Les domaines de la réalité virtuelle et du jeu vidéo convoquent les problématiques émotionnelles dans leurs objectifs respectifs de présence et de flow zone. Cependant, la question des méthodologies d'induction d'émotions dans les environnements virtuels de ces médiums n'a pas été largement questionnée. Après avoir défini ce que sont les émotions dans la littérature philosophique, psychologiste et physiologiste, nous cherchons à montrer les liens supposés existants entre l'émotion et les états extatiques de présence en réalité virtuelle et de flow zone dans les jeux vidéo. Nous commençons donc par montrer combien le niveau de connaissance des médiums peut influencer la sensibilité aux inductions d'émotions dans les environnements virtuels. Puis nous mettons en place une stratégie inductive d'émotions basée sur une gestion itérative des niveaux de challenge en lien avec les niveaux de compétences acquises.Nous avons validé au travers de deux expériences empiriques ayant impliquées 176 participants, une méthodologie d'induction d'émotions basée sur un schéma circomplexe. Ce schéma, construit autour de la valence et le niveau d'activation des émotions, permet d'induire des émotions dans les cinq composantes essentielles de la conception d'environnements virtuels pour la réalité virtuelle ou les jeux vidéo : la chromatique, la luminosité, la vitesse des mouvements, la dimension des espaces et le volume des interactions sociales.Mots clés : réalité virtuelle, jeu vidéo, émotions, présence, flow zone. / The fields of virtual reality and video games summon the emotional issues in their respective goals of presence and flow area. However the question of methodologies for inducing emotions in virtual environments in these mediums has not yet been widely questioned. After defining what emotions are in the philosophical, as in psychologist and physiologist literature, we seek to show existing links between emotion and states of presence in virtual reality and flow zone in video games. We show how the level of knowledge of the mediums may influence susceptibility to induction of emotions in virtual environments. Then we define a way of inducing emotions based on an iterative level management challenge in relation to the skill level.We validated through two empirical experiments that involved 176 participants a methodology for inducing emotions based on a circumplex pattern. This scheme built around the valence and arousal level of emotion, able to induce emotions in the five essential items component of the design of virtual environments for virtual reality and video games: color, brightness, movement speed, size of the space, and the volume of social interactions.Keywords: virtual reality, video games, emotions, presence, flow area.

