Actuellement, la plupart des simulateurs électromagnétiques se basent sur une résolution des équations aux dérivées partielles. Ces simulateurs ont jusqu'à présent bénéficié d'une augmentation de la puissance informatique compensant les exigences de calcul nécessitées par la croissance de la complexité et de la dimension des objets à modéliser. Cependant la taille des problèmes cruciaux augmente beaucoup plus rapidement que la puissance informatique. Malgré les apports faits pour simplifier les calculs électromagnétiques, la difficulté à tenir compte de tels problèmes complexes nécessite un saut méthodologique important. La méthode dite " énactive ", proposée dans ces travaux, constitue une approche atypique pour la modélisation dynamique d'un environnement naturel et sa simulation en un système de réalité virtuelle. Issue de la modélisation des systèmes multi-agents, elle propose une méthode spécifique pour la modélisation de tels systèmes complexes où de nombreux phénomènes interagissent de nombreuses façons, à des échelles de temps et d'espace pouvant être très différentes. Nous cherchons à suivre l'évolution d'une onde électromagnétique et ses interactions éventuelles avec des objets d'un environnement in virtuo, i.e. à travers un laboratoire virtuel (virtuoscope). Dans ce contexte, cette thèse s'inscrit dans un cadre interdisciplinaire qui allie les outils et les techniques de la réalité virtuelle à la modélisation de phénomènes électromagnétiques. En outre, les phénomènes sont modélisés en tant qu'entités autonomes en interaction. Notre modèle doit donc reposer sur une définition rigoureuse des entités, à savoir les ondes et les milieux, et des interactions qui peuvent avoir lieu afin de reconstituer correctement l'ensemble des phénomènes électromagnétiques " réels " au sein d'un environnement virtuel. Aussi, nous n'avons pas de moyens nous permettant de vérifier ni de valider autrement que par l'expérimentation notre modèle. En ce sens, nous faisons l'enjeu et le pari de parvenir à construire un tel système énactique électromagnétique. Pour cela, nous avons mis au point un ensemble de scénarios d'environnements électromagnétiques, suite au développement de deux modèles de propagation, l'un unidimensionnel et l'autre bidimensionnel. Les résultats seront comparés à des méthodes plus classiques appropriées voire à la théorie lorsque c'est possible.

Le Web 3D atteint actuellement un nouveau stade de maturité grâce à la convergence de nouvelles technologies et l'émergence de nouveaux standards permettant l'exploitation du matériel graphique depuis les navigateurs Web. Malgré l'émergence de ces technologies, nous pouvons constater une faible pénétration des contenus 3D sur le Web, due entre autre au manque d'outils de création de haut niveau facilitant la production d'interfaces graphiques 3D pour le Web. Afin de palier ce manque, nous proposons un formalisme basé sur les technologies Web permettant de définir des métaphores complètes, attractives et efficientes pour la visualisation de grands ensembles de données, ainsi que la génération des interfaces graphiques 3D correspondantes. Ce formalisme doit être flexible en termes d'extensibilité, de modularité, de généricité en ce qui concerne les formats de données en entrée et en sortie du système, ainsi qu'en terme de gamme d'interfaces graphiques 3D pouvant être définies par le concepteur d'une interface Web. Le pipeline de création que nous proposons permet la description de métaphores de visualisation d'information prenant en compte à la fois la structuration des données (la façon dont l'utilisateur explore et accède aux données), et la présentation (la géométrie et la présentation des données) et les interactions utilisateur. Les interfaces générées peuvent être de complexité variable allant des interfaces graphiques 3D immersives à l'intérieur desquelles l'utilisateur final est représenté par un avatar et peut interagir avec d'autres utilisateurs, à des interfaces graphiques 3D très simples.

La polysémie systématique, qui occupe une place grandissante dans les débats de sémantique lexicale depuis les années 1990, semble remettre à l'ordre du jour la question fondamentale du rapport entre les mots et les choses. Partant du constat que ces phénomènes de multi-sens n'impliquent pas de réel changement de référence, mais semblent au contraire mettre en jeu différentes parties ou aspects d'un même référent, ce travail propose une relecture métaphysique de deux modèles typés de la polysémie systématique (le Generative Lexicon de Pustejovsky et la Type Composition Logic de Asher), visant à clarifier les notions d'aspect/partie/constituant d'un objet, mobilisées dans la formulation des règles compositionnelles de génération des significations contextuelles.

