La création d’images combinant éléments réels et virtuels ne peut être faite de manière réaliste qu’en connaissant les conditions d’illumination de la scène sous-jacente. En effet, les engins de rendu requièrent cette information afin d’ajuster l’apparence des objets virtuels de telle manière qu’ils s’incorporent naturellement à l’environnement, réel celui-là, qui les entoure. Par conséquent, toute erreur dans l’estimation de la lumière peut en quelque sorte briser l’illusion et révéler la présence d’objets insérés. À l’heure où les créations artistiques générées par ordinateur commencent à peine à apparaître authentiquement réalistes, il est plus important que jamais pour les artistes d’avoir accès à une estimation réaliste et précise des conditions d’illumination. Des méthodes existent à cet effet, mais sont limitées de par le matériel spécialisé qu’elles requièrent et du fait qu’elles ne peuvent être appliquées a posteriori, par exemple lorsqu’un artiste souhaite utiliser une photographie déjà capturée. Cette thèse se concentre sur l’application de l’apprentissage profond au problème de l’estimation de l’illumination. Nous démontrons comment ce problème, à la base radiométrique, peut être formulé comme un problème d’apprentissage de bout en bout, où le réseau profond reçoit directement une image en entrée pour produire une estimation de l’éclairage de la scène. Les résultats expérimentaux obtenus soutiennent également notre hypothèse à l’effet qu’un réseau profond peut parvenir à estimer de manière fiable les conditions d’illumination en utilisant une seule image au champ de vue limité, telle que pourrait capturer un appareil photo standard. Plus spécifiquement, nous introduisons deux modèles d’apprentissage adaptés à cette tâche, l’un capable de produire un panorama HDR à partir d’une seule image en entrée, l’autre estimant l’illumination sous la forme d’un jeu de paramètres réduit. Nous présentons également une extension de ce dernier modèle, capable cette fois de recevoir et tirer profit d’un nombre arbitraire d’images en entrée. Pour chacune de ces approches, nous faisons suivre leur présentation détaillée par une analyse poussée et quantitative de leurs performances. Nous présentons également des résultats qualitatifs à chaque étape afin de démontrer leur applicabilité à des tâches artistiques communes. Le champ d’application des méthodes présentées dans cette thèse ne se restreint cependant pas aux applications graphiques telles que les effets spéciaux, la réalité augmentée ou l’édition d’images. Bien au contraire, les possibilités d’application sont multiples dans des domaines aussi variés que l’architecture (production de maquettes de projet plus réalistes), la simulation de conduite et de pilotage, la recherche de nouveaux concepts éducatifs et le divertissement personnel, pour ne nommer qu’eux. Au final, tout élément relié à l’image et à la lumière peut potentiellement être amélioré par les idées et concepts énoncés dans cette thèse, ce qui souligne l’importance du problème abordé ici. / Producing images mixing real and virtual elements in a realistic fashion requires knowing the illumination conditions. Indeed, rendering engines need this lighting information to adjust the appearance of the objects in such a way that they visually blend in the surrounding scene. As such, any mismatch can break the illusion and reveal the presence of these virtual inserted objects. At a time when computer generated graphics are barely out of the infamous uncanny valley, obtaining accurate lighting conditions is thus a crucial part of many artistic pipelines. There exist approaches to measure a scene illumination, but they rely on specialized hardware, require careful calibration, and cannot be applied a posteriori, for instance when the picture we want to work with is already taken. In this thesis, we show how indoor illumination estimation can be framed as an end-to-end learning problem, and how a deep neural network can reliably estimate lighting information using a single, limited field-of-view, low dynamic range image (as a regular camera would produce). More specifically, we introduce two learning models for this task: 1) a method regressing an entire high dynamic range (HDR) panorama from a single image, and 2) a method estimating illumination in the form of a reduced set of lighting parameters. We also extend the latter to support an arbitrary number of images as input, in addition to the single image case. We provide detailed justifications and performance analysis for each of these methods, in addition to qualitative results demonstrating the effectiveness of our approaches for common artistic tasks and pipelines. The work presented in this thesis has several important and practical applications. Graphics domains such as special effects, augmented and virtual reality, and image editing immediately come to mind, but the field of potential applications is far vaster. From architecture (with the production or realistic mock-ups) to piloting and driving simulators (which would benefit from a more realistic illumination), from better personal entertainment to more interactive and intuitive approaches in education, the potential applications are virtually limitless. Overall, everything somehow linked to imaging and lighting can potentially be improved using the techniques we present in this thesis, which underlines the importance of the problem tackled in this work.