L'automatisation de la conduite est un processus en cours qui est en train de changer radicalement la façon dont les gens voyagent et passent du temps dans leur voiture pendant leurs déplacements. Les véhicules conditionnellement automatisés libèrent les conducteurs humains de la surveillance et de la supervision du système et de l'environnement de conduite, leur permettant d'effectuer des activités secondaires pendant la conduite, mais requièrent qu’ils puissent reprendre la tâche de conduite si nécessaire. Pour les conducteurs, il est essentiel de comprendre les capacités et les limites du système, d’en reconnaître les notifications et d'interagir de manière adéquate avec le véhicule pour assurer leur propre sécurité et celle des autres usagers de la route. À cause de la diversité des situations de conduite que le conducteur peut rencontrer, les programmes traditionnels de formation peuvent ne pas être suffisants pour assurer une compréhension efficace de l'interaction entre le conducteur humain et le véhicule pendant les transitions de contrôle. Il est donc nécessaire de permettre aux conducteurs de vivre ces situations avant leur première utilisation du véhicule. Dans ce contexte, la Réalité Mixte constitue un outil d'apprentissage et d'évaluation des compétences potentiellement efficace qui permettrait aux conducteurs de se familiariser avec le véhicule automatisé et d'interagir avec le nouvel équipement dans un environnement sans risque. Si jusqu'à il y a quelques années, les plates-formes de Réalité Mixte étaient destinées à un public de niche, la démocratisation et la diffusion à grande échelle des dispositifs immersifs ont rendu leur adoption plus accessible en termes de coût, de facilité de mise en œuvre et de configuration. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle de la réalité mixte dans l'acquisition de compétences pour l'interaction d'un conducteur avec un véhicule conditionnellement automatisé. En particulier, nous avons exploré le rôle de l'immersion dans le continuum de la réalité mixte en étudiant différentes combinaisons d'espaces de visualisation et de manipulation et la correspondance entre le monde virtuel et le monde réel. Du fait des contraintes industrielles, nous avons limité les candidats possibles à des systèmes légers portables, peu chers et facilement accessibles; et avons analysé l’impact des incohérences sensorimotrices que ces systèmes peuvent provoquer sur la réalisation des activités dans l’environnement virtuel. À partir de ces analyses, nous avons conçu un programme de formation visant l'acquisition des compétences, des règles et des connaissances nécessaires à l'utilisation d'un véhicule conditionnellement automatisé. Nous avons proposé des scénarios routiers simulés de plus en plus complexes pour permettre aux apprenants d’interagir avec ce type de véhicules dans différentes situations de conduite. Des études expérimentales ont été menées afin de déterminer l'impact de l'immersion sur l'apprentissage, la pertinence du programme de formation conçu et, à plus grande échelle, de valider l'efficacité de l'ensemble des plateformes de formation par des mesures subjectives et objectives. Le transfert de compétences de l'environnement de formation à la situation réelle a été évalué par des essais sur simulateurs de conduite haut de gamme et sur des véhicules réels sur la voie publique. / Driving automation is an ongoing process that is radically changing how people travel and spend time in their cars during journeys. Conditionally automated vehicles free human drivers from the monitoring and supervision of the system and driving environment, allowing them to perform secondary activities during automated driving, but requiring them to resume the driving task if necessary. For the drivers, understanding the system’s capabilities and limits, recognizing the system’s notifications, and interacting with the vehicle in the appropriate way is crucial to ensuring their own safety and that of other road users. Because of the variety of unfamiliar driving situations that the driver may encounter, traditional handover and training programs may not be sufficient to ensure an effective understanding of the interaction between the human driver and the vehicle during transitions of control. Thus, there is the need to let drivers experience these situations before their first ride. In this context, Mixed Reality provides potentially valuable learning and skill assessment tools which would allow drivers to familiarize themselves with the automated vehicle and interact with the novel equipment involved in a risk-free environment. If until a few years ago these platforms were destined to a niche audience, the democratization and the large-scale spread of immersive devices since then has made their adoption more accessible in terms of cost, ease of implementation, and setup. The objective of this thesis is to investigate the role of Mixed Reality in the acquisition of competences needed for a driver’s interaction with a conditionally automated vehicle. In particular, we explored the role of immersion along the Mixed Reality continuum by investigating different combinations of visualization and manipulation spaces and the correspondence between the virtual and the real world. For industrial constraints, we restricted the possible candidates to light systems that are portable, cost-effective and accessible; we thus analyzed the impact of the sensorimotor incoherences that these systems may cause on the execution of tasks in the virtual environment. Starting from these analyses, we designed a training program aimed at the acquisition of skills, rules and knowledge necessary to operate a conditionally automated vehicle. In addition, we proposed simulated road scenarios with increasing complexity to suggest what it feels like to be a driver at this level of automation in different driving situations. Experimental user studies were conducted in order to determine the impact of immersion on learning and the pertinence of the designed training program and, on a larger scale, to validate the effectiveness of the entire training platform with self-reported and objective measures. Furthermore, the transfer of skills from the training environment to the real situation was assessed with test drives using both high-end driving simulators and actual vehicles on public roads.