Ces travaux se placent dans le cadre de l'utilisation de la réalité virtuelle pour la conception et le développement de produits. Les revues d'intégration virtuelles utilisées, au niveau industriel, sont actuellement limitées à la revue de projet statique, sans possibilité de modification de la conception initiale. Nous proposons une méthode destinée à la revue de projet virtuelle, dont le but est de permettre à l'utilisateur de modifier le plus naturellement possible la maquette numérique depuis l'environnement virtuel. Cette méthode appelée D3 est basée sur trois étapes : une étape de sélection par dessin, une étape de déformation par manipulation de la zone sélectionnée et une étape de reprise qui permet aux ingénieurs de reprendre les modifications. Afin que la méthode soit un support de communication, elle se doit d'être simple, intuitive et utilisable par tous. Une expérimentation a été menée dans le but d'évaluer la méthode au niveau de la facilité d'apprentissage et des erreurs commises par les sujets lors d'une tâche de modification. Enfin, dans le but de faciliter le travail de reprise, cette méthode offre plusieurs moyens permettant aux ingénieurs de répliquer les modifications sur la maquette CAO.

Malgré la fréquence de l'altération des fonctions exécutives après lésion cérébrale, les approches évaluatives et rééducatives de ces troubles restent limitées. Cette altération est très invalidante car elle perturbe les Activités de Vie Quotidienne (AVQ) (ex. préparation des repas) et empêche le retour des personnes à leur vie sociale et professionnelle. Or il s'avère que les technologies de la réalité virtuelle ont montré leurs potentiels dans la proposition de stratégies d'intervention thérapeutique innovantes. Elles nécessitent la modélisation de tâches virtuelles écologiques (proches des AVQ), le suivi et l'évaluation de l'activité du patient dans ces tâches et enfin l'évaluation des erreurs commises par le patient. La conception de ces tâches repose sur la pratique traditionnelle dans les centres de rééducation comme le centre de Kerpape. Les modalités d'interaction dans ces tâches doivent tenir compte de contraintes liées aux patients, comme leurs capacités résiduelles. Dans ces contextes, notre travail de thèse nous a permis de concevoir un outil permettant aux thérapeutes de configurer une tâche virtuelle, écologique et paramétrable pour l'évaluation et la rééducation des patients cérébrolésés. Dans la cuisine virtuelle (TVK = Therapeutic Virtual Kitchen) qui est une représentation fidèle de la cuisine thérapeutique de Kerpape, nous avons conçu des tâches écologiques primitives et complexes dont la graduation permet d'une part de s'adapter aux capacités du patient et d'autre part d'évaluer son dysfonctionnement exécutif. Dans l'objectif d'évaluer la performance du patient dans la tâche complexe choisie (Préparation d'un café), nous avons partiellement virtualisé la grille d'évaluation des erreurs d'actions et des erreurs comportementales, utilisée dans la tâche réelle à Kerpape. L'outil TVK permet la sauvegarde en temps réel des données relatives à l'activité du patient ainsi que l'interprétation et l'enregistrement des erreurs. Les expérimentations menées nous ont permis de valider l'usage de l'outil TVK auprès de sujets sains et de patients cérébrolésés et d'apporter de l'objectivité dans l'évaluation de la performance des patients dans une AVQ. Nos travaux mettent en évidence la difficulté d'évaluer simplement les erreurs comportementales. Nous avons proposé une approche fondée sur la réalité virtuelle pour l'évaluation de l'activité du patient cérébrolésé dans une tâche écologique. Cette approche met en évidence les apports de la réalité virtuelle dans la prise en charge de troubles cognitifs et les perspectives en rééducation cognitive.

Dans le secteur de la gestion technique de maintenance des grands parcs immobiliers, les premières solutions techniques mises en place depuis quelques années sont basées sur des logiciels totalement dédiés à chaque métier. Le partage de l'information est manuel et limité grâce à une interface graphique basée sur des schémas 2D et des photos qui sont sujets à une fausse interprétation par des personnes moins accoutumées à les interpréter. Ces solutions atteignent vite leurs limites d'utilisation. L'organisation de tous les membres des équipes techniques pour conduire des études d'intervention devient longue et coûteuse pour les organismes. Pour répondre a cette problématique, le manuscrit de cette thèse s'articule dans la technologie de l'information et de la communication appliquée à l'architecture afin de développer un nouveau mode opérationnel qui s'appuie sur la Réalité Virtuelle, le traitement et la gestion des informations techniques durant tout le cycle de vie de l'édifice. Ainsi, les objectifs de notre travail sont : - de proposer une description du bâtiment géométrique et alphanumérique en tenant compte des spécificités des grands édifices ferroviaires, - de mettre en place un système d'information et d'aide à la décision pour la gestion technique et pour la maintenance des édifices, en exploitant les nombreuses possibilités offertes par la Réalité Virtuelle et en gérant des profils d'acteurs distincts. - et de réaliser un prototype basé sur un moteur 3D capable d'exploiter et de valoriser les dispositifs de la Réalité Virtuelle pour la maintenance du patrimoine construit. Mots-clés: GMAO, Réalité Virtuelle, Maintenance, SGBD, Patrimoine immobilier

