Que ce soit dans un contexte industriel ou quotidien, les robots deviennent de plus en plus présents dans notre environnement et sont désormais capables d'interagir avec des humains. Dans les milieux industriels, des robots viennent notamment assister les opérateurs des chaînes d'assemblage pour des tâches fatigantes et dangereuses. Robots et opérateurs sont alors amenés à partager le même espace physique (coprésence) et à effectuer des tâches en commun (collaboration). Alors que la sécurité des humains à proximité des robots doit être garantie à tout instant, il convient également de déterminer si le travail collaboratif est accepté par les opérateurs, en termes d'utilisabilité et d'utilité.La première problématique de la thèse consiste à déterminer quelles sont les composantes importantes rentrant en jeu dans l'acceptabilité de la collaboration homme-robot, du point de vue des opérateurs. Différents facteurs peuvent influencer cette acceptabilité : l'apparence des robots et leurs mouvements, la distance de sécurité ou encore le mode d'interaction avec le robot.Afin d'étudier le maximum de facteurs, nous proposons d'utiliser la réalité virtuelle pour mener des tests utilisateurs en environnement virtuel. Nous utilisons des questionnaires pour recueillir les impressions subjectives des opérateurs et des mesures physiologiques pour estimer leur état affectif (stress, effort). La deuxième problématique de la thèse consiste à déterminer si une méthodologie utilisant la réalité virtuelle est pertinente pour cette évaluation : les résultats issus des tests en environnement virtuel rendent-ils bien compte de la situation réelle ?Pour répondre aux problématiques de la thèse, trois cas d'étude ont été mis en place et quatre expérimentations ont été menées. Deux de ces expérimentations ont été reproduites à la fois en environnements réel et virtuel afin d'évaluer la pertinence des résultats issus de la situation virtuelle par rapport à la situation réelle. / Either in the context of the industry or of the everyday life, robots are becoming more and more present in our environment and are nowadays able to interact with humans. In industrial environments, robots now assist operators on the assembly lines for difficult and dangerous tasks. Then, robots and operators need to share the same physical space (copresence) and to manage common tasks (collaboration). On the one side, the safety of humans working near robots has to be guaranteed at all time. On the other hand, it is necessary to determine if such a collaborative work is accepted by the operators, in terms of usability and utility.The first problematic of the thesis consists in determining the important criteria that play a role in the acceptability, from the operators' point of view. Different factors can influence this acceptability: robot appearance, robot movements, safety distance or interaction modes with the robot.In order to study as many factors as possible, we intend to use virtual reality to perform user studies in virtual environments. We are using questionnaires to gather subjective impressions from operators and physiological measures to estimate their affective states (stress, effort). The second problematic of the thesis consists in determining if a methodology using virtual reality is relevant for this evaluation: can the results from studies in virtual environments be reproducible in equivalent physical situations?In order to answer the problematics of the thesis, three use cases have been implemented and four studies have been performed. Two of those studies rely on a physical situation and its virtual reality counterpart in order to evaluate the relevance of the results of the virtual situation compared to the real situation.

Le travail présenté dans ce mémoire a pour cadre le dispositif de réalité mixte ray-on, conçu par la société on-situ. Ce dispositif, dédié à la mise en valeur du patrimoine architectural et en particulier d'édifices historiques, est installé sur le lieu de l'édifice et propose à l'utilisateur une vision uchronique de celui-ci. Le parti pris étant celui du photo-réalisme, deux pistes ont été suivies : l'amélioration du mélange réel virtuel par la reproduction de l'éclairage réel sur les objets virtuels, et la mise en place d'une méthode de segmentation d'image résiliente aux changements lumineux.Pour la reproduction de l'éclairage, une méthode de rendu basé-image est utilisée et associée à une capture haute dynamique de l'environnement lumineux. Une attention particulière est portée pour que ces deux phases soient justes photométriquement et colorimétriquement. Pour évaluer la qualité de la chaîne de reproduction de l'éclairage, une scène test constituée d'une mire de couleur calibrée est mise en place, et capturée sous de multiples éclairages par un couple de caméra, l'une capturant une image de la mire, l'autre une image de l'environnement lumineux. L'image réelle est alors comparée au rendu virtuel de la même scène, éclairée par cette seconde image.La segmentation résiliente aux changements lumineux a été développée à partir d'une classe d'algorithmes de segmentation globale de l'image, considérant celle-ci comme un graphe où trouver la coupe minimale séparant l'arrière plan et l'avant plan. L'intervention manuelle nécessaire à ces algorithmes a été remplacée par une pré-segmentation de moindre qualité à partir d'une carte de profondeur, cette pré-segmentation étant alors