La perception visuelle est un élément déterminant pour interagir avec notre environnement. Lors des activités physiques et sportives, la prise d'informations visuelles permet notamment à un athlète d'extraire et de sélectionner les indices visuels nécessaires pour anticiper le mouvement adverse. L'analyse de cette prise d'informations visuelles a fait l'objet de nombreuses recherches dans le domaine sportif, cependant toutes les méthodes employées semblent limitées sur le plan fonctionnel ou matériel. Ce travail a pour objectif l'évaluation et la mise en oeuvre d'une nouvelle méthodologie d'analyse de la prise d'informations visuelles fondée sur l'utilisation des environnements virtuels. Cette méthodologie est appliquée à l'activité du gardien de but de handball en situation de duel. Dans un premier temps, nous comparons les performances des gardiens de but face à notre méthodologie avec ceux obtenus face à une séquence filmée afin de démontrer l'intérêt des environnements virtuels dans ce domaine. Puis, nous abordons la mise en place de notre méthodologie en nous focalisant sur l'influence du niveau de détail et de la représentation graphique de l'action de tir sur la performance du gardien de but de handball. Enfin, nous utilisons notre méthodologie pour étudier la prise d'informations visuelles du gardien de but de handball. Plus précisément, nous estimons l'importance relative des informations visuelles issues de la trajectoire du ballon et du mouvement de tir

A Grenade comme dans toute la Péninsule, l'Alhambra se révèle, incontestablement, comme l'expression la plus aboutie de la culture musulmane de l'eau. Inspirés des plus grandes civilisations antérieures, les Nasrides sont effectivement parvenus à compléter ce legs ancestral pour le transformer en une véritable culture de l'eau en Espagne ; il leur fallait pour cela non seulement une implication dans la vie quotidienne et religieuse des habitants, mais également au niveau architectural, par le biais de l'esthétisme et du ludisme. Ce fait étant établi, il est intéressant de se pencher plus avant sur l'héritage de cette culture au sein de l'Alhambra. Car force est de constater que ce legs, aujourd'hui, revêt deux aspects distincts. Bien entendu, il nous faut le considérer en termes matériels puisque cette culture s'exprime encore de nos jours pleinement dans l'architecture même des palais et jardins du joyau nasride de Grenade. Mais nous ne pouvons ni ne devons oublier que cette culture s'est également longtemps exprimée à travers le domaine de l'imaginaire, parfois même en dehors et au détriment de cette réalité matérielle et historique du monument. En ce sens, il nous semble important de nous interroger sur le pouvoir de ces deux héritages de la culture nasride de l'eau aujourd'hui, et leur dimension respective dans les mentalités actuelles concernant l'Alhambra.

Classiquement la réalité augmentée consiste en l'annotation d'objets fixes pour un utilisateur en mouvement au sein d'un environnement réel. Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'utilisation de la réalité augmentée dans le but de décrire des objets dynamiques dont le comportement n'est que peu prévisible. Nous nous intéressons tout particulièrement aux problèmes posés par la nature dynamique de l'environnement en ce qui concerne: 1°/ la description du réel (adapter les explications fournies par le guide virtuel à l'évolution de l'environnement) ; 2°/ la perception du réel (percevoir l'environnement à expliquer en temps réel à l'aide de caméras).<br>La description du réel consiste en la génération d'un exposé par le guide virtuel. Cette génération repose sur deux points: des connaissances a priori sous la forme d'explications et un comportement décrit par un automate hiérarchique. Nous considérons la visite guidée comme l'évolution conjointe du comportement du guide virtuel et des explications qu'il fournit aux visiteurs. Une explication permet de décrire l'enchaînement d'éléments de discours sur un sujet donné à l'aide d'un graphe. Chacun de ces éléments décrit une unité de discours indivisible décrivant l'utilisation des différentes modalités (parole, gestes, expression, ...) sous la forme d'un script. L'exécution d'un graphe d'explication est effectuée par le comportement qui intègre la notion d'interruption. Lorsqu'un processus d'explication est interrompu, il est suspendu et le sujet courant de la visite guidée est réévalué. Cette réévaluation repose sur l'utilisation d'un ensemble d'experts votant pour les différentes explications disponibles selon un point de vue particulier. Ce vote se base sur le contexte courant de la visite guidée (historique, temps écoulé/restant, ...) et l'état de l'environnement réel. <br>La perception consiste en la construction et la mise à jour d'une représentation de l'environnement. Ceci est effectué en temps réel par la coopération de différentes routines de perception. La complexité de l'environnement observé (quantité d'informations et variations des conditions d'éclairage) empêchent une analyse complète du flux vidéo. Nous proposons de surmonter ce problème par l'utilisation de stratégies de prise d'information adaptées. Ces stratégies de perception sont mises en oeuvre par certaines routines au travers du choix et du paramétrage des traitements qu'elles effectuent. Nous présentons un ensemble minimal de routines nécessaires à la construction d'une représentation de l'environnement exploitable dans le cadre de la description de cet environnement. Ce système repose sur la mise en oeuvre de trois stratégies de perception: la vigilance qui coordonne des traitements de détection dans le temps et dans l'espace; le suivi qui se charge de mettre à jour les propriétés spatiales des entités existantes dans la représentation; la reconnaissance dont le rôle est d'identifier ces entités. L'efficacité des stratégies de perception suppose une interaction entre la prise de décision (génération de l'exposé) et la perception (construction d'une représentation de l'environnement) de notre acteur virtuel autonome. Nous proposons de mettre en oeuvre cette interaction au travers de la représentation de l'environnement et des requêtes effectuées par le processus de prise de décision sur cette représentation.<br>Nous avons mené des expérimentations afin mettre en évidence le fonctionnement des différents aspects de notre proposition et de la valider des conditions contrôlées. Ces travaux sont appliqués à un cas concret d'environnement réel dynamique complexe au sein du projet ANR SIRENE. Cette application met en évidence les questions liées à notre problématique et montre la pertinence de notre approche dans le cadre de la présentation d'un aquarium marin d'Océanopolis.

