Nous nous intéressons à l'interaction dans le contexte d'environnements physiques augmentés, plus précisément avec les objets physiques qui les composent. Bien que l'augmentation de ces objets offre de nouvelles possibilités d'interaction, notamment celle d'interagir à distance, le monde physique possède des caractéristiques propres rendant difficile l'adaptation de techniques d'interaction existantes en environnements virtuels. Il convient alors d'identifier ces caractéristiques afin de concevoir des techniques d'interaction à la fois efficaces et plaisantes dédiées à ces environnements physiques augmentés. Dans nos travaux, nous décomposons cette interaction à distance avec des objets physiques augmentés en deux étapes complémentaires : la sélection et le contrôle. Nous apportons deux contributions à chacun de ces champs de recherche. Ces contributions sont à la fois conceptuelles, avec la création d'espaces de conception, et pratiques, avec la conception, la réalisation logicielle et l'évaluation expérimentale de techniques d'interaction :- Pour l'étape de sélection, nous explorons la désambiguïsation potentielle après un geste de pointage à distance définissant un volume de sélection comme avec une télécommande infrarouge par exemple. En effet, bien que ce type de pointage sollicite moins de précision de la part de l'utilisateur, il peut néanmoins impliquer la sélection de plusieurs objets dans le volume de sélection et donc nécessiter une phase de désambiguïsation. Nous définissons et utilisons un espace de conception afin de concevoir et évaluer expérimentalement deux techniques de désambiguïsation visant à maintenir l'attention visuelle de l'utilisateur sur les objets physiques.- Pour l'étape de contrôle, nous explorons le guidage de gestes 3D lors d'une interaction gestuelle afin de spécifier des commandes à distance. Ce guidage est nécessaire afin d'indiquer à l'utilisateur les commandes disponibles ainsi que les gestes associés. Nous définissons un espace de conception capturant les caractéristiques comportementales d'un large ensemble de guides ainsi qu'un outil en ligne facilitant son utilisation. Nous explorons ensuite plusieurs options de conception afin d'étudier expérimentalement leurs impacts sur la qualité du guidage de gestes 3D. / We explore interaction with augmented physical objects within physical environments. Augmented physical objects allow new ways of interaction, including distant interaction. However, the physical world has specificities making difficult the adaptation of interaction techniques already existing in virtual environments. These specificities need to be identified in order to design efficient and enjoyable interaction techniques dedicated to augmented physical environments. In our work, we split up distant interaction into two complementary stages: the selection and the control of augmented physical objects. For each of these stages, our contribution is two-fold. These contributions are both theoretical, with the establishment of design spaces, and practical, with the design, the implementation and the experimental evaluation of interaction techniques:- For the selection stage, we study the disambiguation potentially needed after a distal pointing gesture using a volume selection such as an infrared remote controller. Indeed, although the volume selection can facilitate the aiming action, several objects can fall into the selected volume. Thus, users should disambiguate this coarse pointing selection. We define and use a design space in order to design and experimentally evaluate two disambiguation techniques that maintain the user's focus on the physical objects.- For the control stage, we study the guidance of 3D hand gestures in order to trigger commands at a distance. Such guidance is essential in order to reveal available commands and the associated gestures. We define a design space capturing specificities of a wide range of guiding systems. We also provide an online tool, easing the use of such a large design space. We then explore the impact of several design options on the quality of 3D gestures guidance.

