Cette thèse propose une exploration de la subjectivité de notre perception conditionnée par l'expérience, par la mémoire des sens et par les changements de compréhension qu'apportent les nouvelles connaissances. Le hasard et l'inconstance de la création, la précarité et l'ambiguïté du perçu, ce qui fait partie du parcours perceptif et créatif, l'incertitude par principe, c'est aborder le réel : « […] en refusant d'accepter toute réalité qui serait figée dans l'immobilité. » Bien que cette thèse s'échafaude à partir de théories issues des sciences physiques, les œuvres qui en sont issues ne sont ni des explications ni des démonstrations formelles de ces théories. À partir d'un regard sur le monde, les œuvres proposent certains des aspects du monde réel. Elles se présentent comme de petits univers laissant à l'observateur libre cours à la conception qu'il se fait de la réalité. La thèse se construit autour de ces modélisations métaphoriques entre arts et sciences, générées à partir d'une rencontre entre certaines théories scientifiques et les œuvres qui en résultent. Elle regroupe trois corpus questionnant notre perception. Chacun des corpus fera référence aux théories suivantes: le principe d'incertitude d'Heisenberg (Heisenberg, W. 1920), les objets fractals (Mandelbrot, B. 1975), la théorie des univers parallèles d'Everett (Everett 1957), la théorie du chaos en partie évoquée par Lorenz (Lorenz 1961) et formalisée, entre autres, par Feigenbaum (Feigenbaum 1975). Je m'appuierai aussi sur les thèses exposées dans les livres « La plénitude de l'univers » (Bohm, D. 1963) et « L'univers chiffonné » (Luminet J.P. 2005). Ces théories, chacune avec ses modalités propres, entretiennent une relation particulière avec la notion d'incertitude. Ces liens sont expliqués plus spécifiquement au premier chapitre. Le rapport entre ces théories et ma pratique, le lien avec ma recherche-création s'est fait, bien sûr, à travers la création des œuvres. L'élaboration du lien théorie-pratique a pris forme suivant un aller-retour ininterrompu. Il s'est développé tout au long de la thèse à l'intérieur même de chacun des corpus qui les concernent. L'appendice A de la thèse comprend la liste complète des compilations des questionnaires remplis par les observateurs lors d'une l'exposition-recherche qui a eu lieu à la galerie CDEx de l'UQAM en mars 2007. Les appendices B et C représentent la totalité des deux journaux de voyage rédigés lors de deux séjours de recherche en résidence d'artistes, en Islande (novembre 2005) et en France (novembre et décembre 2006), pour la création des œuvres du troisième corpus. Ces deux appendices auraient tout aussi bien pu avoir été placés au début de la thèse. Commencer la lecture du présent texte par ces deux récits auto-ethnographiques est d'ailleurs une option que je propose au lecteur. Même s'ils concernent spécifiquement le troisième corpus, ils pourraient faire office d'introduction ou de résumé puisqu'ils mettent en évidence la nature spécifique de mes intérêts en recherche-création. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Art, science, incertitude, perception, réel.

Cette thèse porte sur l'étude du rendu multimodal en Réalité Virtuelle (RV), et a pour objectif d'améliorer l'activité des utilisateurs dans les environnements virtuels.<br />Plus particulièrement, nous cherchons à exploiter au mieux la bande passante sensori-motrice humaine et les capacités sémantiques des modalités visuelles, audio et haptiques afin d'améliorer le confort, les performances ou la compréhension de l'opérateur dans ses diverses tâches. L'ambition de nos recherches réside dans une approche générique et contextuelle du rendu multimodal en RV, c'est-à-dire qui s'éloigne des solutions adhoc et liées à des applications précises. Nos travaux se veulent également orientés vers la tâche, et non vers le réalisme.<br />Notre contribution majeure est l'élaboration d'un processus de supervision de la distribution multimodale dédié aux applications de RV. Ce processus est fondé sur un modèle générique des interactions, qui permet de représenter à l'aide d'un nombre limité d'éléments simples la sémantique des tâches et les rendus multimodaux possibles du système. Le cœur de la supervision est un moteur à base de règles logiques, capable de décider, à partir d'une base de connaissances, pour une interaction et dans un contexte donné, quel est le rendu multimodal le plus adéquat.<br />Des évaluations du processus de supervision sont réalisées sur des scénarios concrets de Mécanique des Fluides, de Bio-Informatique et de CAO. Les résultats sont satisfaisants, tant au niveau de la fiabilité et de la qualité des rendus décidés, que de l'adaptabilité du superviseur à des contextes différents et de la rapidité de la décision, compatible avec des interactions de RV en temps réel.