Nos travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de l'Interaction Homme-Machine (IHM) et contribuent à la conception et à la réalisation d'un système de réalité augmentée (RA) dans le cadre précis de la maintenance. Dans cet axe de recherche de l'IHM, les avancées sont importants et se manifestent par de nombreux systèmes présents dans des domaines aussi diverses que la médecine, la maintenance, la robotique... Dans ce contexte, nous avons proposé une démarche de conception ergonomique pour les systèmes de RA. Dans cet axe, nous avons présenté les propriétés ergonomiques. Afin de caractériser plus finement la dualité de l'interaction (Utilisateur- Monde Réel et Utilisateur-Monde Virtuel), nous avons défini la notation UML. Poursuivant le cycle de vie d'un système interactif issu du génie logiciel, nous avons abordé l'étape de la conception logicielle du système de RA. Nous avons défini une solution générique de réalisation logicielle selon le modèle d'architecture logicielle PAC-Amodeus. Ce modèle adapté souligne la dualité de l'interaction avec deux branches indépendantes dédiées à l'interaction avec le monde réel et le monde informatique. En collaboration avec le technicien, nous avons appliqué et testé nos résultats méthodologiques sur une application en maintenance. Cette application, ARIMA, permet de guider les techniciens en leur procurant des informations sous forme d'augmentations multimédia afin d'accroître leur efficacité dans des activités de maintenance.

La Réalité Virtuelle propose un nouvel outil d'investigation des systèmes biologiques complexes : l'expérimentation in virtuo. La modélisation de tels systèmes implique nécessairement celle de la cinétique de réactions biochimiques. Dans ce contexte, nous soutenons la thèse qu'il est possible d'expérimenter in virtuo la cinétique biochimique d'un système biologique complexe par des systèmes multi-agents (SMA) ordonnancés sur la base d'itérations asynchrones et chaotiques. Cette cinétique peut être abordée selon trois échelles de modélisation : macroscopique, mésoscopique et microscopique. Ainsi, nous proposons d'abord un SMA capable de simuler cette dernière à l'échelle macroscopique. Nous proposons ensuite un SMA pour la cinétique à l'échelle microscopique. Afin d'illustrer ces modèles, nous les appliquons à l'exemple de la coagulation du sang. Le modèle macroscopique est illustré sur le test du temps de Quick, tandis que le modèle microscopique est appliqué à la réaction d'activation de la prothrombine en thrombine.

