L'être humain utilise trois systèmes sensoriels distincts pour réguler le maintien de la station debout: la somesthésie, le système vestibulaire, et le système visuel. Le rôle de la vision dans la régulation posturale demeure peu connu, notamment sa variabilité en fonction de l'âge, du type développemental, et des atteintes neurologiques. Dans notre travail, la régulation posturale induite visuellement a été évaluée chez des participants au développement et vieillissement normaux âgés de 5-85 ans, chez des individus autistes (développement atypique) âgés de 12-33 ans, ainsi que chez des enfants entre 9-18 ans ayant subi un TCC léger. À cet effet, la réactivité posturale des participants en réponse à un tunnel virtuel entièrement immersif, se mouvant à trois niveaux de vélocité, a été mesurée; des conditions contrôles, où le tunnel était statique ou absent, ont été incluses. Les résultats montrent que la réactivité (i.e. instabilité) posturale induite visuellement est plus élevée chez les jeunes enfants; ensuite, elle s'atténue pour rejoindre des valeurs adultes vers 16-19 ans et augmente de façon linéaire en fonction de l'âge après 45 ans jusqu'à redevenir élevée vers 60 ans. De plus, à la plus haute vélocité du tunnel, les plus jeunes participants autistes ont manifesté significativement moins de réactivité posturale comparativement à leurs contrôles; cette différence n'était pas présente chez des participants plus âgés (16-33 ans). Enfin, les enfants ayant subi un TCC léger, et qui étaient initialement modérément symptomatiques, ont montré un niveau plus élevé d'instabilité posturale induite visuellement que les contrôles, et ce jusqu'à 12 semaines post-trauma malgré le fait que la majorité d'entre eux (89%) n'étaient plus symptomatiques à ce stade. En somme, cela suggère la présence d'une importante période de transition dans la maturation des systèmes sous-tendant l'intégration sensorimotrice impliquée dans le contrôle postural vers l'âge de 16 ans, et d'autres changements sensorimoteurs vers l'âge de 60 ans; cette sur-dépendance visuelle pour la régulation posturale chez les enfants et les aînés pourrait guider l'aménagement d'espaces et l'élaboration d'activités ajustés à l'âge des individus. De plus, le fait que l'hypo-réactivité posturale aux informations visuelles chez les autistes dépende des caractéristiques de l'environnement visuel et de l'âge chronologique, affine notre compréhension des anomalies sensorielles propres à l'autisme. Par ailleurs, le fait que les enfants ayant subi un TCC léger montrent des anomalies posturales jusqu'à 3 mois post-trauma, malgré une diminution significative des symptômes rapportés, pourrait être relié à une altération du traitement de l'information visuelle dynamique et pourrait avoir des implications quant à la gestion clinique des patients aux prises avec un TCC léger, puisque la résolution des symptômes est actuellement le principal critère utilisé pour la prise de décision quant au retour aux activités. Enfin, les résultats obtenus chez une population à développement atypique (autisme) et une population avec atteinte neurologique dite transitoire (TCC léger), contribuent non seulement à une meilleure compréhension des mécanismes d'intégration sensorimotrice sous-tendant le contrôle postural mais pourraient aussi servir comme marqueurs sensibles et spécifiques de dysfonction chez ces populations. Mots-clés : posture, équilibre, vision, développement/vieillissement sensorimoteur, autisme, TCC léger symptomatique, réalité virtuelle. / Maintaining upright stance is essential for the accomplishment of several goal-directed behaviors, such as walking. Humans use three distinct sensory systems to regulate their posture: the somatosensory, the vestibular and the visual systems. The role of vision in postural regulation remains poorly understood, notably its variability across the life-span, developmental type and neurological insult. Hence, visually-driven postural regulation was examined in typically developing and aging participants (5-85 years-old), as well as in atypically developing individuals with autism (12-33 years-old) and in children having sustained mTBI (9-18 years-old). In order to do so, participants' postural reactivity was assessed in response to a fully immersive virtual tunnel moving at 3 different velocities; control conditions were also included wherein the tunnel was either static or absent. Results show that visually-induced postural reactivity was strongest in young children, then attenuated to become adult-like between 16-19 years of age, and started increasing again linearly with age after 45 years until becoming strong again around 60 years. Moreover, at the highest tunnel velocity, younger autistic participants showed significantly less postural reactivity compared to age-matched controls and young adults (16-33 years-old). Finally, children having sustained mTBI, who were initially moderately symptomatic, exhibited increased visually-induced instability compared to their matched controls up to 12 weeks post-injury, although most of them (89%) were no longer highly symptomatic. Altogether, this suggests the presence of an important transition period for the maturation of the systems underlying sensorimotor integration in postural control at around 16 years of age, and further sensorimotor changes after 60 years of age; this over-reliance on vision for postural regulation in childhood and late adulthood could guide the design of age-appropriate facilities/ activities. Furthermore, the fact that postural hypo-reactivity to visual information present in autism is contingent on both the visual environment and on chronological age, enhances our understanding of autism-specific sensory anomalies. Additionally, the fact that children with mTBI show balance anomalies up to 3 months post-injury, even when they are no longer highly symptomatic may be related to altered processing of dynamic visual information and could have implications for the clinical management of mTBI patients, since symptoms resolution is commonly used as a criterion for return to activities. Finally, results stemming from populations with atypical development (autism) and with so-called transient neurological insult (mild TBI) not only contribute to enhance our understanding of sensorimotor integration mechanisms underlying postural control, but could also consist of sensitive and specific markers of dysfunction in these populations. Keywords : posture, balance, vision, sensorimotor development/ aging, autism, symptomatic mTBI, virtual reality.

