettent pas encore d’atteindre l’échelle de temps de la microseconde de façon courante. En général, un approche gros-grain est préférée pour simuler des systèmes plus grands et des échelles de temps plus longues. Les approches automatiques comme la dynamique moléculaire ne tiennent pas compte de l’expertise de l’investigateur. Ce travail de thèse explore le repliement des biomolécules au moyen de simulations de dynamique moléculaire interactives avec les modèles gros-grains OPEP et HiRE-RNA, respectivement dédiés aux acides aminés et nucléiques. Les simulations interactives sont comme les simulations classiques, mais permettent en plus à l’utilisateur d’appliquer des forces sur une sélection d’atomes et d’observer la réaction du système en direct pendant que la simulation tourne depuis un logiciel de visualisation moléculaire. Des développements logiciels dédiés ont été faits dans un de ces programmes, UnityMol, couplé aux simulations gros-grain OPEP et HiRE-RNA. Ce travail est complété par une incursion dans la biologie intégrative. L’utilisation de modèles théoriques et expérimentaux est proposée sous deux formes: l’introduction de biais dans les simulations pour les faire converger plus rapidement vers des résultats plausibles et le guidage des utilisateurs au cours de sessions interactives. Cette réflexion montre la complémentarité des méthodes théoriques et des méthodes expérimentales pour l’étude des biomolécules. Quelques essais de repliement ont été menés par des simulations interactives avec nos outils. Une approche dite collaborative (ou plus généralement “crowdsourcing”) au repliement de molécules d’ARN gros-grains avec le modèle HiRE-RNA fut menée. Le repliement de peptides a suivi dans une configuration de laboratoire avec OPEP. En complément, des aspects de réalité virtuelle et des améliorations de performance du logiciel de simulation de réseaux de ressorts BioSpring ont été explorés / The folding of biomolecules by computational methods remains a big challenge. Most notably, all-atom molecular dynamics (MD) simulations are intrinsically time consuming and do not yet commonly reach the microsecond time scale. Generally, a coarse-grained approach is preferred to simulate bigger systems and larger time scales. Automated approaches like MD do not account for the investigator expertise. The present thesis explores the folding of biomolecules with interactive molecular dynamics (IMD) simulations using the OPEP and HiRE-RNA models, respectively for amino acids and nucleic acids. IMD is like MD, but in addition, the user can apply forces on a selection of atoms and see the reaction of the system live from a molecular visualization software while the simulation is running. Dedicated software developments were done in such a program named UnityMol, coupled with coarse-grained OPEP and HiRE-RNA simulations. The picture is completed with an incursion into integrative biology. The use of theoretical and experimental models is proposed in two declinations: biasing MD simulations to faster converge to plausible results and guide users during interactive sessions. This work shows the complementarity of experimental and theoretical methods when it comes to biomolecules. A few trials at folding with IMD and our set of tools are exposed: mainly a crowdsourcing approach to RNA folding with coarse-grained HiRE-RNA models and the interactive folding of peptides in a laboratory setup of OPEP simulations. In complement, virtual reality aspects and performance enhancement of a spring network model simulation package named BioSpring have been explored

Pour assister les aînés, les technologies apparaissent a priori comme des ressources intéressantes. Encore faut-il qu’elles soient acceptées. Les modèles théoriques d’acceptation des technologies existants s’ancrent difficilement dans les cadres disciplinaire et empirique de la gérontologie. L’objectif de cette recherche est donc de proposer une théorisation du processus d’acceptation des technologies qui tienne compte du vieillissement biopsychosocial. Une démarche scientifique empirico-inductive est mise en œuvre. Il s’agit d’une Théorisation Ancrée (TA) dans l’expérience vécue par des aînés associés à la conception d’un calendrier interactif (Amelis). Les études psycho-ergonomiques conduites pour la conception avant et pendant l’usage d’Amelis montrent que les AME ont plusieurs fonctions utiles pour les aînés. Mais des obstacles d’usage apparaissent concernant l’apprentissage, la crédibilité du système, ou encore ses sollicitations corporelles, émotionnelles et cognitives envers l’utilisateur. La compréhension de cette réalité vécue par les aînés assure l’ancrage empirique de la TA dont les résultats mettent en évidence la centralité du concept de temporalité. Ce concept se décline selon les dimensions chronologique, adaptative et axiologique du temps. Ainsi, dans un contexte gérontologique, l’acceptation d’une technologie se rapporte à des moments spécifiques, à des processus développementaux et adaptatifs mais aussi aux perceptions et valeurs accordées au temps. Intégrer le concept de temporalité et ses déclinaisons aux modèles d’acceptation des technologies renforcerait leur cohérence théorique et empirique avec le vieillissement. / Technologies may support older adults in their aging process. However, to be useful, they have to be accepted. Existing technology acceptance models are not well adapted into the gerontological context. These models probably neglect aging-specific acceptance factors. The aim of this study is to understand the technology acceptance process by the older people. We develop an inductive and empirical approach for conceptualising the acceptance dimensions related to the biopsychosocial experience of aging. We used an adaptation of the Grounded Theory (GT) methodology to investigate older participants’ experience during the participatory design of an interactive calendar called Amelis. Both the design studies and the usage studies highlight that Amelis can be useful for the elderly in different ways. Nevertheless, we identify barriers to the use of such technology. They are related to the learning process, the credibility of the electronic device, and various loads for users (i.e. cognitive, emotional, physical). Understanding user experience represents the empirical basis of the GT. The GT results emphasize that time is a key concept to analyze technology acceptance by the elderly. Three conceptual dimensions appear regarding time: chronological, adaptive, axiological. The gerontological context gives precise meaning to those dimensions. Accordingly, technology acceptance by the elderly especially depends on (1) specific moments (2) adjustment process regarding aging changes (3) time value. Underlining the importance of time provides directions for further research within the elderly. It also supports the evolution of professional practices as well as institutional choices.