utilisée comme une graîne pour la segmentation finale. / The work described in this report has as a target the mixed reality device ray-on, developed by the on-situ company. This device, dedicated to cultural heritage and specifically architectural heritage, is meant to be installed on-site and shows the user an uchronic view of its surroundings. As the chosen stance is to display photo-realistic images, two trails were followed: the improvement of the real-virtual merging by reproducing accurately the real lighting on the virtual objects, and the development of a real-time segmentation method which is resilient to lighting changes.Regarding lighting reproduction, an image-based rendering method is used in addition to a high dynamic range capture of the lighting environment. The emphasis is put on the photometric and colorimetric correctness of these two steps. To measure the quality of the lighting reproduction chain, a test scene is set up with a calibrated color checker, captured by a camera while another camera is grabbing the lighting environment. The image of the real scene is then compared to the simulation of the same scene, enlightened by the light probe.Segmentation resilient to lighting changes is developed from a set of global image segmentation methods, which consider an image as a graph where a cut of minimal energy has to be found between the foreground and the background. These methods being semi-automatic, the manual part is replaced by a low resolution pre-segmentation based on the depthmap of the scene which is used as a seed for the final segmentation.

La compréhension de la dynamique oculo-vestibulaire pendant un réarrangement sensoriel dans le système nerveux central joue un rôle extrêmement important pour mieux appréhender la perception humaine, et améliore la technologie dans de nombreux domaines de l'ingénierie. Par ailleurs, le conflit sensoriel qui apparaît entre les systèmes oculaire, vestibulaire et proprioceptif pendant un réarrangement sensoriel à certains instants peut affecter grandement la performance d'un utilisateur dans un grand nombre d'applications telles que la simulation de vol/conduite, les systèmes d'affichage 3D échelle 1, les affichages de grande taille, les serious games, etc. De fait, connaître la condition dans laquelle le conflit sensoriel apparaît est d'une grande importance. Cette étude a pour objectif la compréhension de la nature du conflit sensoriel par la modélisation et des études subjectives, ainsi que les conditions dans lesquelles ce conflit apparaît dans un environnement synthétique. Les résultats sont ensuite utilisés pour concevoir de meilleures interfaces de navigation et de manipulation dans des environnements virtuels immersifs et interactifs. Plusieurs éléments, tels que la surface/taille projetée du balancement postural d'un utilisateur (mesurée par le centre de gravité) après exposition au conflit, la différence entre les composantes hautes et basses fréquences du balancement, et le temps d'exposition, seront proposés comme indicateurs de ce conflit dans des processus temps réel. Enfin, la méthode proposée sera utilisée pour évaluer plusieurs interfaces de navigation. Celles-ci sont basées sur des périphériques, la marche sur place, la reconnaissance vocale, les supports nomades, ou une fusion multi-sensorielle. Nous montrerons que les interfaces naturelles engendrent moins de conflit que celles artificielles. De plus, les trajectoires de l'utilisateur et de mauvais réglages des paramètres de navigation peuvent amener à un conflit plus élevé. En résumé, pour éviter un inconfort général de l'utilisateur, les paramètres de navigation doivent être réglés dans un certain intervalle. / Understanding oculo-vestibular dynamics during sensory rearrangement in the central nervous system plays an extremely important role in better understanding human perception, and improves the technology in many engineering fields. Besides, the sensory conflict that occurs between ocular, vestibular and proprioception during sensory rearrangement at certain occasions might adversely affect the user performance in a wide variety of domains including flight/car simulators, scale-one 3D systems, large-scale displays, serious games, and so on. Therefore, knowing the condition in which the sensory conflict happens has a great deal of importance. This study aims at understanding the nature of sensory conflict by modeling and subjective studies, and the conditions in which it takes place in a synthetic environment. The results then will be used to design better navigation and manipulation interfaces in immersive and interactive Virtual Environments. A set of novel features including the area/shape of the user's COG post-exposure postural sway, the difference between LF and HF components of the sway in a frequency space, and the time of exposure will be proposed as indicators of this conflict in real-time processes. Finally, the proposed method will be used to evaluate a set of navigation interfaces. The interfaces include device-based, walking in place, speech processing, iDevice-based, and finally sensor fusion. It will be shown that naturally inspired interfaces create less conflict comparing to artificial ones. Moreover, user trajectories and inappropriate settings of navigation parameters can lead to higher conflict. In summary, to avoid user's general discomfort, the parameters of navigation need to be set in a certain range.