Ces dernières années, la prise en compte des difficultés quotidiennes des personnes a largement évolué pour être aujourd’hui au centre des préoccupations des cliniciens et chercheurs. Dans le vieillissement en particulier, les difficultés quotidiennes tiennent une place particulière car elles constituent un critère de diagnostic de la démence mais également un facteur de risque de celle-ci, même en l’absence de trouble cognitif avéré.Leur prise en compte relève donc d’un intérêt majeur mais pose la question de leur mesure, notamment au vu des relations non systématiques qu’elles entretiennent avec les troubles cognitifs évalués par les tests neuropsychologiques traditionnels et les plaintes des sujets. Les approches écologiques, la réalité virtuelle en particulier, dans lesquelles s’inscrivent nos travaux, tentent de proposer une évaluation de la cognition « quotidienne » en espérant par ce bais, fournir des mesures qui soient à la fois précises, spécifiques et reflétant le fonctionnement quotidien de la personne. L’utilisation de deux environnements virtuels, représentant un appartement et un quartier résidentiel nous a permis de dégager des profils cognitifs spécifiques associés au vieillissement normal et à la maladie d’Alzheimer dans le cadre de la mémoire épisodique et de navigation spatiale. Ces profils sont discutés en référence au modèle multifactoriel du vieillissement et au regard de l’objectivation des difficultés quotidiennes des personnes. L’application de ces recherches pour le développement d’aides à l’autonomie des âgés est proposé comme perspective de travail. / These last years, taking account of everyday difficulties has largely improved and is at the core of preoccupations of clinicians and researchers.Particularly, everyday difficulties hold a special place in aging because of their potential value as a diagnostic criterion, but also as a risk factor, for dementia, even in the absence of cognitive impairment. However, despite being taken into consideration and their major interest, their assessment is being questioned, especially regarding their inconsistent relationships with cognitive impairments assessed by traditional neuropsychological tests and subjects’ complaints. The purpose of ecological approaches, particularly those using virtual reality technologies, in which our work is framed, is to assess the “daily” cognition, by which we hope providing measures that are accurate, specific and reflecting the one’s daily functioning. The use of two virtual environments, an apartment and a residential district, has allowed us identifying specific cognitive patterns of episodic memory and spatial navigation associated with normal aging and Alzheimer's disease. These patterns are discussed according to the multifactorial model of aging and the objective assessment of daily difficulties.The application of this research to the development of aids for the autonomy of the elderly is proposed as a work perspective.