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Les environnements virtuels prennent jour après jour une importance grandissante dans nos sociétés modernes. Leurs applications sont de plus en plus nombreuses, allant du récréatif et de l'éducatif au thérapeutique et à la télémédecine. Cependant, les paramètres exacts qui influencent l'organisation sociale dans les espaces virtuels sont encore grandement méconnus. Les résultats présentés dans ce mémoire visent à approfondir nos connaissances des interactions sociales en environnements virtuels. L'étude des interactions sociales, facteur clé de l'immersion dans les environnements virtuels, sera divisée selon trois aspects : les aspects langagiers, les aspects visuels et un cas extrême des aspects visuels en environnements virtuels. Le premier chapitre de ce mémoire, portant sur les aspects langagiers des environnements virtuels, démontre que le jugement d'humanité d'un interlocuteur durant une interaction sociale dépend non seulement du comportement de celui-ci, mais également du comportement du juge lui-même. De plus, nos résultats mettent l'accent sur l'aspect collaboratif du dialogue, tout comme sur la nature multidimensionnelle et multifactorielle de ce processus. Le deuxième chapitre de ce mémoire, portant sur les aspects visuels des environnements virtuels, suggère que les dynamiques sociales pourraient avoir une plus grande importance pour l'utilisateur que la récompense immédiate qu'apporte l'utilisation optimale de l'interface, et ainsi, représenter un facteur majeur d'immersion dans les environnements virtuels. Le troisième chapitre de ce mémoire, portant sur un cas particulier de l'aspect visuel des environnements virtuels, démontre que la sélection sociale basée sur l'apparence semble jouer un rôle considérable dans le regroupement social des communautés en ligne. Ainsi, présenter une apparence semblable pourrait donc représenter un moyen de favoriser l'émergence de groupes sociaux solides et durables. En somme, les résultats présentés dans les différents chapitres de ce mémoire sont non seulement essentiels pour la compréhension des fondements cognitifs des comportements sociaux dans les contextes virtuels, mais également pour l'optimisation de l'utilisation et du design des environnements virtuels immersifs futurs.

Les technologies numériques ont révolutionné tous les aspects de la vie sociale humaine. La mort et ses phénomènes associés n'y font pas exception, entraînant une renégociation des interactions entre les vivants et les morts. Afin d'approfondir et de structurer la compréhension de ces interactions avec et au sein du cyberespace, cette thèse introduit le concept de cyberthanatologie, défini comme étant l'articulation entre la mort et tous les phénomènes qui y sont reliés avec et au sein des espaces numériques. Prenant appui sur une approche de recherche descriptive, nos travaux visent à documenter et à comprendre les phénomènes d'appropriation par la société des espaces virtuels comme espaces d'interaction, de commémoration et de soutien pour les questions relatives à la mort et au deuil. Pour ce faire, trois objectifs sont poursuivis dans le cadre d'un programme de recherche ayant trois volets complémentaires : 1) quantifier et caractériser la présence de production de contenu spontané par des internautes sur le thème de la mort au sein d'une communauté virtuelle, 2) cartographier les ressources en ligne portant sur la mort et le deuil et 3) décrire la présence en ligne d'une des structures d'accompagnement au deuil et à la mort au Québec. Le premier objectif consiste en une exploration des réactions face à la mort au sein d'une communauté virtuelle dont l'objet central n'est pas spécifiquement lié aux questions de deuil. Notre choix de modèle s'est porté sur une communauté en ligne de fans d'une série populaire connue pour le nombre élevé de décès parmi ses personnages. Plus de 3 500 réactions à la mort de personnages fictifs, publiées sur une période de cinq années, ont été collectées et analysées. Le deuxième objectif a été réalisé à l'aide d'une cartographie exhaustive des sites web portant sur le deuil et la mort dans trois langues ayant une répartition multinationale (anglais, français, espagnol). Pour chaque langue, les sites web ont été collectés via une approche systématique et classés selon leur catégorie (gouvernemental, santé, éducatif, média social, média conventionnel, spirituel), leur pays d'origine et le(s) type(s) de soutien offert (pratique, services, par les pairs, informationnel, ressources). Le troisième objectif a porté sur l'analyse approfondie de l'une des structures d'accompagnement, en explorant spécifiquement la présence en ligne de la Fédération des coopératives funéraires du Québec. Les sites web des coopératives (21) et le site web principal de la Fédération (1) furent explorés en détail, ainsi que le matériel connexe (par exemple les forums et les pages Facebook). Les résultats confirment que le thème de la mort est abordé spontanément dans l'espace de discussion en ligne dans les jours et même les années suivant la mort du personnage. La cartographie des sites web révèle des variations entre les trois langues à la fois pour les catégories et les types de soutien. L'analyse détaillée des sites web de la Fédération des coopératives