Nous présentons une approche de rendu à base d'images (IBR) qui permet, à partir de photos, de naviguer librement et générer des points de vue quelconques dans des scènes urbaines. Les approches précédentes dépendent des modèles 3D et donnent lieu à des rendus de qualité réduite avec beaucoup d'artefacts. Dans cette thèse, nous proposons une approximation basée sur l'image pour compenser le manque de précision de la géométrie 3D. Nous utilisons un warp d'image guidé par des cartes de profondeur quasi-denses qui donnent lieu à beaucoup moins d'artefacts. En se basant sur cette approche, nous avons développé une méthode entièrement automatique permettant de traiter les scènes complexes. Nous sur-segmentons les images d’entrées en superpixels qui limitent les occlusions sur les bords des objets. Nous introduisons la synthèse de profondeur pour créer une approximation de cette profondeur mal reconstruite dans certaines régions et calculons les warps sur les superpixels pour synthétiser le résultat final. Nous comparons nos résultats à de nombreuses approches récentes. Nous avons analysé les artefacts de l'IBR d'un point de vue perceptif en comparant les artefacts générés par le mélange de plusieurs images avec ceux des transitions temporelles brusques et avons élaboré une méthodologie pour la sélection d'un compromis idéal entre les deux. Nous avons également analysé les distorsions perspectives et avons développé un modèle quantitatif qui permet de prédire les distorsions en fonction des paramètres de capture et de visualisation. Comme application, nous avons mis en œuvre un système de réalité virtuelle qui utilise l'IBR à la place de l'infographie traditionnelle. / We present image-based rendering (IBR) approaches that allow free viewpoint walkthroughs of urban scenes using just a few photographs as input. Previous approaches depend upon 3D models which give artifacts as the quality of 3D model degrades. In this thesis, we propose image-based approximations to compensate for the lack of accurate 3D geometry. In the first project, we use discontinuous shape-preserving image warp guided by quasi-dense depth maps which gives far fewer rendering artifacts than previous approaches. We build upon this approach in the second project by developing a completely automated solution that is capable of handling more complex scenes. We oversegment input images into superpixels that capture all occlusion boundaries. We introduce depth synthesis to create approximate depth in very poorly reconstructed regions and compute shape-preserving warps on superpixels to synthesize the final result. We also compare our results to many recent approaches. We analyze IBR artifacts from a perceptual point of view. In the first study, we compare artifacts caused by blending multiple images with abrupt temporal transitions and develop guidelines for selecting the ideal tradeoff. We use vision science in another study to investigate perspective distortions and develop a quantitative model that predicts distortions as a function of capture and viewing parameters. We use guidelines from these experiments to motivate the design of our own IBR systems. We demonstrate the very first virtual reality system that uses IBR instead of traditional computer graphics. This drastically reduces the cost of modeling 3D scenes while producing highly realistic walkthroughs.