Depuis plusieurs années, la réalité virtuelle est largement utilisée en neuropsychologie, notamment dans le domaine de l’étude de la cognition spatiale. Son utilisation grandissante a pour but de répondre à la fois au manque de validité écologique des tests classiques et au manque de contrôle des évaluations en conditions réelles. Les études dans le domaine de la cognition spatiale ont permis de montrer la complexité de l’apprentissage et de la navigation dans les grands espaces et suggèrent également une origine cognitive multifactorielle des difficultés de navigation chez les personnes âgées. Le but de cette thèse sera tout d’abord de vérifier la validité écologique de notre application utilisant la réalité virtuelle par une comparaison directe des performances d’apprentissage et de navigation, entre apprentissages réels et virtuels chez des adultes jeunes et âgés. Il s’agira ensuite de confirmer les hypothèses sur l’origine à la fois mnésique et exécutive des difficultés de navigation liées au vieillissement. Enfin, le rôle du contrôle sensorimoteur dans l’apprentissage de grands espaces, peu étudiée pour le moment dans le cas du vieillissement sera abordé. A l’aide d’une application en réalité virtuelle, nécessitant de mémoriser un parcours dans un quartier virtuel, réplique d’un quartier de Bordeaux, nous avons étudiés les effets du vieillissement en termes de mémoire spatiale et de performance de navigation. Nous avons comparé directement les apprentissages en conditions réelles et virtuelles, en conditions actives (joystick) et passives, et nous avons mis en relation ces indicateurs avec des mesures neurocognitives et des questionnaires d’estimation des difficultés quotidiennes. Nos principaux résultats ont permis de montrer un effet négatif de l’âge sur les performances dans notre application avec des patterns équivalents entre apprentissages réels et virtuels chez les jeunes et les âgés. Nous avons obtenu une bonne relation entre les mesures obtenues grâce à notre application virtuelle et les difficultés rapportées par les jeunes mais pas de différences entre jeunes et âgés concernant les difficultés de navigation au quotidien. Ces résultats confirment la bonne validité écologique de notre application virtuelle chez les personnes âgées et favorisent ainsi l’utilisation de mesures directes de mémoire spatiale et de navigation plutôt que des questionnaires chez les personnes âgées. Ils ont également permis de montrer de manière directe le rôle des déclins mnésiques et exécutifs dans leurs difficultés de navigation. Contrairement à ce qui avait été obtenu chez les jeunes, le contrôle moteur a eu un effet négatif sur les performances de navigation chez les personnes âgées. Nous discuterons alors les hypothèses neurocognitives concernant l’origine des difficultés de navigation chez les personnes âgées, ainsi que le rôle de la dimension actif (joystick) vs. passif dans les performances de navigation des jeunes et des âgés. / Since several years, virtual reality is widely used in neuropsychology, especially for the study of spatial cognition. The goal of its use is to respond to the lack of ecological validity of classical tests and to the lack of experimental control of assessments in real situations. The studies in the domain of spatial cognition reveal the complexity of learning and navigation activities in large scales spaces and suggest a multifactorial origin to spatial learning and navigation in older adults. The aim of this thesis will be first to verify the ecological validity of our virtual reality application, with a direct comparison of spatial learning and navigation performances between real and virtual learning conditions, in young and old participants. Another goal will be to confirm the hypothesis on the role of executive and memory decline in age-related spatial learning and navigation difficulties. Finally, the role of motor control in spatial learning in large scale spaces, which is poorly studied within the framework of aging, will be tested. With the use of a virtual reality application, requiring memorizing a path in a virtual district replicating a district of Bordeaux, we have studied the effects of aging on spatial memory and navigation performances. We compared real and virtual, active and passive learning conditions and studied the relation between spatial memory and navigation performances with neurocognitive measures and self-report questionnaires on everyday navigation difficulties. Our main results showed a negative effect of aging on the performances in our application, with pattern of results similar between real and virtual learning conditions in young and old participants. We obtained a good relation between measures from our virtual application and everyday navigation difficulties reported by the young participants but no differences between young and old participants on everyday navigation difficulties. These results confirm the good ecological validity of our virtual application and favor the use of direct navigation and spatial memory measures instead of self-report questionnaires for older adults. They also showed directly the role of memory and executive decline in older adults’ navigation difficulties. Contrary to the results obtained with the young participants, the motor control had a negative effect on navigation performances in older adults. We will discuss of the neurocognitive hypothesis already proposed concerning the origin of navigation difficulties due to aging. Also, the role of motor activities and dual-task effect on spatial navigation performances in older adults will be examined.