L'objectif de la Réalité Augmentée (RA) est d'intégrer des objets virtuels dans des images d'une scène réelle.<br />Les applications de la RA nécessitent que la scène augmentée soit continuellement mise à jour en fonction des mouvements de la caméra dans la scène.<br />Il est donc primordial de pouvoir calculer à chaque instant les paramètres de la caméra pour avoir une composition cohérente.<br />Cependant, les paramètres calculés sont souvent affectés par des fluctuations statistiques, ce qui nuit à l'impression visuelle de la scène augmentée.<br />Le problème de stabilisation de la caméra a été considéré par Kanatani et Matsuaga qui classifient les déplacements de la caméra par un certain nombre de modèles de mouvement.<br />Nous avons proposé de poursuivre leurs travaux dans un cadre d'environnements de type multi-planaire et de tester différents critères de sélection de modèles, ce qui a mis en évidence que l'usage de critères impliquant l'information sur la covariance des paramètres calculés améliorait la précision et la robustesse des points de vues calculées.<br /><br />Idéalement, un système de RA devrait fonctionner dans un environnement sans besoin de préparer la scène.<br />Dans cette thèse, nous considérons les problèmes du calcul du point de vue et des paramètres intrinsèques de la caméra dans le cadre d'environnements de type mu<br />lti-planaire.<br />De telles structures sont très courantes en intérieurs comme en extérieurs et le domaine d'application de nos méthodes est donc assez large.<br /><br />Nos évaluations expérimentales montrent que les stratégies ici proposées améliorent la précision et la stabilité dans le calcul des paramètres de la caméra et,<br />par conséquent, la qualité des séquences augmentées.

En réalité virtuelle, pour adapter les interfaces aux utilisateurs, deux dimensions doivent être étudiées : la tâche et l'utilisateur. <br />La première concerne les tâches d'interaction en réalité virtuelle, plus particulièrement la manipulation et la locomotion. L'étude et la comparaison des propriétés spatiales des environnements réels et virtuels nous permettent de proposer des modèles hiérarchiques de ces tâches, spécifiant les configurations d'interaction problématiques pour un utilisateur. En fonction de ces configurations problématiques, un concepteur devra contraindre le déplacement ou aider l'interaction. La principale difficulté que nous avons identifiée est l'adaptation de l'interface aux référentiels spatiaux de l'utilisateur (égocentrique, exocentrique). <br />La seconde dimension concerne l'identification des caractéristiques de l'utilisateur influençant la performance en fonction de la tâche (locomotion vs. manipulation) et de l'interface (immersive visuellement vs. peu immersive visuellement). Pour la configuration n'induisant que peu d'immersion visuelle, un écran d'ordinateur et un grand écran sont utilisés, l'angle de vue de l'utilisateur est conservé constant. Cette étude montre l'impact sur la performance d'interaction des capacités spatiales, de la dépendance-indépendance à l'égard du champ et de l'expérience en jeu vidéo, pour différentes interfaces et tâches. Nous montrons notamment qu'un grand écran peut soutenir la performance et minimiser l'influence des capacités spatiales sur celle-ci.