funéraires du Québec montre plusieurs caractéristiques influençant l'identité numérique et la mission communautaire de l'institution funéraire. Ces résultats mettent en évidence que des sources variées peuvent contribuer à la conversation publique sur la mort et le deuil et approfondissent la compréhension multiculturelle du soutien en ligne pour le deuil, en plus d'offrir un portrait du paysage actuel de ressources formelles et informelles d'éducation à la mort et de soutien pour le deuil. La présence en ligne de discours et de contenus liés à la mort et au deuil pourrait contribuer à redonner un sens communautaire à quelque chose qui était traditionnellement perçu comme morbide. Les travaux présentés ici combinent à la fois des avancées théoriques, par la définition de la cyberthanatologie comme un concept émergent à la fois applicable et appliqué, et des avancées sur le plan de nos connaissances pratiques, tant au niveau de la compréhension des mécanismes d'interactions au sein des communautés virtuelles, que par une cartographie représentant un portait instantané et exhaustif de la situation actuelle. Nos travaux représentent un pas important vers une rationalisation et une optimisation des stratégies d'accompagnement des personnes en deuil et en fin de vie par les espaces numériques et pose les bases d'une plus grande compréhension du rôle des technologies dans les représentations sociétales de la mort et de la manière dont elle est perçue, vécue et acceptée. / Digital technologies have revolutionized every aspect of humans' social life. Death and its related phenomena are no exception, triggering a renegotiation of the interactions between the living and the dead. In order to deepen and structure the understanding of these interactions with and within the cyberspace, this Thesis introduces the concept of cyberthanatology, defined as the articulation between death and all related phenomena with and within digital spaces. Using a descriptive research approach, our work aims to document and understand the phenomena of appropriation by the society of virtual spaces as spaces of interaction, commemoration, and support for issues related to death and grief. To do so, three objectives are pursued within three complementary research components: 1) to quantify and characterize the presence of spontaneous content production by Internet users on the theme of death, 2) to map online resources dealing with death and bereavement, and 3) to describe the online presence of one bereavement support structure from Quebec. This first objective is to explore reactions to death in a virtual community whose central focus is not specifically related to grief issues. We chose as a model an online community of fans of a popular show renowned for the high number of deaths among its characters. Over 3,500 reactions to fictional characters' death posted over five years were collected and analyzed. The second objective was realized with an exhaustive mapping of websites on grief and death in three languages having a multinational worldwide repartition (English, French, and Spanish). For each language, websites were collected through a systematic approach and classified according to their category (governmental, health, educational, social media, conventional media, spiritual), their country of origin, and the type of support they offered (practical support, services, peer support, informational support, resources). The third objective focused on an in-depth analysis of one of the accompanying structures, specifically exploring the online presence of the Quebec Federation of Funeral Cooperatives. The cooperative's websites (21) and the Federation's main website (1) were explored in detail, as well as related material (e.g., forums and Facebook pages). Findings confirm that the theme of death is spontaneously addressed in online discussion spaces in days and years following the character's death. The mapping of websites reveals variations across the three languages in both categories and types of support. Detailed investigation of the websites of the Quebec Federation of Funeral Cooperatives shows several characteristics influencing the industry's digital identity and community role. These findings unveil that a variety of sources can contribute to the public conversation about death and grief, deepen the multicultural understanding of online grief support, and offer a portrait of the current landscape of formal and informal death education and grief support resources. The online presence of death and grief-related discourses and contents could help restore a sense of community to something that has been perceived as morbid. The work presented here combines both theoretical advances, through the definition of cyberthanatology as an emerging concept that is applicable and applied, and advances in our practical knowledge, in terms of apprehending the interactions' mechanisms within virtual communities, as well as through a mapping that represents a snapshot - albeit exhaustive - portrait of the current situation. Our work represents an important step towards a rationalization and an optimization of strategies to support bereaved and dying persons through digital spaces and lays the groundwork for a greater understanding of technologies' role in societal representations of death and how it is perceived, experienced, and accepted.