Il est admis depuis quelque temps déjà qu’une interaction, pour être utile et efficace, doit être pensée “en contexte”. Cependant ce contexte reste une notion floue regroupant de nombreux concepts la rendant difficile à exploiter lors de la conception de techniques d’interaction. La présente thèse se concentre sur la partie spatiale du Contexte dans le cadre des environnements de bureau et de la gestion des fenêtres.Nous avons tout d’abord conçu et implémenté un ensemble de techniques d’interaction regroupées sous l’ap- pellation PowerTools. Ces interactions ont comme particularité de conserver la disposition des éléments à l’écran et de garder l’interaction localisée autour du point d’attention de l’utilisateur. Deux de ces techniques, DeskPop et StackLeafing s’intéressent plus particulièrement à la navigation entre les fenêtres (et le bureau) pendant une interaction de glisser-déposer. DeskPop permet de révéler et d’interagir avec l’espace du bureau sans pour autant déplacer ou cacher les fenêtres. StackLeafing elle, propose d’utiliser le non-chevauchement des fenêtres pour les regrouper en couches et ainsi pouvoir parcourir l’ensemble des fenêtres plus rapidement que par la simple inspec- tion individuelle. TimeShift pour sa part propose une méthode de déclenchement des historiques de copier-coller et glisser-déposer permettant de conserver l’interaction autour du point d’attention de l’utilisateur. La conception des PowerTools nous a conduit à effectuer trois études plus théoriques portant sur le contexte spatial et qui ont donné lieu à des expériences utilisateurs en laboratoire.La première de ces études considère l’acquisition de cibles surgissantes ou animées où nous faisons varier le délai d’apparition et d’animation. Il s’avère que l’animation ou l’apparition soudaine d’une cible reste très proche au niveau des performances du pointage classique (cible statique toujours affichée) pour des délais d’apparition ou d’animation très court (en dessous de 200 ms). Cependant, le cas non statique conduit à plus d’erreurs et, dès que le délai dépasse 200 ms, on observe des différences de performance avec le cas statique. Ces résultats montrent que des techniques telles que StackLeafing et DeskPop qui conservent les cibles potentielles statiques et visibles possèdent un avantage par rapport aux techniques classiques.La seconde étude porte sur la profondeur en gestion des fenêtres. Elle a pour but de déterminer si l’application d’un effet graphique sur les fenêtres peut aider les utilisateurs à mieux percevoir la profondeur de couches de fenêtres comme utilisé dans la technique StackLeafing. Cette étude compare trois effets, appelés indices visuels de profondeur : ombres, flou, et luminosité. Ces indices sont appliqués à des scènes composées de fenêtres disposées en couches (ensemble de fenêtres ne se recouvrant pas), les indices de flou et de luminosité étant appliqués de manière plus forte pour les couches plus profondes. Les sujets devaient alors déterminer le nombre total de couches de la scène. L’expérience montre que l’indice le plus efficace est la luminosité.Enfin, la conception de TimeShift à également porté à notre attention la difficulté d’intégrer de nouvelles tech- niques d’interaction dans un environnement existant. Dans le cas de l’implémentation des historiques de copier- ou-déplacer, nous avons utilisé des interactions “temporisées”. Pour généraliser ces interactions temporelles, nous proposons que l’utilisateur communique avec le système par la reproduction de motifs rythmiques. Nous avons défini un vocabulaire propice à l’interaction homme-machine puis nous avons mené des expériences utilisateurs pour évaluer les capacités de reproduction et de mémorisation d’association de rythmes à des commandes. Les ex- périences montrent que le type d’interaction rythmique que nous proposons est effectivement adapté à l’Interaction Homme-Machine.La proposition de départ de cette thèse était de modifier le moins possible la disposition des éléments affichés et de conserver l’interaction autour du point d’attention de l’utilisateur afin de conserver le contexte et la mémoire spatiale de ce dernier. Nous avons tout d’abord conçu et intégré un ensemble de techniques dans un environnement réel. Puis, nous avons élaboré et mené des expériences en laboratoire afin de mieux comprendre les implications des choix de conception. / It is already well known that for an interaction to be useful, it must be thought “in context”. Unfortunately, this Context remains quite a blurry notion encompassing a lot of different concepts, making it hard to use when designing new interaction techniques. This thesis focus