Cette thèse est consacrée à la conception et au développement d’une plateforme multi-agent, en réalité virtuelle, de pilotage de véhicules intelligents pour la simulation du comportement microscopique du trafic. D’abord, un système de simulation intelligent des véhicules en réalité virtuelle (VR-ISSV), basé sur les multi-agents, est proposé : c’est un système modulaire hiérarchique de modélisation et de simulation, comprenant une couche matérielle, réseau et système d’exploitation ; une couche de gestion de la visualisation ; une couche de multi-agents et une couche d’interface homme-machine. Ensuite, pour le modèle d’agent du véhicule intelligent, un paradigme de conception décentralisée est utilisé basé sur l’approche multi-contrôleurs, où le comportement du suivi des véhicules et le comportement du dépassement des véhicules sont réalisées par coordination entre multi-contrôleurs. L’agent d’environnement est construit en tenant compte de l’interaction entre les véhicules et l’environnement naturel synthétique. Un système d’information géographique (GIS) est par ailleurs utilisé afin de définir l’agent d’environnement. Enfin, pour assurer la sécurité dans les manœuvres microscopiques du trafic, plusieurs contrôleurs du véhicule intelligent, adaptés à l’environnement complexe, sont considérés. Les contrôleurs, basés sur la logique floue, sont proposés pour envoyer les commandes appropriées aux actionneurs du véhicule - volant de direction, accélérateur, frein... Les modèles de comportement microscopique du trafic basé sur l’agent de véhicule intelligent sont étudiés considérant différents scénarios et l’environnement / This PhD thesis is dedicated to the modeling and simulation of microscopic traffic behavior in virtual reality system, with the intent of providing a new approach to effectively ensure traffic safety. At first, Virtual Reality Intelligent Simulation System of Vehicles (VR-ISSV), based on multi-agent, is proposed to simulate the intelligent microscopic traffic, which is a hierarchical modular modeling and simulation system consisting of hardware, network and operating system layers, visualization management layer, multi-agent layer, human-machine interface layer. The multi-agent layer includes entity agents (intelligent vehicle agents and around vehicle agents), service agent and environment agent. Second, for the intelligent vehicle agent model, a decentralized design paradigm is used for developing the multi-controller based intelligent vehicle, whereby the car following behavior and the overtaking behavior could be realized by the coordination of the multi-controller. The environment agent is constructed based on the conception of Synthetic Natural Environment (SNE), taking into account the interaction between the vehicles and the natural environment. Geographic Information System (GIS) is used to establish environment agent. Finally, to ensure the safety in microscopic traffic maneuver, the intelligent vehicle controllers adapting to complex environment are considered. Fuzzy logic based controllers are designed for sending the appropriate outputs to the vehicle’s actuators – the steering wheel and the throttle/brake pedals. Microscopic traffic behavior models based on the intelligent vehicle agent involving environment are studied

Do you think we can concentrate in noisy situations? I bet most of us would spontaneously answer “no” to this apparent simple question. Although we admit it is intuitively the best answer to give, this thesis aims to evidence that it is not always true and that, under certain circumstances, noise can be beneficial.<p><p>To appropriately discuss this question, it is necessary to answer others, such as: what is concentrating, paying attention? And, what is noise? Everyone has an idea of what attention is, and can give examples of situations in which it is required: school, work, driving, listening to our parents’ requests and so forth. But who could say that we can fully control attention like if we had a button to press, switching on and off according to the context? When we were little, my father used to say to my brothers and me: “Ok, you did not do this on purpose, but, please, pay attention to your attention”. Well, I can say now that it is not that easy and certainly not for everyone. In the population, around five percent of children and adults meet serious difficulties to pay attention. These people, more than others, often express their deficit with excessive distraction and/or hyperactivity as well as impulsivity. These multiple symptoms, for the individual who lives these behavioral excesses, represent an issue for his/her everyday-life: at school, at work, driving, trying to listen to his/her parents’ requests, etc.<p><p>Such symptoms refer to a syndrome called attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Although the definition of this syndrome has changed across the course of History, the first descriptions of ADHD go back to 1798. Since, a lot has been written about this disorder, which we do not fully understand yet. Beyond these simple words, “inattention, impulsivity, hyperactivity”, a consequent number of etiologies (environmental, genetic, psychosocial), subtypes, comorbidities, and outcomes reflect the enormous heterogeneity of the phenotypes that are found in this syndrome. The main treatment offered to individuals with ADHD is a psychostimulant drug called methylphenidate. This medication, acting mainly on dopaminergic brain functioning, has proven efficacy regarding ADHD symptoms. However, it has several limitations. For instance, its use remains controversial in the society; it causes side effects and around 30% of individuals with ADHD do not respond to this treatment. These mentioned limitations, among others, highlight the necessity to find alternative ways to reduce ADHD symptoms.