En informatique ambiante, les objectifs de l'utilisateur peuvent émerger opportunément. Il devient, dès lors, nécessaire de générer à la volée des systèmes interactifs. Un système interactif est composé d'un noyau fonctionnel et d'une Interface Homme-Machine (IHM). Cette thèse traite de la composition d'IHM pour un objectif utilisateur et un contexte d'usage (utilisateur, plate-forme, environnement) donnés. Elle en propose un espace problème fondé sur les exigences utilisateur recueillies par une étude qualitative. Un état de l'art positionne notre travail et en montre la complémentarité par rapport aux travaux existants : la composition du modèle de tâches. La composition de l'IHM concrète est déléguée à une boîte à outils d'interacteurs définis au niveau tâches. La composition du modèle de tâches se fait par planification automatique. L'étude montre que les planificateurs existants répondent partiellement au problème. Aussi, un planificateur a été spécifiquement développé pour l'IHM. Son utilisation est illustrée dans un prototype Compose. Le travail est original à deux titres : d'une part, son approche « Composition de modèles de tâches » est une extension de la littérature ; d'autre part, la composition d'IHM est un nouveau cadre applicatif pour les algorithmes de planification. / In ubiquitous computing, user needs may opportunistically emerge along the variation of the context of use. Thus, there is a need for dynamically composing interactive systems. An interactive system is made of a functional core and a User Interface (UI). This work deals with the composition of UIs to support opportunistic user needs in a given context of use (user, platform, environment). It proposes a problem space of UI composition based on a social study. A state of the art shows the originality of the work: the composition of the task model. The composition of the concrete UI is delegated to a toolkit of interactors defined at the task level. The composition of the task model is done by automated planning. The work shows that current planners do not fulfill Human Computer Interaction (HCI) requirements. Therefore, a specific planner has been developed to compose UIs. This planner is used in Compose, our proof of concept. The work is original in two points: first, by the high level of abstraction the composition is performed at; secondly, by the use of automated planning in HCI.

En Interaction Homme-Machine, la qualité est une utopie : malgré toutes les précautions prises en conception, il existe toujours des utilisateurs et des situations d'usage pour lesquels l'Interface Homme-Machine (IHM) est imparfaite. Cette thèse explore l'auto-explication des IHM pour améliorer la qualité perçue par les utilisateurs. L'approche s'inscrit dans une Ingénierie Dirigée par les Modèles. Elle consiste à embarquer à l'exécution les modèles de conception pour dynamiquement augmenter l'IHM d'un ensemble de questions et de réponses. Les questions peuvent être relatives à l'utilisation de l'IHM (par exemple, "A quoi sert ce bouton ?", "Pourquoi telle action n'est pas possible ?) et à sa justification (par exemple, "Pourquoi les items ne sont-ils pas rangés par ordre alphabétique ?"). Cette thèse propose une infrastructure logicielle UsiExplain basée sur les méta-modèles UsiXML. L'évaluation sur un cas d'étude d'achat de voitures montre que l'approche est pertinente pour les questions d'utilisation de l'IHM. Elle ouvre des perspectives en justification de conception. / In Human-Computer Interaction, quality is an utopia. Despite all the design efforts, there are always uses and situations for which the user interface is not perfect. This thesis investigates self-explanatory user interfaces for improving the quality perceived by end users. The approach follows the principles of model-driven engineering. It consists in keeping the design models at runtime so that to dynamically enrich the user interface with a set of possible questions and answers. The questions are related to usage (for instance, "What's the purpose of this button?", "Why is this action not possible"?) as well as to design rationale (for instance, "Why are the items not alphabetically ordered?"). This thesis proposes a software infrastructure UsiExplain based on the UsiXML metamodels. An evaluation conducted on a case study related to a car shopping webiste confirms that the approach is relevant especially for usage questions. Design rationale will be further explored in the future.STAR