Les technologies numériques ont révolutionné tous les aspects de la vie sociale humaine. La mort et ses phénomènes associés n'y font pas exception, entraînant une renégociation des interactions entre les vivants et les morts. Afin d'approfondir et de structurer la compréhension de ces interactions avec et au sein du cyberespace, cette thèse introduit le concept de cyberthanatologie, défini comme étant l'articulation entre la mort et tous les phénomènes qui y sont reliés avec et au sein des espaces numériques. Prenant appui sur une approche de recherche descriptive, nos travaux visent à documenter et à comprendre les phénomènes d'appropriation par la société des espaces virtuels comme espaces d'interaction, de commémoration et de soutien pour les questions relatives à la mort et au deuil. Pour ce faire, trois objectifs sont poursuivis dans le cadre d'un programme de recherche ayant trois volets complémentaires : 1) quantifier et caractériser la présence de production de contenu spontané par des internautes sur le thème de la mort au sein d'une communauté virtuelle, 2) cartographier les ressources en ligne portant sur la mort et le deuil et 3) décrire la présence en ligne d'une des structures d'accompagnement au deuil et à la mort au Québec. Le premier objectif consiste en une exploration des réactions face à la mort au sein d'une communauté virtuelle dont l'objet central n'est pas spécifiquement lié aux questions de deuil. Notre choix de modèle s'est porté sur une communauté en ligne de fans d'une série populaire connue pour le nombre élevé de décès parmi ses personnages. Plus de 3 500 réactions à la mort de personnages fictifs, publiées sur une période de cinq années, ont été collectées et analysées. Le deuxième objectif a été réalisé à l'aide d'une cartographie exhaustive des sites web portant sur le deuil et la mort dans trois langues ayant une répartition multinationale (anglais, français, espagnol). Pour chaque langue, les sites web ont été collectés via une approche systématique et classés selon leur catégorie (gouvernemental, santé, éducatif, média social, média conventionnel, spirituel), leur pays d'origine et le(s) type(s) de soutien offert (pratique, services, par les pairs, informationnel, ressources). Le troisième objectif a porté sur l'analyse approfondie de l'une des structures d'accompagnement, en explorant spécifiquement la présence en ligne de la Fédération des coopératives funéraires du Québec. Les sites web des coopératives (21) et le site web principal de la Fédération (1) furent explorés en détail, ainsi que le matériel connexe (par exemple les forums et les pages Facebook). Les résultats confirment que le thème de la mort est abordé spontanément dans l'espace de discussion en ligne dans les jours et même les années suivant la mort du personnage. La cartographie des sites web révèle des variations entre les trois langues à la fois pour les catégories et les types de soutien. L'analyse détaillée des sites web de la Fédération des coopératives funéraires du Québec montre plusieurs caractéristiques influençant l'identité numérique et la mission communautaire de l'institution funéraire. Ces résultats mettent en évidence que des sources variées peuvent contribuer à la conversation publique sur la mort et le deuil et approfondissent la compréhension multiculturelle du soutien en ligne pour le deuil, en plus d'offrir un portrait du paysage actuel de ressources formelles et informelles d'éducation à la mort et de soutien pour le deuil. La présence en ligne de discours et de contenus liés à la mort et au deuil pourrait contribuer à redonner un sens communautaire à quelque chose qui était traditionnellement perçu comme morbide. Les travaux présentés ici combinent à la fois des avancées théoriques, par la définition de la cyberthanatologie comme un concept émergent à la fois applicable et appliqué, et des avancées sur le plan de nos connaissances pratiques, tant au niveau de la compréhension des mécanismes d'interactions au sein des communautés virtuelles, que par une cartographie représentant un portait instantané et exhaustif de la situation actuelle. Nos travaux représentent un pas important vers une rationalisation et une optimisation des stratégies d'accompagnement des personnes en deuil et en fin de vie par les espaces numériques et pose les bases d'une plus grande compréhension du rôle des technologies dans les représentations sociétales de la mort et de la manière dont elle est perçue, vécue et acceptée. / Digital technologies have revolutionized every aspect of humans' social life. Death and its related phenomena are no exception, triggering a renegotiation of the interactions between the living and the dead. In order to deepen and structure the understanding of these interactions with and within the cyberspace, this Thesis introduces the concept of cyberthanatology, defined as the articulation between death and all related phenomena with and within digital spaces. Using a descriptive research approach, our work aims to document and understand the phenomena of appropriation by the society of virtual spaces as spaces of interaction, commemoration, and support for issues related to death and grief. To do so, three objectives are pursued within three complementary research components: 1) to