on the spatial part of this context in the field of window management and desktop usage.First, we designed and implemented a set of interaction techniques we called PowerTools. These interactions have the particularity of keeping the position and size of on-screen objects and to keep interaction around the user’s focus of attention. Two of these techniques, DeskPop and StackLeafing more precisely focus on the navigation between windows (and desktop) while using a drag-and-drop interaction. DeskPop allow to uncover and interact with the desktop’s content without requiring to hide or move opened windows. StackLeafing’s purpose is to use the non overlapping of windows to group them in layers, thus allowing to search through them by group instead of individually. On the other hand, TimeShift offer a triggering technique for copy-and-paste histories whose particularity is to keep the interaction around the user’s point of interest.The desing of these PowerTools brought us to conduct three more theorical studies on the spatial context which in turn led to controlled user experiments.The first of these studies looked at the the acquisition of popping and animated targets where we made the delay of apprarition or animation vary. It turns out that the cases where the target is animated or pops are really close to the traditionnal static case in term of pointing performance for small delays (under 200 ms). However, the non static cases lead to more pointing errors and once the delay goes above the 200 ms limit, we observe a drop in performance compared to the static case. These results show that techniques akind to StackLeafing and DeskPop that keep the potential target visible and static have an advantage over classic techniques.The second study looked at the depth dimension in window management. Its purpose was to see if applying some graphical effect on windows could help users better perceive the depth windows layers like the ones used in the StackLeafing technique. This study compared three depth visual cues: shadows, blur and luminance. These cues were used in scenes composed of windows group into layers (set of windows that does not everlap). The blur and luminance cues were applied more strongly on “distant” windows than on closer ones. Participants had then to guess the number of layers in the scene. This sudy shows that the luminance cue is a clear winner.Finally, the desing of TimeShift also brought our attention on the difficulty to integrate a new interaction tech- nique into an existing system. In the case of copy-and-paste histories conception, we used “timed” interactions. In order to generalise this temporal interactions we propose to use rhythmic patterns as a mean to communicate with interactive systems. We defined a vocabulary suited for human-computer interaction. We then evaluated through user studies the capacity for non experts to reproduce and memorise the association of such patterns and commands. These studies indeed show that the type of rhythmic patterns we defined are usable in the context of human-computer-interaction.the starting point of this thesis was to keep the on-screen elements static and to keep the interaction around the user’s locus of attention in order to preserve the user’s memory and spatial context. First, we integrated a set of techniques insite a real environment. Then, in order to better understand conception choices, we designed and ran controlled experiments.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les travaux présentés dans cette thèse portent sur les mécanismes centraux impliqués dans la planification de la direction et de l'amplitude d'atteintes manuelles vers des cibles visuelles. Les résultats de plusieurs études psychophysiques suggèrent que le système nerveux central utilise une règle générale d'organisation qui consiste à planifier la direction et l'amplitude d'atteintes manuelles par l'intermédiaire de deux canaux de traitement indépendants. Nous avons évalué cette hypothèse en testant l'effet de différentes conditions sensorimotrices sur la nature des erreurs de direction et d'amplitude d'atteintes manuelles. Un système d'analyse de mouvement (Optotrak) a permis revaluation des erreurs produites lors d'atteintes manuelles vers des cibles visuelles. Sept sujets ont exécuté des mouvements d'atteintes vers des cibles situées à 5 distances différentes le long de 5 directions différentes dans deux conditions expérimentales. Dans la tâche l, les sujets devaient orienter le regard vers une cible visuelle présentée sur un plan horizontal, puis fermer les yeux, et effectuer un pointage manuel en direction de cette cible. Dans la tâche 2, les