La course à l'innovation dans la technologie des dispositifs électriques, induit de nouvelles contraintes sur les fonctionnalités des systèmes de CAO en Génie Electrique. Ils doivent permettre l'analyse fine des comportements multiphysiques des dispositifs électriques. Cette puissance, nécessaire en terme de modélisation, se traduit aussi par une complexité en terme de maîtrise par l'utilisateur. Par conséquent, les techniques d'interaction homme - machine, qui avaient été longtemps considérées comme d'intérêt secondaire dans le domaine de Pélectrotechnique, deviennent aussi importantes que les modèles physiques. L'objectif de notre travail est de développer des méthodes d'exploration et d'Interface homme - machine, naturelles et faciles à comprendre, afin de facilité l'utilisation des logiciels de simulation en électrotechnique. Pour arriver à cet objectif, nous nous sommes inspirés des activités intervenant dans un laboratoire d'expérimentation en électrotechnique. Dans un premier temps, nous avons modélisé un vrai laboratoire en dégageant les rôles du dispositif électrique à étudier, des manipulations à mettre en places, des protocoles d'expérimentation, .... Après cela, nous avons développé un système interactif, le Laboratoire Virtuel d'Expérimentation en Électrotechnique (LVEE), bâti sur le modèle d'un laboratoire réel, et dans lequel le fonctionnement du dispositif électrique est obtenu à l'aide des logiciels de simulation. La contribution de la technologie de Réalité Virtuelle a été prise en considération pour fournir l'interaction intuitive et la visualisation naturelle des comportements physiques des dispositifs électriques.

La réalité virtuelle est un domaine pluridisciplinaire qui se trouve à la croisée des chemins des sciences de l'ingénieur et des sciences humaines. Dans le domaine de la médecine, la réalité virtuelle s'est imposée comme un nouvel outil thérapeutique non seulement pour la médecine et la chirurgie mais également pour le traitement des troubles psychologiques et de la rééducation des personnes handicapées. Nos travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont pour but de développer des techniques d'aide à la rééducation fonctionnelle en utilisant les technologies de la réalité virtuelle. La question de recherche au cœur de nos travaux concerne l'effet des métaphores de représentation sur la réalisation de gestes observés en environnement virtuel. Pour cela, nous avons discuté et considéré des problématiques essentielles à la fois en aspects technologiques et aspects scientifiques. Trois verrous scientifiques et technologiques ont été adressés et étudiés dans nos travaux. Le premier verrou est relatif à l'évaluation des gestes. Nous avons développé un outil permettant d'évaluer les gestes pour aider le patient dans son apprentissage et l'informer de ses progrès dans le processus de rééducation motrice. Le second verrou est relatif à l'évaluation de l'utilisabilité de l'environnement virtuel pour la rééducation motrice. Nous avons réalisé un travail pour évaluer le rôle de l'avatar virtuel, un facteur important de l'environnement virtuel, pour favoriser le processus d'empathie postural est la représentation de l'avatar. Le dernier verrou que nous avons adressé a pour but d'améliorer la capacité du sujet de travailler en autonomie au sein de l'environnement virtuel pour sa rééducation motrice. Pour cela, nous avons réalisé un outil qui permette au sujet de fouiller automatiquement le geste humain pour l'entraînement. Dans ces travaux, nous avons implémenté des protocoles d'évaluation qui ont permis de mettre en évidence la pertinence de nos hypothèses.