quantify and characterize the presence of spontaneous content production by Internet users on the theme of death, 2) to map online resources dealing with death and bereavement, and 3) to describe the online presence of one bereavement support structure from Quebec. This first objective is to explore reactions to death in a virtual community whose central focus is not specifically related to grief issues. We chose as a model an online community of fans of a popular show renowned for the high number of deaths among its characters. Over 3,500 reactions to fictional characters' death posted over five years were collected and analyzed. The second objective was realized with an exhaustive mapping of websites on grief and death in three languages having a multinational worldwide repartition (English, French, and Spanish). For each language, websites were collected through a systematic approach and classified according to their category (governmental, health, educational, social media, conventional media, spiritual), their country of origin, and the type of support they offered (practical support, services, peer support, informational support, resources). The third objective focused on an in-depth analysis of one of the accompanying structures, specifically exploring the online presence of the Quebec Federation of Funeral Cooperatives. The cooperative's websites (21) and the Federation's main website (1) were explored in detail, as well as related material (e.g., forums and Facebook pages). Findings confirm that the theme of death is spontaneously addressed in online discussion spaces in days and years following the character's death. The mapping of websites reveals variations across the three languages in both categories and types of support. Detailed investigation of the websites of the Quebec Federation of Funeral Cooperatives shows several characteristics influencing the industry's digital identity and community role. These findings unveil that a variety of sources can contribute to the public conversation about death and grief, deepen the multicultural understanding of online grief support, and offer a portrait of the current landscape of formal and informal death education and grief support resources. The online presence of death and grief-related discourses and contents could help restore a sense of community to something that has been perceived as morbid. The work presented here combines both theoretical advances, through the definition of cyberthanatology as an emerging concept that is applicable and applied, and advances in our practical knowledge, in terms of apprehending the interactions' mechanisms within virtual communities, as well as through a mapping that represents a snapshot - albeit exhaustive - portrait of the current situation. Our work represents an important step towards a rationalization and an optimization of strategies to support bereaved and dying persons through digital spaces and lays the groundwork for a greater understanding of technologies' role in societal representations of death and how it is perceived, experienced, and accepted.

Dans la thérapie cognitive et comportementale, l'exposition demeure une des stratégies d'intervention les plus efficaces pour traiter les troubles anxieux et particulièrement la phobie spécifique (PS). L'application de l'exposition à l'aide de la réalité virtuelle offre la possibilité de faciliter l'exposition de par la variété et la rareté des stimuli, le contrôle des stimuli et la possibilité d'administrer l'intervention dans le bureau du thérapeute. Cette modalité d'application alternative à l'exposition in vivo doit être validée empiriquement afin d'évaluer son efficacité réelle et de justifier son utilisation. À cet effet, le présent programme de recherche compare deux modalités d'expositions, in vivo et in virtuo, dans le traitement de l'arachnophobie. L'expérimentation comprenant 32 participants a été faite selon un protocole d'essai clinique contrôlé avec assignation aléatoire et groupe contrôle. Les données indiquent que les deux types d'exposition semblent comparables en termes d'efficacité. Elles ne présentent pas de différences significativement sur 4 des 5 mesures de la peur des araignées. Dans la perspective d'offrir le traitement optimal selon les besoins de l'individu, le programme de recherche a porté également sur l'étude des facteurs pouvant prédire l'efficacité du traitement. Les données obtenues permettent d'observer que les individus ayant une perception favorable de leur traitement présentent moins de symptômes phobiques à la suite du traitement tout comme ceux occupant un emploi lors du traitement. Une intervention ciblant spécifiquement la perception du traitement pourrait donc potentiellement augmenter son efficacité. Occuper un emploi lors du traitement semble un prédicteur d'une plus grande diminution de symptômes suite au traitement. Ce prédicteur nécessiterait une évaluation plus poussée afin d'en comprendre ses effets et son fonctionnement. Le présent programme de recherche permet de conclure que la réalité virtuelle est une modalité d'intervention qui pourrait s'avérer un outil de traitement aussi efficace que l'exposition in vivo. Le développement de la réalité virtuelle comme modalité d'exposition s'avère une avenue d'intervention prometteuse qu'il faudrait continuer d'investir. De plus, les avantages de cette modalité pourraient en faire un traitement de choix ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réalité virtuelle, phobie spécifique, exposition in vivo, exposition in virtuo, araignées