Cette thèse décrit la plate-forme EVI3d, dont le but premier est d'intégrer tous les résultats récents de la communication humain-machine pour améliorer les interactions en Réalité Virtuelle (RV). En termes d'architecture logicielle, le modèle proposé consiste à gérer des événements qui transitent d'un module interactif vers un autre au travers d'un serveur distribué. Afin de soulager les calculateurs 3d de certaines charges de traitement liées à l'interaction, plusieurs périphériques et modules sont ainsi exportés sur d'autres machines. Les systèmes logiciels actuels de RV ne permettent pas cette gestion distribuée des interactions immersives. Dans ce contexte, la plate-forme EVI3d intègre également un ensemble logiciel pour le développement d'applications sur divers dispositifs immersifs. Ce module permet entre autre de gérer dynamiquement la configuration géométrique et le degré d'immersion de l'application en accord avec celle du dispositif. L'une des fonctionnalités originales de cet ensemble logiciel vise à libérer la main de tout autre périphérique que ceux associés à la manipulation des objets. Pour gérer le déplacement de l'utilisateur au sein de scènes virtuels, nous proposons une extension du concept de véhicule. En analysant les mouvements de la tête de l'utilisateur par rapport à un référentiel neutre préalablement calibré, le principe consiste à utiliser cet écart pour paramétrer le déplacement du véhicule dans le monde virtuel. Cette thèse prouve enfin la faisabilité d'une approche multimodale des interactions en RV. Un démonstrateur présente notamment des interactions immersives qui utilisent une synchronisation temporelle des machines pour fusionner des événements interactifs issus de systèmes de reconnaissance à forte latence (geste, voix). Notons que la plate-forme EVI3d est entre autre validée par son utilisation dans trois applications à caractère scientifique : Mécanique des Fluides, Visualisation d'ADN et CAO en environnement immersif.

Dans les hautes vallées alpines, on observe des conflits d'intérêts entre l'économie du ski et les objectifs de préservation de la biodiversité dans le cadre du changement climatique global. Les enjeux sont importants et la concertation en matière d'aménagement devient très difficile Nous avons cherché à développer une méthodologie et un instrument d'aide à la concertation par heuristique visuelle. L'expérimentation de cet instrument est conduite sur le territoire de la Savoie et de la Haute Savoie. Cette thèse se développe en trois temps. Le premier temps définit le contexte général du changement climatique d'un point de vue global. Nous établissons ensuite un changement d'échelle pour nous rapprocher de l'échelon local. Il s'agit d'identifier les mécanismes d'émergence des conflits d'intérêts en fonction des enjeux simultanés économie du ski/préservation de la biodiversité. Le second temps développe une méthodologie pour aider la concertation autour de ce type de conflits par simulation interactive. C'est l'approche par heuristique visuelle. Nous montrons comment, une base de données doit être conçue, pour permettre la mise en œuvre de ce concept. Nous définissons également les types d'outils qui doivent être utilisés ainsi que leurs agencements pour la construction de l'environnement de simulation. Cette partie propose également une stratégie particulière d'amélioration de l'information continue quand il apparaît un besoin d'interpolation sur un faible jeu de données. Enfin, le dernier temps développe l'expérimentation sur notre terrain d'étude.

Mes travaux sont résolument ancrés dans l'ingénierie de l'Interaction Homme-Machine. Ce faisant, les deux facettes, conception ergonomique et conception logicielle, sont apparentes dans mes contributions. Mon étude s'articule autour des termes de modalité d'interaction et de multimodalité. Je me suis appuyée sur des résultats généraux incluant la définition d'une modalité et d'un espace de composition de modalités et je les ai infléchis à deux axes de recherche, l'exploration visuelle d'espaces informationnels et la réalité augmentée. Pour chacun de ces axes, des propriétés ergonomiques, des règles et patrons de conception, des solutions architecturales et logicielles, ainsi que des techniques d'interaction comme la réalité cliquable et la ballade augmentée ont été conçus.