pointages manuels étaient effectués vers les mêmes positions spatiales que dans la tâche l, mais, les cibles étaient présentées sur un plan vertical. Dans ces deux tâches, les erreurs variables de distance ont été plus grandes que les erreurs variable de direction. Cependant, dans la tâche 2, ces erreurs variables ont présenté une gradation différente en fonction de l'amplitude des mouvements. Cette influence différente de la nature des transformations sensorimotrices sur les erreurs variables de direction et d'amplitude d'atteintes manuelles supporte l'hypothèse que le SNC planifie ces deux paramètres par des canaux de traitement distincts. Une analyse subséquente a porté sur une prédiction de cette conclusion. Si les patrons dans la variabilité finale des pointages manuels reflètent les processus de planification motrice qui précèdent l'initiation des mouvements, ces derniers devraient présenter une étroite correspondance avec les patrons dans la variabilité initiale d'atteintes manuelles. L'analyse comparée des distributions des positions spatiales des sommets d'accélération et de vitesse ainsi que des points finaux d'atteintes manuelles a montré que les positions finales ne sont pas entièrement déterminées lors de l'initiation des mouvements suggérant que la planification et l'exécution ne sont pas des étapes sérielles strictes. Cependant, l'indépendance de la variabilité spatiale de direction et d'amplitude le long des trajectoires de mouvements a suggéré une planification indépendante de ces paramètres au cours du temps. Une approche neurophysiologique a été utilisée afin d'évaluer les fondements neuronaux des canaux de traitement indépendants par lesquels la direction et l'amplitude des mouvements d'atteintes sont planifiées. L'activité de 162 cellules du cortex prémoteur dorsal (PMd) a été enregistrée dans 2 hémisphères d'un singe rhésus alors qu'il effectuait des mouvements d'atteinte vers 24 cibles visuelles situées à 3 différentes distances le long de 8 directions différentes. Dans cette tâche expérimentale, un indice visuospatial présenté durant 500 ms indique la position vers laquelle une atteinte manuelle devait être dirigée après une période de délais (l 000-2500 ms). Ensuite, un deuxième indice (visuel, non-spatial) donne l'instruction au singe d'initier un mouvement en direction de la position mémorisée de la cible. Durant la présentation de la cible, l’activité des cellules individuelles de PMd est préférentiellement liée à la direction du mouvement à produire. Ensuite, au cours des événements successifs, elle montre une augmentation graduelle de la modulation en fonction de la distance de la cible. Les fréquentes interactions entre l'encodage de la direction et de l'amplitude dans la décharge de cellules individuelles de PMd suggère que les canaux de traitement pour la planification de la direction et de l'amplitude n'impliquent pas deux populations distinctes de cellules dans le cortex PMd. L'augmentation progressive de la convergence de l'expression de ces paramètres au cours du temps pourrait refléter une représentation intermédiaire interposée entre les canaux de traitement indépendants et un code approprié pour la spécification éventuelle des forces et de l'activité musculaire.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L'intégralité de ce projet a été réalisé à l'aide de logiciels sous licence libre. / Une évaluation du nombre de symptômes d'hyperactivité-impulsivité et d'inattention a été faite sur 277 jumeaux au moyen d'une entrevue semi-structurée administré aux parents, basée sur une échelle validée et communément admise, et une tâche de pointage a été demandée à chacun d'eux. La tâche de pointage a été effectuée avec chaque main successivement vers une cible dont la position à 135° ou à 45° était déterminée aléatoirement. Les tracés ont été classés en trois catégories selon le type de la première correction volontaire qu'ils présentaient sur leurs profils cinématiques : absence de correction, correction de position, correction dynamique. Ce projet veut caractériser la relation entre le taux de chaque type de correction et le nombre de symptômes de TDAH chez une population d'enfants ne répondant majoritairement pas à un diagnostic clinique de TDAH. Il a été montré que la présence de corrections de position était fréquemment corrélée à la présence de symptômes d'hyperactivité-impulsivité, mais pas, ou rarement, de symptômes d'inattention. D'autre part, il a été aussi remarqué que le taux de correction augmentait significativement lorsque le mouvement de pointage était effectué de la main gauche, sans égard à la dominance manuelle du sujet. Le premier résultat