L'assistance à la conception et plus particulièrement l'assistance à la conception architecturale offre un potentiel riche en applications pour de nombreux thèmes de recherche en informatique. Les travaux présentés dans ce mémoire, concernent plusieurs de ces thèmes. Dans un premier temps, nous présentons le contexte général d'une démarche de conception : l'objet, le processus et les acteurs. Puis, nous nous intéressons à la modélisation des objets en cours de conception et à la prise en compte de leur évolution dans un modèle informatique. Le champ expérimental mis en oeuvre dans cette étude a permis de mettre en évidence les limites des modèles à objets face à la représentation d'objets en cours de conception. En considérant l'approche hypermédia comme un moyen souple d'organisation et de recherche d'informations, adapté au processus de conception, nous présentons une méthode de conception d'hypermédia permettant à l'utilisateur-concepteur d'organiser son domaine de compétences afin de le proposer à d'autres concepteurs. Nous illustrons l'utilisation de cette méthode et mettons en évidence ses limites par la présentation de quelques exemples de mise en oeuvre. Après avoir fait le constat que l'image occupe une place importante dans la conception architecturale, nous proposons différentes utilisations de celle-ci dans l'assistance à la conception : la recherche d'informations techniques par l'image, la veille technologique par l'image et la recherche de références par l'image. Les expérimentations réalisées permettent d'envisagées des extensions quant à la méthode utilisée et aux champs d'investigation considérés.<br />Enfin, afin d'assister certaines activités de conception qui peuvent être collectives, et en considérant la spécificité de l'activité de conception, nous proposons, sous la forme d'un meta-modèle, une représentation du contexte de coopération ainsi qu'une visualisation de ce contexte adaptée à la représentation imagière de l'architecte. Toutes ces approches ont fait l'objet d'applications et d'expérimentations en mettant en oeuvre les dernières technologies de l'information.

Cette thèse s'intéresse à l'interprétation d'images fixes et en particulier à la reconnaissance de classes d'objets. Les différentes approches considérées sont toutes des variations du modèle par sac-de-mots, utilisant des représentations locales, quantifiées à l'aide d'un vocabulaire visuel. <br>Nous nous intéresserons tout d'abord à l'étude de différentes méthodes de création du vocabulaire visuel et à l'évaluation de ces vocabulaires dans le contexte de la catégorisation d'images. <br>Dans un deuxième temps, nous étudierons la segmentation de classes d'objets et verrons en particulier comment combiner les propriétés de régularisation très locales permises par un champ de Markov avec un modèle d'apparence basé sur des régions qui représentent chacune un objet et qui sont considérées comme des collections de mots visuels.

Le contexte de recherche de cette thèse est le développement d'outils informatiques dans un cadre interculturel. La thèse prend comme cas d'étude le peuple nasa, aborigène de Colombie conservant d'importantes caractéristiques culturelles. La problématique de recherche est née à partir des différences culturelles entre ce peuple rural et la société productrice des dispositifs informatiques. Les processus d'adaptation culturelle se concentrent en général sur la traduction textuelle et sur des éléments faciles à étudier. Cependant, la culture est implicite dans une large gamme d'aspects de la conception et utilisation d'un système informatique. Par exemple, la métaphore du bureau est basée sur des éléments typiques d'un environnement de travail urbain. Toutefois, les dossiers, fichiers et autres composants de l'interface sont moins courants dans le contexte nasa. Cette thèse réalise deux contributions majeures. Premièrement, un modèle culturel qui aide à l'étude de caractéristiques socioculturelles importantes dans le développement d'outils informatiques (la langue, l'environnement et la technologie, l'organisation sociale, la structuration de l'espace, et les signes non-linguistiques). Deuxièmement, une méthode de description de conception intégrant les caractéristiques culturelles à des patrons de conception. Ceux-ci rendent possible la représentation de l'influence de la culture sur la production d'un outil. Ces contributions ont été appliquées dans le contexte nasa et deux outils ont été mis en oeuvre dans deux écoles en suivant une méthode de conception participative. Un catalogue initial de patrons décrit la résolution de différents problèmes de conception.

L'intérêt porté par l'archéologie à la réalité virtuelle est croissant. La réalité virtuelle est devenue un outil nécessaire pour l'exploration et l'étude des sites archéologiques, et plus particulièrement, les sites archéologiques sous-marins qui se révèlent parfois difficile d'accès. Les études actuelles proposent des solutions en réalité virtuelle ou en réalité augmentée sous forme d'environnements virtuels avec une interaction virtuelle et/ou augmentée mais aucune étude n'a vraiment essayé de comparer ces deux aspects de l'interaction. Nous présentons dans ce mémoire trois environnements en réalité virtuelle et un environnement en réalité augmentée où nous proposons des nouvelles méthodes d'interaction. Ainsi, nous évaluons leurs fonctionnalités d'un point de vue archéologique, nous étudions l'influence du niveau d'immersion sur les performances de l'interaction et nous réalisons une comparaison entre l'interaction en réalité virtuelle et en réalité augmentée.