L'ingénierie du logiciel s'intéresse, entre autres, à trois aspects du développement des systèmes interactifs (SI) : la liaison entre les données sources et leurs présentations cibles ; la conception de la facette interactive ; l'exécution d'un même SI sur différentes plates-formes d'exécution. Les différentes évolutions du web et des données, la diversification des plates-formes d'exécution, ainsi que les techniques d'interactions modernes amènent à revoir la manière de traiter ces trois aspects. L'ingénierie des modèles (IDM) apporte une solution à l'exécution multi-plateforme en échelonnant la conception d'un SI sur différents niveaux d'abstraction. C'est sur ce principe que nos travaux se fondent. Nous avons tout d'abord défini un langage de correspondance, appelé Malan, dédié au lien entre les données sources d'un SI et leurs présentations cibles. Malan a pour avantages de : s'abstraire des plate-forme de données et d'IHM utilisées ; pouvoir réaliser des calculs complexes pour la disposition des éléments d'une présentation ; avoir été développé spécialement pour la liaison données-présentations, contrairement aux langages de transformations classiques. Nous avons ensuite conçu un modèle conceptuel d'interaction, appelé Malai, réunissant les caractéristiques majeures des principaux modèles d'interactions. Malai vise à : faciliter la conception du feed-back intérimaire des instruments ; réutiliser des interactions déjà définies ; considérer une action comme un objet à part entière ; décrire des interactions classiques et modernes ; générer du code pour une plate-forme d'exécution donnée.

Le contexte de recherche de cette thèse est celui du passage des Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur (EIAO) aux Environnements Interactifs d'Apprentissage à Distance (EIAD). Nos travaux se situent plus particulièrement dans le champ de recherche des CSCL (Computer-Supported Collaborative Learning) qui s'attache à favoriser, par des moyens informatiques, la construction de connaissances de manière collective. Notre démarche consiste tout d'abord à réfléchir aux conditions à créer pour avoir de réelles activités collectives entre apprenants, puis à concevoir l'environnement informatique qui soutienne ces activités. Nous avons choisi d'utiliser la pédagogie de projet comme fondement pour ces activités collectives. Cette pédagogie a déjà fait ses preuves, principalement dans les situations d'apprentissage traditionnel en classe. Sa mise en oeuvre dans une situation d'apprentissage à distance doit être effectuée attentivement afin qu'elle soit adaptée à ce contexte. Notre thèse propose une mise en place de cette pédagogie en s'appuyant sur une organisation humaine en équipe, cette dernière étant composée d'apprenants se trouvant à distance et engagés dans un même projet. Un tuteur, distant lui aussi, joue alors le rôle de chef de projet pour suivre et assister les apprenants. La structuration du projet dans le temps étant très importante, nous préconisons une structuration en étapes composées elles-mêmes de phases synchrones et asynchrones qui rythment le projet. Afin de supporter cette pédagogie de projet à distance, nous avons conçu et développé un environnement informatique nommé SPLACH (Support d'une pédagogie de Projet pour L'Apprentissage Collectif Humain). Cet environnement intègre les outils nécessaires aux activités collectives (outils de communication asynchrones et synchrones, outil de partage d'application, outil de planification, outil de documentation). L'intérêt d'intégrer ces outils dans un même environnement est, d'une part, de faciliter l'utilisation du système par les apprenants, et, d'autre part, de pouvoir analyser les activités collectives dans la perspective d'apporter des conseils aux utilisateurs. Nous avons particulièrement étudié l'analyse des conversations synchrones en concevant une interface spécifique fondée sur des actes de langage et permettant la détermination de profils de comportements sociaux (animateur, indépendant, ...). SPLACH a été expérimenté dans deux contextes différents : avec des élèves de collège dans le domaine de l'apprentissage de la technologie et avec des étudiants québécois apprenant la programmation. Ces deux expérimentations montrent que SPLACH peut être utilisé dans différents contextes de formation et pour divers domaines d'apprentissage.

Depuis l'A380 et avec l'introduction du standard ARINC 661, les systèmes d'affichage et de contrôle des cockpits sont passés d'un rôle de simple afficheur, à celui d'un système interactif permettant à l'équipage d'interagir sur les écrans grâce à l'utilisation d'un ensemble clavier/dispositif de pointage appelé KCCU. L'utilisation de cette nouvelle capacité d'interaction est à ce jour limitée à des interactions avec des systèmes avions non critiques. Pour envisager son extension à des systèmes critiques il faut se poser la question du respect d'exigences de sureté de fonctionnement imposées à de tels systèmes sans pour autant diminuer son niveau d'utilisabilité. Dans cette optique, nous proposons dans le cadre de nos travaux de recherche, différentes approches pour contribuer au développement d'un tel système interactif critique. La première approche est de tendre vers une conception zéro défaut, en réalisant une description précise et non ambigüe des composants logiciels du système interactif en utilisant une technique de description formelle. La seconde approche est l'utilisation de techniques de tolérance aux fautes car il existe toujours des fautes résiduelles de conception, des fautes matérielles ou venant de l'environnement. Dans ce cas, l'utilisation de technique de tolérance aux fautes permet au système de continuer à remplir ses fonctions en dépit de l'occurrence de fautes. La troisième approche est l'explicitation de l'impact des différentes approches de tolérance aux fautes sur l'utilisabilité du système interactif. Cette explicitation est faite au travers de la réalisation et de l'analyse des modèles de tâche, décrivant l'activité de l'utilisateur du système.