A ce jour, nous savons peu de choses sur la manière dont la mémoire épisodique quotidienne, visuellement riche et complexe en termes d’éléments contextuels, est affectée par le vieillissement normal contrairement aux connaissances acquises dans le domaine du vieillissement sur la mémoire épisodique verbale ou visuelle au moyens des tests traditionnels ou des procédures de laboratoire comme le paradigme de rappel libres multi-essais (e.g., utilisé par le California Verbal Learning Test). La présente thèse s’est par conséquent attachée à implémenter ce paradigme traditionnel de rappels libres multi-essais d’évaluation de la mémoire épisodique au sein d’un dispositif RV simulant une visite dans un appartement, le HOMES test (Human Objet Memory of Everyday Scenes test). Cette procédure permet de dériver des indices d’apprentissage, de catégorisation, d’interférence proactive, de bénéfice de la reconnaissance comparée au rappel libre, et de fausses reconnaissances. A cela, nous nous sommes intéressés aux relations entre la mémoire quotidienne et l’action à travers l’effet denavigation active.A l’aide d’études comparatives, nous avons retrouvé le profil mnésique classiquement observé avec le test « papier-crayon », excepté pour l’interférence proactive qui n’est pas observée comme augmentée chez les participants âgés. En effet, des scores de rappel réduits,un bénéfice accru de la reconnaissance, une sensibilité augmentée aux fausses reconnaissances, et des capacités de regroupements sémantiques sont obtenus. Chez les jeunes adultes avec traumatisme crânien (étude 1), un profil identique est observé alors qu’un profil bien différent est obtenu auprès des patients avec maladie Alzheimer (étude 2) avec notamment un tableau associant des déficits plus marqués et des capacités de catégorisation altérées. Les études 3 et 4 adressant l’effet de navigation active chez le sujet jeune et âgé, ont mis en évidence un effet bénéfique de la navigation active sur la reconnaissance chez les deux groupes de sujets. Par contre, la navigation active diminuait les fausses reconnaissances des jeunes mais augmentait celles des âgés. Nous discutons les résultats de ces études sur la mémoire quotidienne à travers les hypothèses de déficit-item spécifique et du déclin fronto-exécutif du vieillissement normal. / To this day, very little is known about the way aging affects everyday episodic memory, which is a visually and contextually rich and complex memory. However, episodic memory is traditionally assessed using verbal tasks which are lacking such complexity. One of them, the California Verbal Learning Test (CVLT) uses the multi-trial free recall paradigm that we also implemented in the Human Object Memory of Everyday Scenes test using virtual reality to simulate a visit in an apartment (the HOMES test).This procedure allowed us to assess multiple memory processes such as learning, semantic clustering, proactive interference, recall versus recognition, and false recognitions. We also wanted to investigate the relationship between everyday memory and action through active navigation and its effects on each of these processes. We showed the typical profile of older adults usually obsereved using traditional paper-pencil tests on most of the memory indices except for proactive interference, which was not increased. In fact, older adults showed a reduced free recall performance despite a preserved learning ability across trials, a benefit from recognition but also a higher susceptibility to false recognitions. TBI patients (study 1) showed a profile similar to that of older adults, but patients with Alzheimer disease were impaired on all of the HOMES indices (study 2). Studies 3 and 4 examined the beneficial effect of active navigation in younger and older adults’ everyday memory and showed that that recognition was the measure that benefited the most in both age groups. In contrast, older adults while active navigation decreased false recognitions in younger adults, it actually increased false recognitions in older adults. Our results on everyday memory are discussed in terms of item-specific deficit and executive deficit hypotheses in normal aging.

S’inscrivant à l’intersection des champs du marketing expérientiel et des théories des systèmes d’information et d’interaction homme-machine, ce travail de recherche doctorale étudie les spécificités de l’expérience de shopping dans un environnement commercial en 3D enrichi de dispositifs de réalité virtuelle. Particulièrement, il étudie les facteurs d’accès à l’expérience d’immersion et de présence dans cet environnement et ses conséquences sur les intentions comportementales. La revue de la littérature et la phase qualitative triangulée ont permis de mettre en évidence l’importance de trois facteurs clés d’accès à l’expérience et à son enrichissement ainsi que le rôle central du processus immersion – présence. Une expérimentation mise en oeuvre dans un « véritable » environnement commercial en 3D nous a permis d’étudier de manière concomitante les effets des différents facteurs à savoir : la navigabilité du site web (par le biais d’une manipulation liée à la présence/l’absence d’un map interactif), la richesse sensorielle de l’environnementcommercial (par le biais de la manipulation des couleurs et de la musique diffusée) et la sociabilité (par le biais de la manipulation de la présence/l’absence d’un vendeur virtuel) sur l’immersion sensorielle et la présence. Les conséquences sur les intentions comportementales ont également été investiguées. Les contributions théoriques, méthodologiques et managériales sont nombreuses. / As part of the intersection of the fields of experiential marketing and the theories of information systems and human-computer interaction, this doctoral research work investigates the specificities of the shopping experience in a 3D commercial environment enriched with virtual reality devices. In particular, it studies the factors of access to the immersion and presence experience in thisenvironment and its consequences on behavioral intentions. The review of the literature and the triangulated qualitative phase made it possible to highlight the importance of three key factors of access to the experience and its enrichment as well as the central role of the immersion - presence process. An experiment implemented in a "real" commercial environment in 3D allowed us to studyconcomitantly the effects of the various factors namely: the navigability of the website (through a manipulation related to the presence / l lack of an interactive map), the sensory wealth of the commercial environment (through the manipulation of colors and diffused music) and sociability (through the manipulation of the presence / absence of 'a virtual seller) on sensory immersion and presence. The consequences on behavioral intentions have also been investigated. Theoretical,methodological and managerial contributions are numerous.