Connaître la géographie de son environnement urbain est un enjeu important pour les personnes déficientes visuelles. Des cartes tactiles en relief sont généralement utilisées mais elles présentent des limitations importantes (nombre limité d'informations, recours à une légende braille). Les nouvelles technologies permettent d'envisager des solutions innovantes. Nous avons conçu et développé une carte interactive accessible, en suivant un processus de conception participative. Cette carte est basée sur un dispositif multi-touch, une carte tactile en relief et une sortie sonore. Ce dispositif permet au sujet de recueillir des informations en double-cliquant sur certains objets de la carte. Nous avons démontré expérimentalement que ce prototype était plus efficace et plus satisfaisant pour des utilisateurs déficients visuels qu'une carte tactile simple. Nous avons également exploré et testé différents types d'interactions avancées accessibles pour explorer la carte. Cette thèse démontre l'importance des cartes tactiles interactives pour les déficients visuels et leur cognition spatiale.

Les rivières sont fréquentes dans la nature, et sont donc importantes dans une simulation de scènes naturelles 3D. Afin de reproduire l'écoulement des rivières réelles, ces rivières virtuelles doivent être animées. Mais ceci est un problème difficile. Il faut prendre en compte des détails de surface et des mouvements à plusieurs échelles, et la plupart des phénomènes impliqués ont des causes physiques sous jacentes complexes. L'animation de rivières est particulièrement difficile dans le contexte d'applications interactives émergentes telles que Google Earth ou certains jeux vidéos, qui permettent à l'utilisateur d'explorer une scène très vaste et d'y observer des rivières de très près ou de très loin, à n'importe quel moment. Le contrôle utilisateur des simulations de fluide est un autre problème difficile. Le but de cette thèse est d'obtenir des rivières animées en temps-réel sur de très grand terrains, avec une animation contrôlable et un rendu détaillé et continu en temps et en espace. Pour atteindre ce but nous décomposons le problème en 3 sous-problèmes pour les grandes, moyennes et petites échelles. Nous proposons des modèles appropriés pour chaque échelle, qui représentent correctement les détails et les mouvements du fluide à l'échelle considérée. Pour les grandes échelles nous proposons une méthode procédurale pour calculer à la volée la vitesse d'écoulement de rivières de formes quelconques, avec des affluents et des îles. Pour les moyennes échelles nous proposons une méthode de simulation spécifique pour générer les vagues quasi stationnaires causées par les obstacles. Nous proposons également une méthode pour construire un maillage adaptatif aligné avec les lignes de crête de ces vagues. Pour les petites échelles, nous proposons une méthode à base de sprites texturés pour représenter les petits détails dont le spectre est stationnaire et qui sont advectés avec la rivière. Complétés par un échantillonnage adaptatif, cetteméthode nous permet de texturer de très grandes rivières, les performances étant indépendantes de la complexité de la scène. Nous proposons également une méthode lagrangienne pour l'advection de texture, qui peut s'appliquer à d'autres domaines que l'animation de rivières. Nous montrons que la combinaison de nos trois modèles nous permet d'ajouter des rivières animées visuellement convaincantes dans de très grand terrains, dans des applications temps-réel interactives.

L'acquisition et la représentation des connaissances est un aspect central dans le domaine de l'Intelligence Artificielle car une machine intelligente doit avant tout s'appuyer sur des informations représentant le monde de façon suffisamment précise. Cette difficulté à disposer d'une représentation correcte du monde est particulièrement importante lorsque l'on a à faire à un monde changeant ou à des informations provenant de sources multiples. Nous proposons dans cette thèse une méthode de fusion syntaxique de croyances dans le cas où les croyances sont représentées dans le cas où il n'existe pas de priorités explicites ni entre les agents, ni entre les croyances exprimées par les agents. Cette méthode, appelée fusion par R-ensembles, repose sur la recherche des sous-ensembles de formules à retirer afin de restaurer la cohérence. Nous avons réalisé une mise en œuvre de cette méthode basée sur la traduction du problème de fusion en un programme logique avec sémantique des modèles stables. Nous avons d'abord proposé deux implantations : une adaptation de l'algorithme smodels ainsi qu'une autre implantation basée sur les instructions fournies par Lparse/Gringo. Nous avons testé cette dernière implantation avec des expérimentations portant sur des profils de croyances générés aléatoirement ainsi que sur les données issues d'un projet européen portant sur le relevé en archéologie sous-marine. Dans un deuxième temps, cette thèse propose une extension de la fusion par R-ensembles dans deux directions. Nous nous sommes ainsi intéressés au cas où des préférences sont exprimées entre les agents ou entre les croyances exprimées par chaque agent. Nous nous sommes également penchés sur le cas où les croyances sont exprimées sous forme de programmes logiques.