n'était pas attendu, étant donné la littérature relativement épaisse montrant un lien entre l'inattention et les problèmes de coordination motrice. Le second résultat, par contre, laisse entendre que la différenciation fonctionnelle hémisphérique d'un point de vue de contrôle attentionnel, ou de la motricité de la main gauche, serait affectée par le TDAH. / Symptoms linked to ADHD were assessed on 277 twins according to the commonly recognized dimensions formed by hyperactivity-impulsivity and inattention. A semi-structured interview administered to parents was used for the assessment. Subjects were asked to perform a pointing task. Left and right hands were tested in turn, and to reach a target placed either at 135° or 45°. Order of appearance was randomly determined. All traces were categorized according to the first voluntary correction as shown in their kinematic profiles : no correction, position correction, and dynamic correction. This project proposes to characterize the link between each correction type frequency and hyperactivity-impulsivity and inattention symptoms. The population studied was mostly subclinical and did not reach ADHD diagnosis criteria. Position corrections were shown to be correlated quite reliably to hyperactivity- impulsivity symptoms, but not to inattention symptoms. Deficits were most reliably linked with left hand use. The first result was unexpected considering abundant literature confirming the link between inattention and fine motor deficits, but the second one is more in line with a less exploited hypothesis stating that hemispherical functional differentiation related to control of the hand, or control of attention is affected by ADHD.

L'astrophysique des neutrinos de haute énergie est une branche relativement récente dans l'astrophysique des particules. L'observation de ces neutrinos nécessite la construction de nouveaux types de télescopes immenses. Après une phase de recherche et de développement pendant laquelle elle a démontré la faisabilité d'une telle entreprise en milieu sous-marin, la collaboration ANTARES construit maintenant un télescope à neutrinos avec une surface de 0,1 km². Le détecteur, exposé à un taux élevé de bruit de fond ambiant, doit être capable de reconnaître un faible signal physique, ce qui nécessite un déclenchement à la fois puissant et efficace. Nous présentons ici une analyse des différentes possibilités d'un déclenchement local. A l'issue de cette étude, la définition du déclenchement final du détecteur est devenue possible. Nous présentons également une étude des performances du détecteur envisagé. L'analyse nécessite la simulation d'événements de très haute énergie (TeV-PeV). A ces énergie les programmes de simulation utilisent des hypothèses différentes, ce qui a nécessité une comparaison de leurs résultats avant utilisation. Une caractéristique importante d'un télescope à neutrinos est sa résolution angulaire. Celle d'ANTARES, obtenue dans cette thèse est de l'ordre de 0,5° pour les muons ascendants et inférieure à 1° pour les muons descendants. Une détection de l'ombre de la Lune, dont nous avons étudié la faisabilité, permet de vérifier ce résultat après 2-5 ans de prise de données.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Une évaluation du nombre de symptômes d'hyperactivité-impulsivité et d'inattention a été faite sur 277 jumeaux au moyen d'une entrevue semi-structurée administré aux parents, basée sur une échelle validée et communément admise, et une tâche de pointage a été demandée à chacun d'eux. La tâche de pointage a été effectuée avec chaque main successivement vers une cible dont la position à 135° ou à 45° était déterminée aléatoirement. Les tracés ont été classés en trois catégories selon le type de la première correction volontaire qu'ils présentaient sur leurs profils cinématiques : absence de correction, correction de position, correction dynamique. Ce projet veut caractériser la relation entre le taux de chaque type de correction et le nombre de symptômes de TDAH chez une population d'enfants ne répondant majoritairement pas à un diagnostic clinique de TDAH. Il a été montré que la présence de corrections de position était fréquemment corrélée à la présence de symptômes d'hyperactivité-impulsivité, mais pas, ou rarement, de symptômes d'inattention. D'autre part, il a été aussi remarqué que le taux de correction augmentait significativement lorsque le mouvement de pointage était effectué de la main gauche, sans égard à la dominance manuelle du sujet. Le premier résultat n'était pas attendu, étant donné la littérature relativement épaisse montrant un lien entre l'inattention et les problèmes de coordination