Les processus de conception industriels font de plus en plus appel à l'utilisation de maquettes numériques. La manipulation d'objets complexes requiert alors l'utilisation d'interfaces à retour d'effort afin de rendre l'interaction plus intuitive. D'autre part, ces processus de conception et de développement s'inscrivent de plus en plus dans une démarche de travail collaboratif.Dans ce contexte, nous proposons d'étudier une architecture distribuée en vue de manipuler des objets dans un environnement virtuel.Afin de garantir la stabilité du système, nous détaillons ensuite deux méthodes dérivées du domaine de la téléopération. La première repose sur les couplages virtuels proportionnels dérivés dans le cas de retards faibles. La seconde est basée sur les variables d'onde quelque soit le retard. Nous proposons, enfin, d'enrichir le retour d'effort en ajoutant de l'haptique événementielle que nous nous proposons d'évaluer.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet pluridisciplinaire, le projet DRAMA, qui consiste à générer des scènes virtuelles 3D à partir des descriptions contenues dans les textes théâtraux. L'un des objectifs de ce projet consiste à simplifier au maximum la tâche des utilisateurs finaux en leur offrant un outil simple, rapide, et efficace. Ainsi, la technique adoptée dans cette étude est axée sur la modélisation déclarative d'environnements virtuels qui s'appuie sur trois phases (description, génération et prise de connaissances). La phase de description permet au concepteur de décrire l'environnement à partir d'un ensemble de propriétés, interprétées en un ensemble de contraintes destinées à un système de génération qui produit un ou plusieurs environnements virtuels solutions.Dans le cadre de ce projet DRAMA, des nouvelles méthodes de balisage ont été proposées afin de détecter les éléments essentiels pour la création d'une pièce théâtrale, notamment les informations sur les placements d'objets. Par ailleurs, les utilisateurs peuvent, aussi, lancer des requêtes au niveau du texte à partir de ces balises. Les propriétés sur les placements seront traduites en contraintes spatiales grâce aux données initialement stockées dans une base de connaissance qui utilise le langage XML. Une technique adoptant la méthode des métaheuristiques est ensuite utilisée pour la résolution des contraintes de placements obtenues précédemment. La gestion des propriétés physiques des objets (collision, gravité, friction) a été aussi gérée à partir d'un moteur physique. À la fin, les scènes solutions finales seront proposées à l'utilisateur, en utilisant un moteur de rendu 3D.

Ce mémoire porte sur l'identité virtuelle qu'est l'avatar. Nous nous intéressons en particulier à l'avatar au sein du métavers Second Life, un univers virtuel tridimensionnel et interactif en temps réel. Second Life est présenté comme un monde où chacun peut vivre une seconde vie. L'usager y crée un avatar, le personnalise, lui attribue une personnalité et une histoire, notamment à travers son apparence. C'est précisément ce processus de construction d'un avatar qui fait l'objet de ce mémoire : comment l'individu construit-il son avatar dans Second Life? Pour répondre à cette question, nous avons mobilisé un cadre théorique constitué de travaux sur les identités virtuelles dans Internet provenant de la sociologie et de la communication, ainsi que de quelques études psychanalytiques. Nous avons effectué une ethnographie en ligne au sein de Second Life pendant une période de six mois, ainsi que des entretiens semi-dirigés avec douze utilisateurs de Second Life. Nos résultats montrent que le processus de construction de l'avatar, notamment sa personnalisation, constitue une occupation centrale dans le métavers. L'avatar est à la fois une projection fantasmée de l'individu et un prolongement de sa personnalité en visant l'expression de son authenticité. La recherche s'accompagne d'un projet créatif, Projections, qui, à des fins d'illustration, témoigne de notre expérience personnelle dans Second Life et de notre relation à l'avatar. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Internet, avatar, identité virtuelle, Second Life, métavers.

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.

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).

Dans cette recherche, nous présentons le concept de "Réalité Évoquée" (" Evoked Reality ") afin d'essayer de relier différentes notions entourant la présence et la réalité au sein d'un cadre commun. Nous introduisons et illustrons le concept en tant que " illusion de la réalité " (Réalité Évoquée) qui évoque un " sentiment de présence " (Présence Évoquée) dans nos esprits. Nous distinguons les concepts de " Réalité Média-Évoquée " et " Réalité Auto-Évoquée " et nous les définissons clairement. Le concept de " Réalité Évoquée " nous permet d'introduire un modèle tripolaire de la réalité, qui remet en cause le modèle classique des deux pôles. Nous présentons également un modèle graphique appelé " Reality-Presence Map " (Carte Réalité-Présence) qui nous permet de localiser et d'analyser toutes les expériences cognitives concernant la présence et la réalité. Nous explorons également les qualia et la subjectivité de nos expériences de Réalité Évoquée. Deux expériences ont été réalisées : l'une dans le domaine de la Réalité Média-Évoquée et l'autre dans celui de l'Auto-Évoquée. Les expériences nous ont permis de valider nos hypothèses et de réaliser que nos recherches empiriques pouvaient encore être poussées plus loin encore. Enfin, nous illustrons les différentes implications et nous examinons les applications et les utilisations possibles de notre concept, en particulier dans le domaine de la recherche sur la présence. En outre, nous proposons d'étendre la recherche sur la présence au-delà du domaine de la réalité virtuelle et des moyens de communication et de l'étudier dans une perspective plus large que celle des sciences cognitives. Nous sommes convaincus que ce concept de Réalité Évoquée et le modèle proposé peuvent avoir des applications significatives dans l'étude de la présence et dans l'exploration des possibilités qui dépassent la réalité virtuelle.