<p><p>This is the main objective of this thesis. To do so, we will investigate a counterintuitive phenomenon. In certain situations, what can be called noise might improve cognition and, consequently, potentially reduce the symptoms associated with ADHD. As mentioned in the beginning of this preamble, one could think that everything unnecessary in our direct environment is a potential distraction. Intuitively, a sensible person would suggest that individuals prone to distraction, as those with ADHD, would benefit from a stimulation- free environment to improve attention and reduce impulsivity as well as hyperactivity. However, already in the 1970’s, authors such as Zentall (1975) developed a theory supported by empirical data, i.e. the optimal stimulation theory, showing that adding stimulation in the environment (with pictures, posters, music, colors, etc.) might improve symptoms of children with ADHD. Successively, many theories and findings were developed and related to the observation that the environmental context affects attention, hyperactivity and impulsivity. For instance, the delay aversion theory (Sonuga-Barke, Taylor, Sembi, & Smith, 1992) suggests that, as children with ADHD are motivated to discount delay, the inattentive, overactive and impulsive behaviors are the expression of such aversion when they cannot avoid the delay. Related to this theory, adding stimulation in the environment has evidenced hyperactivity and impulsive choice reduction (Antrop, Roeyers, Van Oost, & Buysse, 2000; Antrop et al. 2006). Another theory advocates that the ADHD-related symptoms are explained in terms of energetic dysfunction (Sergeant, 2000). For instance, children with ADHD would meet difficulties to adjust their internal state (e.g. their arousal) required for a task. Accordingly, Sergeant (2000) suggested that performance is influenced not only by cognitive capacity but also by environmentally determined levels of arousal and showed the extent to which variations in these energetic factors can be managed to ensure optimal performance. A recent theory, called the Moderate Brain Arousal model (Sikstrom & Soderlund, 2007), particularly caught our interest. This theory postulates that white noise has beneficial effect on cognition. The first study of these authors (Soderlund, Sikstrom, & Smart, 2007) supported their hypothesis, showing that children with ADHD improved their episodic memory performance when they were exposed to white noise. This is, to our knowledge, the first study that evidenced such improvement with white noise, considered as extra-task stimulation, in children with ADHD.<p><p>The objective of this thesis is to investigate the potential beneficial effect of noise in individuals with and without ADHD regarding attentional and executive functioning. We will first review, in the first chapter of this Introduction, the general aspects of ADHD: definition criteria, prevalence, etiologies, treatments and outcomes. In the second chapter, we will present the main theories and findings related to this syndrome and to our main objective.<p>After the Introduction, we will describe the different experimental studies that we have carried out in the context of this thesis. Hereunder, we propose a short overview of these studies.<p>The first study of this thesis is a pilot study, aimed to validate the relevance to use event- related potentials (ERPs) in children with and without ADHD to further investigate noise effect. Accordingly, the second study investigated noise effect on behavioral and ERPs aspects in children with and without ADHD. To do so, children performed a visual cued Go/Nogo. They were also submitted to a neuropsychological assessment. Afterwards, in a third study, we used the same paradigm in adults with and without ADHD. Here, we also added a music condition to investigate another stimulation than noise.<p><p>In the fourth study, we decided to explore the effect of noise in a more ecological environment. To do so, we used a virtual reality tool that allowed to immerse the children in a virtual classroom environment. Children with and without ADHD were then assessed, being immersed in a classroom, with a continuous performance task (CPT) presented on the blackboard while several auditory and visual realistic distracters emerged during the test. Children performed the task with and without white noise exposure as well as a neuropsychological assessment. In the fifth study, we used the virtual classroom to investigate noise effect on interference control. Children with and without ADHD were submitted to a bimodal virtual reality Stroop (with auditory and visual target stimuli) and to a neuropsychological assessment. Finally, in a last study, we explored the effect of noise in consecutive young adults. Immersed in the virtual classroom, they were submitted to the CPT task with and without white noise. ADHD questionnaires and a neuropsychological assessment were also undertaken.<p><p>To end this thesis, we will discuss to what extent our studies allowed going one step further in the investigation of “on what, with whom, when and where” noise can be beneficial. We will discuss all our studies and results in the light of the theories and findings exposed in the Introduction. Finally, we will comment the clinical validation of these results.