Une majorité de mondes virtuels (MVs) existants mettent l'accent sur la qualité graphique, les capacités réseaux ou sur la qualité de la modélisation. Toutefois, ces MVs manquent souvent agilité t tant au niveau de leur conception que de leur exécution. Il en résulte des MVs monolithiques avec peu de réutilisabilité. Cette thèse propose une architecture appelée "Architecture Propriété Interaction Acteur" (APIA) qui a pour objectif d'améliorer Yagilité des MVs en se concentrant sur les caractéristiques sous-jacentes : la composabilité, la réutilisabilité, la modifiabilité, l'extensibilité et une grande liberté d'action. La solution proposée consiste en une architecture générique basée sur un méta-modèle conceptuel comprenant cinq éléments de base, supportés par un processus et des algorithmes de gestion. Comparativement aux autres approches qui sont centrées sur l'entité, le métamodèle conceptuel propose un paradigme centré sur l'interaction entre les entités. Ce paradigme permet de regrouper les protocoles entre les entités et les aspects de l'interaction dans un élément du MV nommé interaction. Plusieurs exemples, dont des applications de cryochirurgie et d'inspection de barrages, viennent démontrer que les entités et les interactions sont moins interdépendantes avec cette approche. De plus, des exemples montrent que l'émergence de comportements est facilitée due à la meilleure composabilité de cette approche. Ensuite, le processus développé avec APIA définit trois groupes d'actions qui influencent à différents niveaux Yagilité future du MV. Finalement, APIA définit des algorithmes de gestion de ces actions afin de maintenir le MV cohérent tout au long des modifications, des extensions ou des compositions en cours d'exécution. Les gestionnaires qui appliquent ces algorithmes maintiennent automatiquement la cohérent du MV lors d'opérations de modification, d'extension et de composition. Ces caractéristiques sont désormais possibles en cours d'exécution sans l'intervention humaine.

Plusieurs recherches ont démontré les avantages de la réadaptation physique assistée par la robotique ainsi que la réadaptation en environnement virtuel. Les exercices de réadaptation sont fréquemment effectués sur un système coûteux de capture de mouvement basé sur le suivi de marqueurs fixés sur le patient. L'utilisation de ce type de système nécessite du temps et l'expertise d'un clinicien. Le projet que nous proposons a pour but de supporter de tels exercices de réadaptation en plus de pallier aux problèmes des systèmes de capture de mouvement conventionnels très coûteux. Le système développé comprend un mécanisme à câbles intégré en environnement virtuel procurant un retour haptique et visuel au patient. L'estimation de la pose humaine sans marqueur est effectuée en temps réel pour permettre l'analyse du mouvement, l'affichage de l'avatar du patient ainsi que son interaction avec l'environnement virtuel. Le système de vision fait usage de capteurs 3D peu coûteux afin d'offrir un dispositif abordable pour la plupart des cliniques de réadaptation. Un tel système permet une reconfigurabilité importante afin d'optimiser les exercices de réadaptation aux besoins du patient. Ce mémoire couvre les étapes du développement du système, notamment l'approche de fusion de pose selon des points de vue multiples basée sur le filtrage particulaire. L'analyse des résultats présentés est prometteuse à différents niveaux sachant que le système est aussi très flexible et adaptable à différents contextes autres que la réadaptation, comme le milieu du divertissement. / Several works have shown the benefits of robotic assisted physical rehabilitation as well as rehabilitation in a virtual environment. Rehabilitation exercises are often performed using an expensive motion capture system based on markers attached to the patient. The use of this type of system requires time and expertise from a clinician. The project we are introducing aims to support such rehabilitation exercises in addition to avoid some of the problems of an expensive conventional motion capture systems. The developed system includes a cable mechanism integrated into a virtual environment providing haptic and visual feedback to the patient. The estimation of the human pose without marker is carried out in real-time to allow the analysis of the movement, the display of the patient avatar as well as its interaction with the virtual environment. The vision system exploit inexpensive 3D sensors to provide an affordable device for most rehabilitation clinics. That system allows enough reconfigurability to optimize the rehabilitation exercises to the needs of the patient. This thesis covers the stages of the system development, including the fusion approach based on multiple views based on particle filtering. The analysis of the results presented is promising, knowing that the system is also very flexible and adaptable to different contexts other than rehabilitation, such as the entertainment industry.