L'intégration de systèmes robotiques au sein du bloc opératoire a modifié le déroulement de certaines interventions, laissant ainsi place à des pratiques favorisant le bénéfice médical rendu au patient en dépit des aspects conventionnels. Dans ce cadre, de récentes études de la Haute Autorité de Santé ont mis en avant les effets indésirables graves intervenant au cours des procédures chirurgicales robotisées. Ces erreurs, majoritairement dues aux compétences techniques du praticien, remettent ainsi en cause la formation et les techniques d'apprentissage pour la chirurgie robotisée. Bien que l'utilisation abondante de simulateurs facilite cet apprentissage au travers différents types d'entraînement, le retour fourni à l'opérateur reste succinct et ne lui permet pas de progresser dans de bonnes conditions. De ce fait, nous souhaitons améliorer les conditions d'entraînement en chirurgie laparoscopique robotisée. Les objectifs de cette thèse sont doubles. En premier lieu, ils visent le développement d'une méthode pour la segmentation et la reconnaissance des gestes chirurgicaux durant l'entraînement en se basant sur une approche non-supervisée. Utilisant les données cinématiques des instruments chirurgicaux, nous sommes capables de reconnaître les gestes réalisés par l'opérateur à hauteur de 82%. Cette méthode est alors une première étape pour l'évaluation de compétences basée sur la gestuelle et non sur l'ensemble de la tâche d'entraînement. D'autre part, nous souhaitons rendre l'entraînement en chirurgie robotisée plus accessible et moins coûteux. De ce fait, nous avons également étudié l'utilisation d'une nouvelle interface homme-machine sans contact pour la commande des robots chirurgicaux. Dans ces travaux, cette interface a été couplée au Raven-II, un robot de téléopération dédié à la recherche en robotique chirurgicale. Nous avons alors évalué les performances du système au travers différentes études, concluant ainsi à la possibilité de téléopérer un robot chirurgical avec ce type de dispositif. Il est donc envisageable d'utiliser ce type d'interface pour l'entraînement sur simulateur afin de réduire le coût de la formation, mais également d'améliorer l'accès et l'acquisition des compétences techniques spécifiques à la chirurgie robotisée. / Integration of robotic systems in the operating room changed the way that surgeries are performed. It modifies practices to improve medical benefits for the patient but also brought non-traditional aspects that can lead to serious undesirable effects. Recent studies from the French authorities for hygiene and medical care highlight that these undesirable effects mainly come from the surgeon's technical skills, which question surgical robotic training and teaching. To overcome this issue, surgical simulators help to train practitioner through different training tasks and provide feedback to the operator. However the feedback is partial and do not help the surgeon to understand gestural mistakes. Thus, we want to improve the surgical robotic training conditions. The objective of this work is twofold. First, we developed a new method for segmentation and recognition of surgical gestures during training sessions based on an unsupervised approach. From surgical tools kinematic data, we are able to achieve gesture recognition at 82%. This method is a first step to evaluate technical skills based on gestures and not on the global execution of the task as it is done nowadays. The second objective is to provide easier access to surgical training and make it cheaper. To do so, we studied a new contactless human-machine interface to control surgical robots. In this work, the interface is plugged to a Raven-II robot dedicated to surgical robotics research. Then, we evaluated performance of such system through multiple studies, concluding that this interface can be used to control surgical robots. In the end, one can consider to use this contactless interface for surgical training with a simulator. It can reduce the training cost and also improve the access for novice surgeons to technical skills training dedicated to surgical robotics.