<p><p><p> / Doctorat en Sciences Psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Un corps humain n’est pas le réceptacle passif d’impressions. Il n’est condamné à aucun « réel » qui s’imposerait à lui. Tout au contraire crée-t-il, continûment et spontanément, des images singulières de la réalité. Cette faculté d’imaginisation est le sujet de la présente thèse, ainsi que la conséquence qui s’ensuit, pour chaque individu, de ne pouvoir que croire en une réalité toujours déjà imaginisée. L’imaginisation sera envisagée selon une double visée :en tant que faculté (laquelle produit des effets concrets, historisants), et en tant que qualité originelle de l’être humain.<p>Poser que l’imaginisation est la qualité qui définit l’appartenance à l’humanité induit entre autres que la raison est renvoyée à un statut second :elle est un choix possible à l’intérieur d’une création incessante d’images-réalités, par où se constitue singulièrement une fiction enveloppante de la vie. Notre objectif n’est pas de déprécier le choix en faveur de la raison en indiquant qu’il serait, à tout coup, contraint et réducteur. Mais ne plus être en mesure – parce que l’être humain est d’emblée appréhendé en tant qu’être de raison (ens rationis) – de penser que la raison requiert un choix et qu’elle ne « va » pas de soi, c’est se couper de tout accès à la question :« Qu’est-ce que l’homme ?».<p>Nous voulons considérer l’être humain en tant qu’il imaginise le réel en y adjoignant une part fictive qui, à la fois, précède, intègre et outrepasse la « simple » raison. Fiction enveloppante forcément ignorée par le rationalisme positiviste, alors qu’elle est attachée de façon indissoluble à la vie de chacune et de chacun ;tous étant les acteurs individuels d’une histoire personnelle et collective.<p>Avant d’être un être de raison, l’homme est un être vivant qui imaginise singulièrement les choses, les situations, les évènements, ses semblables… Il en résulte une complexité telle qu’aucun échange, aucune relation, aucune cohabitation, ne peuvent à priori être déterminés rationnellement. Dès lors, si les présentes recherches ne portent pas directement sur le politique, celui-ci en constitue l’horizon, voire la finalité ultime. L’expérience nous apprend en effet que pour qu’une philosophie politique puisse être politiquement pertinente et utile, il faut qu’elle soit fondée non pas sur ce que l’on voudrait que les hommes soient, mais sur ce qu’ils sont. Non pas sur les hommes rationnels que la théorie souhaiterait qu’ils fussent, mais sur des êtres ayant un corps fait de mémoire, de peurs et de rêves. <p>En ce sens, nous partageons le questionnement quant à la nécessité d’une approche qui prendrait en compte « la totalité des dimensions de la vie humaine, le mythe comme la raison, le religieux comme le juridique, non pour les confondre, mais pour les articuler ensemble » .Notre plaidoyer est double, mais non contradictoire :il s’agit de penser une plus grande complexification du politique que celle définie par la raison identitaire – héritée de l’ère moderne et des Lumières – et qui est factuellement dépassée par le monde/mondialisé qui constitue désormais le territoire de toute politique. Cela n’est possible qu’en affrontant le fait que les hommes ne sont pas que raison, mais sont avant tout des imaginaires singuliers. Fonder, en ce sens, une politique requiert préalablement la définition de ce que l’on entend par imaginaires singuliers, et impose d’en repérer les modes d’agir, non plus seulement au niveau de l’histoire, ni même d’une histoire culturelle, mais d’une génésie culturelle :tel est l’objectif des recherches que l’on va lire. Celles-ci sont illustrées principalement par deux exemples paradigmatiques :la mythologie chrétienne, et le cinéma en tant qu’art de l’univers mytho-technique.<p> / Doctorat en Philosophie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La réalité augmentée permet d'aider les chirurgiens à localiser pendant l'opération la position des structures d'intérêt, comme les vaisseaux sanguins. Dans le cadre de la chirurgie laparoscopique, les modèles 3D affichés durant l'intervention ne correspondent pas à la réalité à cause des déformations dues au pneumopéritoine. Cette thèse a pour objectif de corriger ces déformations afin de fournir un modèle du foie réaliste. Nous proposons de déformer le modèle préopératoire du foie à partir d'une acquisition intraopératoire de la surface antérieure du foie. Un champ de déformations entre les modèles préopératoire et intraopératoire est calculé à partir de la distance géodésique à des repères anatomiques. De plus, une simulation biomécanique du pneumopéritoine est réalisée pour prédire la position de la cavité abdomino-thoracique qui est utilisée comme condition limite. L'évaluation de cette méthode montre que l'erreur de position du foie et de ses structures internes est réduite à 1cm. / Augmented reality can provide to surgeons during intervention the positions of critical structures like vessels. The 3D models displayed during a laparoscopic surgery intervention do not fit to reality due to pneumperitoneum deformations. This thesis aim is to correct these deformations to provide a realistic liver model during intervention. We propose to deform the preoperative liver model according to an intraoperative acquisition of the liver anterior surface. A deformation field between the preoperative and intraoperative models is computed according to the geodesic distance to anatomical landmarks. Moreover, a biomechanical simulation is realised to predict the position of the abdomino-thoracic cavity which is used as boundary conditions. This method evaluation shows that the position error of the liver and its vessels is reduced to 1cm.