La réalité virtuelle permet à des utilisateurs de manipuler des objets virtuels depuis un même lieu ou des sites géographiques distants. Toutefois, un objet virtuel ne peut souvent être manipulé que par une seule personne à la fois. Dans cette thèse, nous définissons un protocole d'interaction décrivant le dialogue entre des outils d'interaction et des objets interactifs. Ce protocole basé messages gère les interactions locales ou distantes sur des objets interactifs en mono et multi-utilisateurs. Il inclut également une gestion des permissions pour les accès des outils d'interaction. Par ailleurs, le développement de ce protocole a permis de définir ce que sont des outils d'interaction et des objets interactifs. Cette caractérisation a donné lieu à une implémentation reposant sur un ensemble de composants logiciels réutilisables qui permettent notamment à un outil d'interaction de modifier la méthode de sélection et de modification d'objets interactifs, et à un objet interactif de modifier son comportement lorsqu'il est manipulé. De plus, cette caractérisation a permis de proposer des extensions du format COLLADA afin d'y incorporer une gestion d'interactions collaboratives. Une nouvelle technique d'interaction multi-utilisateurs est proposée. Elle déduit des mouvements selon 6 degrés de liberté à partir des positions (sans les orientations) de 3 mains virtuelles. Cette technique permet donc à deux ou trois utilisateurs de manipuler ensemble un objet virtuel. La possibilité d'un positionnement précis des mains virtuelles d'un utilisateur lui permet de mieux imiter la réalité. En effet, selon les positionnements des mains, le ressenti de l'utilisateur lors de la manipulation d'un objet, en particulier des objets encombrants, peut varier. Cette technique cherche donc à obtenir des placements des mains et des gestes réalistes chez l'utilisateur. Son implémentation a été réalisée au dessus du protocole d'interaction. Un nouveau concept d'interface tangible reconfigurable pour des interactions en mono ou multi-utilisateurs est également proposée. Cette interface constitue une solution pour la manipulation d'objets virtuels 3D en approximant leur forme. En effet, l'interface tangible reconfigurable, nommée RTD, propose un maillage physique reconfigurable constitué de points de manipulation à placer sur un objet virtuel, tels des points d'accroche. Ce maillage de points esquisse ainsi l'objet à manipuler. Deux sortes de RTD sont illustrées dans cette thèse. Une première sorte est de forme triangulaire. Elle est nommée RTD-3 et comporte donc trois points de manipulation. Les expérimentations effectuées montrent une nette préférence des utilisateurs envers l'usage de cette technique plutôt que celui des techniques classiques de la réalité virtuelle telles que la moyenne de mouvements et la séparation des degrés de liberté selon les utilisateurs. Une deuxième sorte de RTD comporte quatre points de manipulation et se trouve sous deux versions. Le RTD-4 plan place ses quatre points sur un plan et permet d'obtenir un quadrilatère. Le RTD-4 non-plan dispose en ses quatre points de manipulation d'articulations permettant d'obtenir un tétraèdre. Une forme 3D pour le RTD devrait conduire à une meilleure correspondance entre la forme du RTD et la forme de l'objet virtuel à manipuler.

Les travaux présentés dans ce document visent à mieux comprendre la relation entre la structure (ou morphologie) acoustique des sons et le sens communiqué par ces derniers. Ils s'appuient sur une approche pluridisciplinaire associant mathématiques, acoustique, traitement du signal, perception et cognition, dans laquelle la synthèse numérique des sons constitue le point central. Ce travail aborde les aspects fondamentaux liés à la compréhension du traitement cognitif et perceptif des sons mais aussi les aspects appliqués où le contrôle évocateur des processus de synthèse joue un rôle privilégié. Les principaux résultats obtenus ont été déclinés suivant deux axes: les sons musicaux et les sons environnementaux et industriels. Dans le cadre des sons musicaux des questions liées à la caractérisation perceptive des instruments de musique ainsi qu'au contrôle exercé par le musicien lors du jeu instrumental ont été traités. On a notamment montré que l'évaluation subjective de notes isolés de sons de piano dépend de l'expertise des sujets et permet difficilement d'évaluer la musicalité de l'instrument. La prise en compte du contexte musical nous a conduit a étudier l'influence du contrôle du musicien sur le son lors de l'interprétation musicale. On a montré que l'instrumentiste contrôle de façon systématique les variations de timbre de l'instrument et que ces variations influent notablement sur l'interprétation musicale. Dans le cadre plus général de sons environnementaux et industriels, on s'est attaché à mieux comprendre les relations entre la structure morphologique des sons et la perception qui en découle. Par une approche « neuro-acoustique » associant imagerie cérébrale et analyses acoustiques, des invariants caractéristiques de certaines catégories sonores ont été identifiés. Ces invariants sont à la base d'un modèle de contrôle « haut niveau » permettant la synthèse de sons à partir d'évocations. Ces résultats nous permettent d'envisager la construction d'un véritable langage de sons basé sur la génération de métaphores sonores.