Les technologies de la réalité virtuelle permettent à un utilisateur d'interagir en temps réel, au moyen de diverses interfaces, avec un monde tridimensionnel engendré par l'ordinateur. Les thérapeutes se sont saisis des possibilités de ce nouveau mode d'interaction, et ont contribué au développement d'environnements virtuels ciblant le diagnostic, la thérapie, la réhabilitation, et l'évaluation. Nous avons choisi de nous concentrer sur la prise en charge de troubles cognitifs et comportementaux rencontrés dans les domaines de la psychiatrie et de la neuropsychologie.<br /> Les technologies de la réalité virtuelle offrent de nouveaux moyens d'évaluer et de réhabiliter les fonctions cognitives. Elles permettent de surmonter certaines difficultés inhérentes aux méthodes traditionnelles et proposent des solutions plus adaptées. Typiquement, les tâches « papier-crayon » sont remplacées par des mises en situation proches des activités de la vie quotidienne. La contribution de cette recherche concerne ainsi l'adéquation de l'approche réalité virtuelle au diagnostic et à la thérapie, et les apports conséquents.<br />Deux thèmes, encore peu investigués, ont retenu notre attention : le traitement de la phobie sociale en psychiatrie, et l'évaluation de la planification de l'action en neuropsychologie. La recherche que nous avons menée a ainsi visé deux objectifs. Le premier a été de concevoir deux applications fondées sur la réalité virtuelle concernant ces deux thèmes et d'en évaluer la faisabilité. Le second a été de dégager les apports de la réalité virtuelle à la prise en charge de dysfonctionnements de l'individu.<br />La création et la mise en place d'une thérapie de la phobie sociale fondée sur la réalité virtuelle a soulevé différents enjeux : créer des situations d'interaction sociale suscitant des réactions émotionnelles chez des patients phobiques sociaux ; investiguer les différentes facettes de la phobie sociale. Les résultats de l'étude clinique menée auprès de patients phobiques sociaux ont conclu à l'efficacité de la thérapie par réalité virtuelle. <br /> La conception d'un système virtuel dédié à la prise en charge de dysfonctionnements cognitifs de l'individu nous a conduits à aborder l'évaluation de la planification de l'action. Elle est fondée sur la création d'une tâche de planification et d'un environnement virtuel dits écologiques. L'application s'est déroulée dans le contexte du vieillissement et de la maladie de Parkinson. L'étude menée auprès de patients parkinsoniens laisse entrevoir la pertinence et les potentialités de l'utilisation de la réalité virtuelle.<br /> Les expérimentations menées nous permettent ainsi de dégager les apports de la réalité virtuelle dans la prise en charge de troubles cognitifs et comportementaux. Les apports tels que le contrôle des stimuli, la flexibilité, etc. ouvrent la voie à de nouveaux thèmes de réflexion concernant la place de la réalité virtuelle dans le processus clinique.

Ce mémoire traite de la question des annotations en environnement virtuel pour aider à la conception collaborative de produit. Pour ceci, nous nous inspirons de deux approches : d'une part l'utilisation de la réalité virtuelle pour la conception collaborative, et d'autre part la gestion des connaissances.<br />Notre premier apport est la définition d'un modèle de l'annotation 3D, qui comporte trois parties : la forme, la spatialisation et les méta-données. Nous présentons en particulier les supports spécifiques de l'annotation 3D, l'ancre et le point de vue géométrique.<br />Nous proposons, afin de gérer le grand nombre d'annotations et l'absence d'ordre canonique de lecture d'un objet 3D, l'introduction d'une ontologie indexant les annotations.<br />A l'aide de notre environnement prototype, nous avons évalué l'influence de l'utilisation de l'ontologie sur la lecture des annotations 3D. Les résultats indiquent un apport de l'ontologie, les utilisateurs trouvant plus facilement l'information pertinente.