La découpe virtuelle d'objets déformables est au coeur de nombreuses applications pour la simulation interactive. Nous présentons un nouvel algorithme de remaillage permettant la simulation de découpes avec la méthode des éléments finis. Nous avons combiné notre algorithme avec la méthode du «snapping» déplaçant les noeuds la surface de coupe, pour des tétradres linéaires. Notre approche permet de maîtriser le nombre de noeuds et de la qualité numérique du maillage durant les coupes. Elle donne des résultats similaires pour les fonctions de forme quadratiques. Dans ce cadre, nous avons évalué le «snapping» pour simuler la fracture de surfaces triangulées. Nous avons appliqué nos résultats en 3D pour l'assistance aux gestes chirurgicaux, en étant les premiers présenter des résultats sur la détection de déchirures dans un flux vidéo monoculaire. La robustesse de notre algorithme et l'augmentation des structures internes des organes. / Virtual cutting of deformable objects is at the core of many applications in interactive simulation for computational medicine. We present a new remeshing algorithm simulating cuts based on the finite element method. For tetrahedral elements with linear shape tunctions, we combined our algorithm with the movement of the nodes on the cutting surface, called snapping. Our approach shows benefits when evaluating the impact of cuts on the number of nodes and the numerical quality of the mesh. The remeshing algorithm yields similar results for quadratic elements. However, the snapping of nodes entails higher challenges and has been evaluated on triangular elements, simulating fractures. For augmented reality applications, we are the first to present results on the detection of fractures, tearing and cutting from a monocular video stream. Examples in different contexts show the robustness of our algorithm and the augmentation of internai organ structures highlights the clinical interest.

Notre motricité s’adapte plus ou moins facilement aux changements liés, à l’environnement et à l’évolution de nos capacités au cours de nos expériences, de nos apprentissages et de l’avancée dans l’âge. Nous nous efforçons alors de trouver des solutions optimales, pour être plus performants, plus efficaces. Le couplage perception-action est à la base de l’organisation du contrôle moteur. L’Homme perçoit à travers plusieurs systèmes sensoriels des informations intrinsèques, en provenance de l’état du corps lui-même, et des informations extrinsèques, issues de l’environnement. Ces informations sont mises au service du mouvement et des actions de la vie quotidienne à travers les processus cognitivo-moteurs : de prédiction, d’estimation et de planification motrice. Interroger ces mécanismes chez des personnes âgées fragilisées par l’apparition de troubles cognitifs légers en lien avec la maladie d’Alzheimer, permet de mieux comprendre leur capacité d’adaptation et de compensation face à ce vieillissement. Il s’agit par ailleurs de maintenir et de renforcer ces capacités par l’enrichissement réfléchi de l’environnement de stimulation de la personne âgée. Ces interventions préventives représentent un intérêt majeur pour la préservation de l’indépendance fonctionnelle des personnes âgées vulnérables. Ces travaux de thèse proposent le développement d’outils permettant la stimulation et le renforcement des processus cognitivo-moteurs. Il s’agit d’engager le couplage perception-action à travers des exercices moteurs implicites favorisant l’acquisition de nouveaux apprentissages et le renforcement des processus d’adaptation et de compensation au cours de l’évolution de la maladie. / To write, take, walk, talk is a part of our daily. Our motor ability is used to change depending on our environment and our skill, acquired thanks to our experience, learnings, and according to our age. We strive to find optimal solutions, to be more performants, more efficient. But we must be able to discern to act well and act to better discern. This « perception-action » coupling is the basis of the organization of motor control. Human can discern through several sensory systems (Visual, auditory, proprioceptive) intrinsic informations, coming from his own body, and extrinsic informations, from his environment. All of these informations are in the service of the movement and actions of daily life through the cognitivo-motor processes: of prediction, estimation and motor planning. To question these processes in aged people, weakened by mild cognitive impairment related to Alzheimer's disease, first allow to better understand their adaptation and compensatory capacities faced to this pathological aging. These preventive interventions represent a source of major interest, especially in the preservation of functional independence of vulnerable old people.These works of thesis propose development of tools for stimulating and strengthening cognitive-motor processes. It is clearly about engaging the perception-action coupling through implicit motor exercises benefiting the acquisition of new training and strengthen the process of adaptation and compensation during the progression of Alzheimer’s disease. So many of these processes stimulation exercises will be presented to better know the components relates to the action.