La détection et l’évaluation des émotions sont des domaines qui suscitent un grand intérêt par de nombreuses communautés tant au niveau des sciences humaines que des sciences exactes. Dans cette thèse nous nous intéressons à la reconnaissance de l’anxiété sociale qui est une peur irrationnelle ressentie par une personne lors de toute forme de relation sociale. L’anxiété peut être révélée par un ensemble de traits physiques et physiologiques tels que l’intonation de la voix, les mimiques faciales, l’augmentation du rythme cardiaque, le rougissement… etc. L’avantage de l’utilisation des mesures physiologiques est que les individus ne peuvent pas les manipuler, c’est une source continue de données et chaque émotion est caractérisée par une variation physiologique particulière. Dans ce travail, nous proposons un système de mesure d’anxiété basé sur l’utilisation d’un seul signal physiologique « signal de pression sanguine volumique (Blood volume pulse BVP)». Le choix d’un seul capteur limite la gêne des sujets due au nombre de capteurs. De ce signal nous avons sélectionné des paramètres pertinents représentant au mieux les relations étroites du signal BVP avec le processus émotionnel de l’anxiété. Cet ensemble de paramètres est classé en utilisant les séparateurs à vastes marges SVM. Les travaux engagés dans le domaine de la reconnaissance des émotions utilisent fréquemment, pour support d’information, des données peu fiables ne correspondant pas toujours aux situations envisagées. Ce manque de fiabilité peut être dû à plusieurs paramètres parmi eux la subjectivité de la méthode d’évaluation utilisée (questionnaire, auto-évaluation des sujets, …etc.). Nous avons développé une approche d’évaluation objective des données basée sur les dynamiques des paramètres sélectionnés. La base de données utilisée a été enregistrée dans notre laboratoire dans des conditions réelles acquises sur des sujets présentant un niveau d’anxiété face aux situations sociales et qui ne sont pas sous traitement psychologique. L’inducteur utilisé est l’exposition à des environnements virtuels représentant quelques situations sociales redoutées. L’étape d’évaluation, nous a permis d’obtenir un modèle de données fiable pour la reconnaissance de deux niveaux d’anxiété. Ce modèle a été testé dans une clinique spécialisée dans les thérapies cognitives comportementales (TCC) sur des sujets phobiques. Les résultats obtenus mettent en lumière la fiabilité du modèle construit notamment pour la reconnaissance des niveaux d’anxiété sur des sujets sains ou sur des sujets phobiques ce qui constitue une solution au manque de données dont souffrent les différents domaines de reconnaissances / Detection and evaluation of emotions are areas of great interest in many communities both in terms of human and exact sciences. In this thesis we focus on social anxiety recognition, which is an irrational fear felt by a person during any form of social relationship. Anxiety can be revealed by a set of physical and physiological traits such as tone of voice, facial expressions, increased heart rate, flushing ... etc. The interest to the physiological measures is motivated by them robustness to avoid the artifacts created by human social masking, they are a continuous source of data and each emotion is characterized by a particular physiological variation. In this work, we propose a measurement system based on the use of a single physiological signal "Blood volume pulse BVP". The use of a single sensor limits the subjects’ discomfort. From the BVP signal we selected three relevant features which best represents the close relationship between this signal and anxiety status. This features set is classified using support vector machine SVM. The work undertaken in the field of emotion recognition frequently use, for information support, unreliable data do not always correspond to the situations envisaged. This lack of reliability may be due to several parameters among them the subjectivity of the evaluation method used (self-evaluation questionnaire, subjects…etc.). We have developed an approach to objective assessment of data based on the dynamics of selected features. The used database was recorded in our laboratory under real conditions acquired in subjects with a level of anxiety during social situations and who are not under psychological treatment. The used stimulus is the exposition to virtual environments representing some feared social situations. After the evaluation stage, we obtained a reliable model for the recognition of two levels of anxiety. The latter was tested in a clinic specializing in cognitive behavioral therapy (CBT) on phobic subjects. The results highlight the reliability of the built model specifically for the recognition of anxiety levels in healthy subjects or of phobic subjects, what constitutes a solution to the lack of data affecting different areas of recognition

Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre des environnements virtuels pour la formation aux instruments de diagnostic biomédical. La simulation de la situation réelle seule ne suffisant pas, il convient d'incorporer un scénario pédagogique pour construire l'apprentissage. Le scénario s'applique pour tous les apprenants, il est donc important d'intégrer des possibilités d'individualisation. Pour cela, nous proposons de coupler l'environnement virtuel à un Système Tutoriel Intelligent (STI). Notre étude débute par une identification des systèmes existants qui nous semblent les mieux adaptés, sur lesquels baser notre proposition : le STI Pégase, le modèle de scénario pédagogique Poseïdon et le méta-modèle Mascaret. Ceci nous permet également d'identifier les limites de Pégase qui sont : le manque de lien avec le scénario pédagogique, le manque de modularité et le manque d'individualisation. Notre proposition, appelée Chrysaor, vise à combler ces faiblesses. Nous proposons ainsi qu'un scénario pédagogique soit une connaissance explicite et par conséquent exploitable par un STI. Les concepts proposés dans notre modèle permettent également au formateur de facilement modifier les comportements, les rôles et les affectations (humain ou agent autonome) : notre système devient ainsi modulaire. Nous illustrons ensuite l'utilisation de Chrysaor dans une application de formation par la réalité virtuelle à un instrument de diagnostic en hémostase utilisé en milieu hospitalier. Sur cette application, des expérimentations comparant les deux types de formation (traditionnelle et virtuelle) permettent de vérifier la qualité de l'apprentissage obtenu par une formation