Ce mémoire décrit la conception d'une interface sensori-motrice de marche 1D destinée à des applications de Réalité Virtuelle, capable de simuler la marche naturelle sur place. La plupart des interfaces existantes ne permettent pas de marcher de façon naturelle en termes de longueur et de vitesse de pas. Notre état de l'art des interfaces de locomotion est suivi d'une analyse concernant la perception du mouvement ainsi que la biomécanique de la marche humaine, deux domaines de connaissance pris en compte lors de la conception de notre interface. Ainsi, le dimensionnement des actionneurs doit prendre en compte de nombreux facteurs liés à l'homme et à la nature des stimuli sensoriels que nous souhaitons restituer à l'utilisateur. En outre, notre interface possède une instrumentation spécifique permettant de mesurer efficacement les réponses motrices de l'utilisateur. Nous proposons également différentes stratégies de pilotage des pédales permettant de rendre l'interface la plus transparente possible pour l'utilisateur. Ces stratégies peuvent être facilement intégrées au niveau de la tâche de pilotage de l'interface en raison de son caractère fortement générique. Nous présentons enfin l'intégration de notre interface avec un environnement virtuel existant et proposons une validation basée sur des critères d'interaction et d'immersion sensori-motrices et mentales.

Cette thèse combine le calcul haute performance à la réalité virtuelle pour permettre la conception de méthodes de couplage de composants parallèles à l'intérieur d'applications distribuées et interactives.<br /> Un nouveau modèle de couplage est présenté, conçu selon des critères de modularité, simplicité, efficacité et extensibilité. La construction des applications repose sur une séparation entre la programmation de modules parallèles réutilisables et la définition de l'application sous forme de graphe de flux de données contenant des mécanismes de filtrage et de synchronisations, permettant d'exprimer des schémas de communication collective et des politiques de couplage avancées.<br /> Ce travail sur le couplage interactif est complété par une extension haut niveau concernant le rendu distribué. En exploitant une description modulaire de la scène 3D en primitives indépendantes basées sur l'utilisation de shaders, des réseaux de filtrage permettent de combiner plusieurs flux pour acheminer efficacement les informations aux machines de rendu. Ce système est très extensible et permet la création de nouvelles applications exploitant la puissance des cartes graphiques pour décharger certains calculs des processeurs et réduire les transferts réseau.<br /> De nombreuses applications nouvelles sont ainsi développées, combinant des algorithmes de vision parallélisés immergeant l'utilisateur dans l'environnement virtuel, et des interactions avec des objets contrôlés par des simulations physiques distribuées (poterie, collisions, fluides).

Ce mémoire de thèse de doctorat présente l'évaluation d'un système de réalité mixte dans le cadre d'une utilisation sur le site d'opération de construction. Il s'agit notamment de déterminer la pertinence d'un tel outil mobile pour des opérateurs pour les assister dans leurs tâches quotidiennes, et notamment dans la préparation et le suivi des opérations de construction ou rénovation. Cet outil se voudrait être un outil d'aide à la décision pour les maîtres d'ouvrages et maîtres d'œuvre. Le cas d'étude porte sur la rénovation virtuelle des baies anciennes (datées du XVIIIème siècle) dans une cellule des bâtiments conventuels de Cluny (Saône et Loire, France). L'approche consiste à comparer l'efficacité, la précision et la rapidité d'opérateurs dans la réalisation de tâches identiques. Trois méthodes liées à l'utilisation des nouvelles technologies dans le domaine de l'AIC (Architecture Ingénierie et Construction) sont comparées, elles ont guidé la définition du protocole expérimental. La première méthode traditionnelle fournit à l'opérateur de la documentation papier. La seconde met en œuvre la dématérialisation des données constructives, accessibles depuis un ordinateur de bureau. La troisième méthode plus innovante ajoute à la précédente l'accès colocalisé à la base de données grâce à un terminal mobile. Une étude qui a suivi a porté sur la visualisation et l'interprétation de résultats de simulation thermique, en réalité virtuelle. La comparaison des trois premières méthodes a donné lieu à une première expérimentation dont les résultats ont montré la légère prédominance du second scénario (travail sur ordinateur de bureau). Cependant, au-delà des aspects d'ergonomie et d'interface utilisateur, des investigations complémentaires doivent être menées pour étudier l'opportunité du développement du BIM in situ, c'est-à-dire l'utilisation du modèle de données du bâtiment (BIM- Building Information Model) sur le chantier.

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, psychologique 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 de charge émotionnelle, 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.