Le trouble d'anxiété sociale se manifeste surtout à partir de l'adolescence alors que les relations sociales sont cruciales. Le premier article vise à présenter le cadre théorique de l'anxiété sociale à partir des données empiriques actuelles. Le trouble d'anxiété sociale altère non seulement le fonctionnement social, mais les conséquences à long terme sont persistantes. Les facteurs de risque intrinsèques et extrinsèques au développement du trouble sont identifiés, ils sont discutés en fonction du modèle de Barlow sur le développement des troubles anxieux. Une faible proportion des adolescents reçoit le diagnostic et le nombre de ceux qui se présentent à un traitement est encore plus restreint. Les traitements disponibles sont issus de l'approche cognitive comportementale et leur efficacité à réduire l'anxiété sociale demeure mitigée pour un grand nombre d'entre eux. Le second article propose une étude de cas auprès de cinq adolescents avec un trouble d'anxiété sociale. Ils sont soumis à un traitement par exposition à un auditoire virtuel pour traiter leur peur de parler en public, une composante de l'anxiété sociale. L'objectif est de connaitre le potentiel thérapeutique de la réalité virtuelle en termes d'efficacité à réduire l'anxiété sociale, sa crédibilité et sa pertinence auprès d'adolescents en milieu clinique. La possibilité de généralisation des effets à d'autres contextes sociaux est également étudiée. Outre l'anxiété sociale, le sentiment de présence, la dépression et la motivation sont évalués. Les résultats indiquent que quatre des cinq participants ont réduit ou éliminé leur peur de parler en public. D'autre part, une amélioration des symptômes est observée dans leurs relations sociales ce qui supports une certaine généralisation des effets. La pertinence de la réalité virtuelle pour le participant et le thérapeute est discutée. Les limites de l'étude et des considérations futures sont présentées.

Avec l'expansion de l'informatique dans tous les domaines de la vie courante, les interactions avec des agents virtuels sont devenues courantes. Par ailleurs, nous savons que les émotions influencent les interactions entre individus. Dans cette thèse, nous nous plaçons dans le cas de la marche expressive non contrainte pour étudier, dans un premier temps, l'influence des émotions sur les interactions entre deux marcheurs réels. Puis, dans un deuxième temps, nous nous intéressons aux interactions entre un marcheur expressif virtuel et un sujet réel. La première étape de ce travail a consisté à concevoir et valider un protocole expérimental permettant l'analyse de marches expressives non contraintes. Nous avons ainsi capturé les mouvements de deux acteurs dans des tâches de marche seul ou en groupe. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié les données de marche en groupe afin de mettre en évidence l'émergence d'un comportement de synchronisation entre les marcheurs de type meneur-suiveur. Nous avons également montré que les caractéristiques des émotions (comme le dialogue par exemple) peuvent avoir une influence sur cette synchronisation. Enfin, dans la troisième et dernière partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence des émotions sur les interactions entre un humain virtuel et un humain réel. Pour cela, nous avons adopté une démarche en trois étapes : conception et analyse d'une base de données de marches expressives entre deux acteurs réels en ligne droite ; validation de la base de données par une étude en perception ; animation d'un humain virtuel grâce aux données de la base de données puis analyse de la marche entre des sujets réels et l'humain virtuel. Les résultats obtenus ont montré une forte similarité entre les deux situations. / With the growing of information technologies in all everyday life situations, interactions with virtual agents are now common. Furthermore, we know that people's emotions influence interactions between them. In this thesis, we consider the case of unconstrained and expressive walk to study the influence of emotions on interactions between two real walkers. Then, we focus on the interactions between a virtual expressive human and a real subject. The first step of this work was to design and validate an experimental protocol allowing the analysis of unconstrained and expressive walks. Thus, we captured the motion of two actors walking alone and walking together. In the second part, we studied the data from the group walk situation and we highlighted the emergence of a leader-follower behavior between the walkers. We also showed that the characteristics of the emotions (eg dialogue) have an influence on this kind of synchronization. Last and not least, we studied the influence of emotions on interactions between a virtual human and a real one. We used a three-step process : creation and analysis of a database of expressive walks along a line between two walkers ; validation of the database through a perceptual study ; animation of a virtual human with the data from the database and analyze of the walk between real subjects and the virtual human. Results showed a strong similarity between the two situations.