en réalité virtuelle, et de vérifier que ces connaissances sont transférables en environnement réel. / This research focuses on the virtual environments for training in biomedical diagnostic devices. The simulation of the real situation only is not enough, we needs to incorporate a pedagogical scenario to build the learning. The scenario applies to all learners, so it is important to integrate individualization. For this we propose to couple the virtual environment with an Intelligent Tutoring System (ITS). Our study begins with an identification of existing systems that seem best suited, on which to base our proposal: the ITS Pegase, the pedagogical scenario model Poseidon and the meta-model Mascaret. This also allows us to identify the limits of Pegase : the lack of connection with the pedagogical scenario, the lack of modularity and lack of individualization. Our proposal, called Chrysaor, aims to provide the most complete ITS. Thus we propose that a pedagogical scenario is an explicit knowledge and therefore exploitable by an STI. The concepts proposed in our model also allow the instructor to easily modify the behavior, roles and assignments (human or autonomous agent): our system becomes modular. Then we illustrate the use of Chrysaor in an application of virtual reality training in a biomedical device used in hemostasis in hospital. We lead two experiments in order to compare the two types of training (traditional and virtual) to verify the quality of learning achieved by a virtual reality training, and to ensure that this knowledge are transferable in a real environment.

La thématique générale de notre thèse porte sur le transfert virtuel/réel de connaissances spatiales, et plus particulièrement sur l’identification de variables susceptibles d’optimiser ce transfert. Notamment, nous nous sommes intéressés à l’influence des interfaces de déplacement, de l’engagement physique et des informations sensorielles relatives au corps sur l’acquisition et le transfert de connaissances spatiales du virtuel vers le réel. L’engagement physique a été manipulé à l’aide de deux interacteurs (tapis roulant Vs joystick) proposant respectivement un fort et un faible engagement physique, ainsi que par une Interface Cerveau Ordinateur (ICO), permettant de commander un déplacement à l’aide de l’activité cérébrale du sujet, supprimant ainsi toute composante motrice effective. Enfin nous avons également manipulé l’expertise en jeu vidéo, variable susceptible de jouer un rôle important dans l’acquisition et l’utilisation des compétences spatiales au sens large, et plus spécifiquement dans le transfert virtuel-réel.Nos expérimentations consistaient à apprendre un trajet à l’aide d’une des situations d’interaction définie ci-dessus. Le transfert virtuel/réel des connaissances spatiales a été ensuite évalué à l’aide de 6 tâches : une tâche de classification chronologique de photos, une tâche d’estimation de la distance parcourue et une tâche d’estimation de directions (tâches égocentriques) ; une tâche de croquis du trajet, une tâche d’estimation de la direction du point de départ du trajet (tâche allocentrique) ; et enfin une tâche globale de wayfinding consistant à reproduire en environnement réel le trajet préalablement appris en virtuel.Nos résultats montrent que les effets de l’engagement physique (en particulier des informations proprioceptives et vestibulaires) et de l’expertise en jeu vidéo sont différents selon la nature de la compétence spatiale sollicitée (composante égocentrique, allocentrique ou reproduction du parcours). De plus, les résultats obtenus à l’aide de l’ICO permettent de préciser le rôle de la composante motrice dans l’acquisition et le transfert virtuel/réel de compétences spatiales.L’ensemble de ces données sont discutées au regard des modèles d’acquisition et d’utilisation des connaissances spatiales, tels que le modèle Landmark-Route-Survey et la théorie des graphes. Les perspectives de notre travail concernent le développement d’interfaces adaptées aux utilisateurs ainsi que l’entraînement ou le réentraînement des compétences spatiales de sujets âgés ou de patients présentant des pathologies lésionnelles et/ou dégénératives. / The general theme of our thesis focuses on the transfer of spatial learning from a virtual to a real environment, and more precisely on the identification of parameters that might optimize this transfer. Namely, we investigated the influence of displacement interfaces, of the physical involvement, and of the body-based information on the acquisition and the transfer of spatial learning from a virtual to a real world. The physical involvement was manipulated with the help of two interactors (Treadmill vs. Joystick) that respectively propose strong and mild physical involvements as well with the help of a Brain-Computer Interface (BCI). The BCI allows controlling displacements using subject’s brain activity, thus nullifying all effective motor components. Finally, we also manipulated videogame experience, a parameter supposed to play an important role in the acquisition and the use of spatial skills in the widest sense and, more specifically in the virtual-to-real transfer. Our experimentations first consisted in route learning within one of the above described interaction conditions. Then, the virtual-to-real transfer of spatial learning was evaluated with 6 tasks: the picture classification task, the distance estimation task, and the direction estimation task (egocentric task); the sketch-mapping task, the starting point estimation task (exocentric task); and finally the global wayfinding task, consisting in reproducing the previously learned virtual route in the real environment.Our results reveal that the effects of the physical involvement (in particular, of the proprioceptive and vestibular information) and of the videogame experience are different, depending on the nature of the spatial ability needed (egocentric or exocentric component, route reproduction). Moreover, the results obtained with the BCI allow to precise the role of the motor component in the acquisition and the transfer of spatial skills from the virtual to the real environment.These findings are discussed relative to the models of spatial knowledge acquisition and its utilization, such as the Landmark-Route-Survey model and the graph theory. Future trends of our work will concern the development of user-friendly interfaces as well as the training or the retraining of spatial abilities in older adults with or without degenerative disorders and patients with various brain lesions.