motrice. Le second résultat, par contre, laisse entendre que la différenciation fonctionnelle hémisphérique d'un point de vue de contrôle attentionnel, ou de la motricité de la main gauche, serait affectée par le TDAH. / Symptoms linked to ADHD were assessed on 277 twins according to the commonly recognized dimensions formed by hyperactivity-impulsivity and inattention. A semi-structured interview administered to parents was used for the assessment. Subjects were asked to perform a pointing task. Left and right hands were tested in turn, and to reach a target placed either at 135° or 45°. Order of appearance was randomly determined. All traces were categorized according to the first voluntary correction as shown in their kinematic profiles : no correction, position correction, and dynamic correction. This project proposes to characterize the link between each correction type frequency and hyperactivity-impulsivity and inattention symptoms. The population studied was mostly subclinical and did not reach ADHD diagnosis criteria. Position corrections were shown to be correlated quite reliably to hyperactivity- impulsivity symptoms, but not to inattention symptoms. Deficits were most reliably linked with left hand use. The first result was unexpected considering abundant literature confirming the link between inattention and fine motor deficits, but the second one is more in line with a less exploited hypothesis stating that hemispherical functional differentiation related to control of the hand, or control of attention is affected by ADHD. / L'intégralité de ce projet a été réalisé à l'aide de logiciels sous licence libre.

L’adaptation motrice renvoie à la capacité de notre système nerveux à produire continuellement des mouvements précis et ce malgré le fait que notre environnement ainsi que notre corps puissent être soumis à des modifications. Le transfert d’adaptation entre les membres découle de notre habilité à généraliser ce que l’on a appris, par exemple, avec un bras au bras opposé. Le transfert entre les membres est un objet d’étude complexe. Les conditions amenant au transfert sont largement débattues dans la littérature car les résultats d’une étude à l’autre peuvent être contradictoires. Ce travail de thèse s’inscrit dans une tentative d’apporter une explication concernant l’hétérogénéité des performances et les divergences observées dans les différentes études portant sur le transfert entre les membres. Les deux premières expériences avaient pour but d’identifier si des conditions paradigmatiques ou idiosyncratiques pouvaient influencer les performances du transfert au bras opposé. L’objectif de la troisième expérience était d’étudier l’influence des processus sous-jacents à l’adaptation sur le transfert entre les membres d’après le modèle de Smith et collaborateurs (2006). Nos résultats nous ont permis d’éclaircir certains aspects du transfert concernant les facteurs prédictifs et les processus mis en jeu. Nos deux premières études suggèrent que les différences individuelles sont une source d’information pertinente pour expliquer certains comportements tels que le transfert entre les membres. Notre troisième étude nous a permis de caractériser les processus qui, durant l’adaptation, prédisposent au transfert. / Motor adaptation refers to the capacity of our nervous system to produce accurate movements while the properties of our body and our environment continuously change. Interlimb transfer is a process that directly stems from motor adaptation. It occurs when knowledge gained through training with one arm change the performance of the opposite arm movements. Interlimb transfer of adaptation is an intricate process. Numerous studies have investigated the patterns of transfer and conflicted results have been found. The attempt of my PhD project was to identify which factors and processes favor interlimb transfer of adaptation and thence may explain the discrepancies found in the literature. The first two experiments aimed at investigated whether paradigmatic or idiosyncratic features would influence the performance in interlimb transfer. The third experiment provided some insights on the processes allowing interlimb transfer by using the dual-rate model of adaptation put forth by Smith et al. (2006). Our results show that inter-individual differences may be a key factor to consider when studying interlimb transfer of adaptation. Also, the study of the different sub-processes of adaptation seems helpful to understand how interlimb transfer works and how it can be related to other behaviors such as the expression of motor memory.

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