L'objectif de cette thèse est de formaliser une méthodologie visant à valider l'architecture d'un système d'aide à l'installation d'outils d'assistance pour le pilotage d'un fauteuil électrique. Nous voulons redonner un début de mobilité suffisant à la personne embarquée, en utilisant des expériences de navigations dans des environnements virtuels. Pour cela il faut concevoir un système capable de trouver les améliorations pertinentes à apporter au fauteuil électrique. Nous avons élaboré une architecture basée sur des cycles "Expérience ? Analyse ? Modification du fauteuil roulant". Cette architecture se décompose en trois modules : un simulateur, un évaluateur, un configurateur. Ce travail s'inscrit dans le projet VAHM (développé au LASC) qui utilise des fauteuils électriques du commerce sur lesquels ont été ajoutés une série de capteurs et un calculateur. Notre simulateur remplace la partie physique du VHAM. A partir de l'analyse des données issues de l'étape d'expérience, nous avons calculé des critères représentatifs de comportements ou/et de situations particulières survenues lors de la navigation. Nous avons répertorié, en qualité de roboticiens, l'ensemble des situations problématiques selon différents aspects. Nous avons identifié et caractérisé chaque aspect par un ensemble de critères. Le vecteur contenant les valeurs des critères constitue l'entrée d'un système d'aide à la décision qui indiquera en sortie la ou les fonctionnalités à installer pour améliorer la mobilité du patient en fauteuil électrique. La base de connaissance du système d'aide à la décision s'appuie sur des réflexions, concernant les comportements et situations particulières qu'une personne handicapée va rencontrer pendant la navigation. L'originalité de notre travail provient de l'application orientée handicap permettant d'évaluer et de mettre en évidence les difficultés d'un groupe de personnes très physiquement handicapées, ne pouvant pas se déplacer en fauteuil électrique dans des mondes réels, en utilisant des mises en situation dans des environnements virtuels. L'architecture du système a permis de fournir des solutions d'assistance en passant par un système d'aide à la décision évolutif basé sur la logique floue. La dernière partie de ce mémoire présente les résultats expérimentaux permettant la validation de l'architecture de notre système de configuration / The objective of this thesis is to formalize a methodology aiming to validate the architecture of system of assistive tools installation making for piloting of electric wheelchair. We want to give again a sufficient beginning of mobility to the onboard person, by using experiments of navigations in virtual environments. So we have to conceive a system able to find the relevant improvements to bring to the electric wheelchair. We worked out an architecture based on cycles "Experiment ? Analyze and decision-making ? Modification of the wheelchair ". This architecture contains three modules: a simulator, an evaluator, a configurator. This work is a part of the VAHM (developed in LASC) project using commercial electric wheelchairs enhanced by several sensors and a calculator. Our simulator replaces the physical part of VAHM. From the analysis of the data resulting from the experiments, we have calculated criteria representative of behaviours or/and particular situations which have occurred during navigation. We indexed as robotics engineers, the whole of the problematic situations according to several aspects. We have identified and characterized each aspect by a whole of criteria. The vector of criteria constitutes the input of a decision-making system which will indicate at exit the functionalities to be installed to improve the mobility of the patient in powered wheelchair. The base of knowledge of the decision-making system is supported by reflections, concerning the behaviours and particular situations that a handicapped person will meet during navigation. The originality of our work comes from the handicap directed application allowing to evaluate and to highlight the difficulties of a group of people with severe motor disabilities, not able to move in real worlds, by using settings in virtual environments situations. The architecture of the system let to provide solutions of assistance using an evolutionary decision-making system based on fuzzy logic