Les environnements 3D immersifs et collaboratifs en ligne sont en pleine émergence. Ils posent les problématiques du sentiment de présence au sein des mondes virtuels, de l'immersion et des capacités d'interaction. Les systèmes 3D multi-caméra permettent, sur la base d'une information photométrique, d'extraire une information géométrique (modèle 3D) de la scène observée. Il est alors possible de calculer un modèle numérique texturé en temps-réel qui est utilisé pour assurer la présence de l'utilisateur dans l'espace numérique. Dans le cadre de cette thèse nous avons étudié comment coupler la capacité de présence fournie par un tel système avec une immersion visuelle et des interactions co-localisées. Ceci a mené à la réalisation d'une application qui couple un visio-casque, un système de suivi optique et un système multi-caméra. Ainsi l'utilisateur peut visualiser son modèle 3D correctement aligné avec son corps et mixé avec les objets virtuels. Nous avons aussi mis en place une expérimentation de télépresence sur 3 sites (Bordeaux, Grenoble, Orléans) qui permet à plusieurs utilisateurs de se rencontrer en 3D et de collaborer à distance. Le modèle 3D texturé donne une très forte impression de présence de l'autre et renforce les interactions physiques grâce au langage corporel et aux expressions faciales. Enfin, nous avons étudié comment extraire une information de vitesse à partir des informations issues des caméras, grâce au flot optique et à des correspondances 2D et 3D, nous pouvons estimer le déplacement dense du modèle 3D. Cette donnée étend les capacités d'interaction en enrichissant le modèle 3D. / Online immersive and collaborative 3D environments are emerging very fast. They raise the issues of sensation of presence within virtual worlds, immersion and interaction capabilities. Multi-camera 3D systems allow to extract geometrical information (3D model) of the observed scene using the photometric information. It enables calculation of a numerical textured model in real-time, which is then used to ensure the user's presence in cyberspace. In this thesis we have studied how to pair the ability of presence, obtained from such a system, with visual immersion and co-located interactions. This led to the realization of an application that combines a head mounted display, an optical tracking system and a multi-camera system. Thus, the user can view his 3D model correctly aligned with his own body and mixed with virtual objects. We also have implemented an experimental telepresence application featuring three sites (Bordeaux, Grenoble, Orleans) that allows multiple users to meet in 3D and collaborate remotely. Textured 3D model gives a very strong sense of presence of each other and strengthens the physical interactions, thanks to body language and facial expressions. Finally, we studied how to extract 3D velocity information from the cameras images; using 2D optical flow and 2D and 3D correspondences, we can estimate the dense displacement of the 3D model. This data extend the interaction capabilities by enriching the 3D model.

Les travaux de cette thèse sont menés dans le cadre d’un projet porté par le centre de recherche LGI2P, (IMT Mines Ales). L’objectif final de ce projet vise à permettre le retour à l’emploi et à améliorer le quotidien des personnes malvoyantes atteintes de rétinite pigmentaire et de glaucome. Le dispositif final est conçu pour aider les personnes dans leurs activités en mobilité : détection d’obstacles, recherche d’indices visuels, en adressant les problèmes liés à l’éblouissement et à l’héméralopie dont souffrent ces utilisateurs potentiels.La contribution de cette thèse au projet se situe sur plusieurs plans. Tout d’abord, il était demandé de définir les paramètres caractérisant la vision résiduelle de chaque utilisateur. En effet, chaque patient a ses propres conditions de confort lumineux, qui dépendent en particulier de l’état d’avancement de sa pathologie : à chaque étape de l’évolution de leur maladie, les patients ont des limites spécifiques de luminosité minimale en dessous de laquelle ils ne perçoivent plus les détails dans une scène, et aussi de la luminosité maximale au-dessus de laquelle ils ressentent gêne et douleur. La définition de ces limitations en luminosité va permettre de paramétrer le dispositif et l’adapter à chaque utilisateur. Mais il n’existe pas de méthode pour mesurer ces niveaux de luminance limite. Nous avons donc participé à la conception et au développement de tests dédiés, et à la réalisation d’essais sur des sujets déficients visuels, dans le cadre d’un essai clinique piloté par le CHU de Nîmes et l’ARAMAV (institut spécialisé dans la rééducation fonctionnelle basse vision), pour l’aspect médical. Nous avons également proposé un nouveau test pour mesurer la sensibilité au contraste chromatique, toujours dans le but de mieux adapter les images affichées à la vision des utilisateurs.Nous avons ensuite travaillé sur la mise au point d’un prototype du dispositif (caméras et visiocasque de réalité virtuelle). Pour cela, nous avons dû choisir les équipements de capture et d’affichage d’images. Un travail de calibration colorimétrique sur ces équipements nous permet de relier grandeurs numériques (code RGB) et grandeurs physiques (luminance et chrominance). Cette étape est nécessaire pour réaliser les tests précités dans des conditions physiquement connues. Elle nous permet également de définir les caractéristiques physiques que devront posséder les équipements qui seront choisis pour réaliser le produit final, s’ils sont différents de ceux utilisés pendant nos travaux.Enfin, nous avons abordé la question des traitements à appliquer au signal capturé par la caméra. Nous avons proposé des traitements en temps réel sur la luminosité dans le but d’augmenter la luminosité dans les zones sombres de l’image et de baisser la luminosité dans les zones qui éblouissent le patient. Nous avons montré les limitations de l’imagerie classique et la nécessité de travailler sur des images HDR (high dynamic range) Nous avons comparé plusieurs méthodes pour permettre l’affichage de ces images HDR sur les écrans de plus faible dynamique, en recherchant les caractéristiques de l’image que ces méthodes doivent préserver au mieux, et en prenant en compte les performances visuelles des utilisateurs potentiels. Nous avons aussi proposé des traitements sur la couleur en augmentant le contraste et la saturation pour rendre les images mieux perceptibles par les patients qui souffrent de troubles de vision des couleurs. / This thesis is part of a project conducted by the LGI2P research center (IMT Mines Ales). The project's final aim is to help people with vision disorders suffering from retinitis pigmentosa and glaucoma get back to work and improve their daily lives. The final device is designed to help people in their mobility activities: detecting obstacles, searching for visual signals, by addressing problems related to dazzling and haemeralopia affecting these potential users.The research of this thesis has several contributions to the project. First of all, parameters characterizing the residual vision of each user had to be defined. Indeed, each patient has his own light comfort conditions, which depend in particular on his pathology's progress: at each stage of the evolution of their disease, patients have specific minimum luminosity limits below which they no longer perceive the details in a scene, and also on the maximum luminosity above which they feel discomfort and pain. The definition of these limitations in luminosity will make it possible to parameterize the device and adapt it to each user. But there is no method to measure these limiting luminance levels. We have therefore participated in the design and development of specialized tests, and in the conduct of trials on visually impaired subjects, as part of a clinical trial led by the Nîmes University Hospital and the ARAMAV (institute specializing in low vision functional rehabilitation), for medical research. We have also proposed a new test to measure sensitivity to chromatic contrast, always with the aim of better adjusting the images displayed to users' vision.Then, we developed a prototype of the device (cameras and virtual reality video headset). In order to achieve these results, we had to choose the image capture and display equipment. A colorimetric calibration work on these equipments allowed us to link digital quantities (RGB code) and physical quantities (luminance and chrominance). This stage is required to perform the above tests under physically known conditions. It also allowed us to define the physical characteristics of the equipment that would be selected to produce the final product, whether they are different from those required during our work.Finally, we discussed the processing to be applied to the signal captured by the camera. We have proposed real-time brightness treatments to increase brightness in dark areas of the image and decrease brightness in areas that dazzle the patient. We have presented the limitations of conventional imaging and the necessity to work on HDR (high dynamic range) images. We have compared several methods to allow the display of these HDR images on screens with lower dynamic range, looking for the image characteristics that these methods should better preserve, and taking into consideration the visual performance of potential users. We have also suggested color treatments by increasing contrast and saturation to make images more perceptible to patients with color vision disorders.