La réalité mixte apporte certains avantages aux applications industrielles. Elle peut, entre autres, faciliter la visualisation et validation de projets ou assister des opérateurs durant des tâches spécifiques. Les systèmes de projection (PBS), tels que les CAVE ou la réalité augmentée spatiale, fournissent un environnement de réalité mixte permettant une collaboration directe avec des utilisateurs externes. Dans cette thèse, nous visons à améliorer l'utilisation des systèmes de projection pour des applications industrielles en abordant deux défis majeurs: (1) améliorer les composantes techniques des PBS et (2) augmenter l'expérience utilisateur dans les PBS. En tant que premier défi technique, nous visons à améliorer les systèmes de suivi de mouvements optiques. Nous proposons une approche permettant d’élargir l’espace de travail de ces systèmes grâce à deux méthodes. La première permet de suivre les mouvements à partir d’une seule caméra tandis ce que la deuxième permet de contrôler les caméras et suivre les objets dans l’espace de travail. Le système qui en résulte fournit des performances acceptables pour des applications en réalité mixte tout en augmentant considérablement l'espace de travail. Un tel système de suivi de mouvement peut permettre de mieux exploiter le potentiel des systèmes de projection et d’élargir le champ possible des interactions. En tant que deuxième défi technique, nous concevons un casque « tout-en-un » pour la réalité augmentée spatiale mobile. Le casque rassemble à la fois un système de projection et un système de suivi de mouvements qui sont embarqués sur la tête de l'utilisateur. Avec un tel système, les utilisateurs sont capables de se déplacer autour d'objets tangibles et de les manipuler directement à la main tout en projetant du contenu virtuel par-dessus. Nous illustrons notre système avec deux cas d'utilisation industriels: le prototypage virtuel et la visualisation médicale. Enfin, nous abordons le défi qui vise à améliorer l’expérience utilisateur dans les PBS. Nous proposons une approche permettant d’incarner un personnage virtuel et d’augmenter la perception spatiale des utilisateurs dans les PBS. Pour ce faire, nous ajoutons l’ombre virtuelle des utilisateurs dans les systèmes de projection immersifs. L'ombre virtuelle est directement corrélée aux mouvements des utilisateurs afin qu'ils la perçoivent comme si c'était la leur. Nous avons effectué une expérience afin d'étudier l'influence de la présence de l'ombre virtuelle sur le comportement des utilisateurs. / Mixed reality brings some advantages to industrial applications. It can, among others, facilitate visualizing and validating projects or assist operators during specific tasks. Projection-based Systems (PBS), such as CAVEs or spatial augmented reality provide a mixed reality environment enabling straightforward collaboration with external users. In this thesis, we aim at improving the usage of PBS for industrial applications by considering two main challenges: (1) improving the technical components of PBS and (2) improving the user experience when using PBS. As a first technical challenge, we propose to address the improvement of the tracking component. We introduce an approach that enables increasing the workspace of optical tracking systems by using two methods. As a first method, we propose to use monocular tracking. As a second method, we propose to use controlled cameras that follow the targets across the workspace. The resulting system provides acceptable performances for mixed reality applications while considerably increasing the workspace. Such a tracking system can make it easier to use large projection-based displays and can widen the range of available interactions. As a second technical challenge, we design an “all-in-one” headset for mobile spatial augmented reality on tangible objects. The headset gathers both a projection and a tracking system that are embedded on the user’s head. With such a system, the users are able to move around tangible objects and to manipulate them directly by hand while projecting virtual content over them. We illustrate our system with two industrial use cases: virtual prototyping and medical visualization. Finally, we address the challenge that aims at improving the user experience when using PBS. We introduce a method that provides virtual embodiment and increases the spatial perception of the users when using PBS. To do so we add the user’s virtual shadow in immersive projection-based systems. The virtual shadow is dynamically mapped to users’ movements in order to make them perceive the shadow as if it was their own. We then carry out an experiment to study the influence of the presence of the virtual shadow on the user experience and behavior.

L'automatisation de la conduite est un processus en cours qui est en train de changer radicalement la façon dont les gens voyagent et passent du temps dans leur voiture pendant leurs déplacements. Les véhicules conditionnellement automatisés libèrent les conducteurs humains de la surveillance et de la supervision du système et de l'environnement de conduite, leur permettant d'effectuer des activités secondaires pendant la conduite, mais requièrent qu’ils puissent reprendre la tâche de conduite si nécessaire. Pour les conducteurs, il est essentiel de comprendre les capacités et les limites du système, d’en reconnaître les notifications et d'interagir de manière adéquate avec le véhicule pour assurer leur propre sécurité et celle des autres usagers de la route. À cause de la diversité des situations de conduite que le conducteur peut rencontrer, les programmes traditionnels de formation peuvent ne pas être suffisants pour assurer une compréhension efficace de l'interaction entre le conducteur humain et le véhicule pendant les transitions de contrôle. Il est donc nécessaire de permettre aux conducteurs de vivre ces situations avant leur première utilisation du véhicule. Dans ce contexte, la Réalité Mixte constitue un outil d'apprentissage et d'évaluation des compétences potentiellement efficace qui permettrait aux conducteurs de se familiariser avec le véhicule automatisé et d'interagir avec le nouvel équipement dans un environnement sans risque. Si jusqu'à il y a quelques années, les plates-formes de Réalité Mixte étaient destinées à un public de niche, la démocratisation et la diffusion à grande échelle des dispositifs immersifs ont rendu leur adoption plus accessible en termes de coût, de facilité de mise en œuvre et de configuration. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle de la réalité mixte dans l'acquisition de compétences pour l'interaction d'un conducteur avec un véhicule conditionnellement automatisé. En particulier, nous avons exploré le rôle de l'immersion dans le continuum de la réalité mixte en étudiant différentes combinaisons d'espaces de visualisation et de manipulation et la correspondance entre le monde virtuel et le monde réel. Du fait des contraintes industrielles, nous avons limité les candidats possibles à des systèmes légers portables, peu chers et facilement accessibles; et avons analysé l’impact des incohérences sensorimotrices que ces systèmes peuvent provoquer sur la réalisation des activités dans l’environnement virtuel. À partir de ces analyses, nous avons conçu un programme de formation visant l'acquisition des compétences, des règles et des connaissances nécessaires à l'utilisation d'un véhicule conditionnellement automatisé. Nous avons proposé des scénarios routiers simulés de plus en plus complexes pour permettre aux apprenants d’interagir avec ce type de véhicules dans différentes situations de conduite. Des études expérimentales ont été menées afin de déterminer l'impact de l'immersion sur l'apprentissage, la pertinence du programme de formation conçu et, à plus grande échelle, de valider l'efficacité de l'ensemble des plateformes de formation par des mesures subjectives et objectives. Le transfert de compétences de l'environnement de formation à la situation réelle a été évalué par des essais sur simulateurs de conduite haut de gamme et sur des véhicules réels sur la voie publique. / Driving automation is an ongoing process that is radically changing how people travel and spend time in their cars during journeys. Conditionally automated vehicles free human drivers from the monitoring and supervision of the system and driving environment, allowing them to perform secondary activities during automated driving, but requiring them to resume the driving task if necessary. For the drivers, understanding the system’s capabilities and limits, recognizing the system’s notifications, and interacting with the vehicle in the appropriate way is crucial to ensuring their own safety and that of other road users. Because of the variety of unfamiliar driving situations that the driver may encounter, traditional handover and training programs may not be sufficient to ensure an effective understanding of the interaction between the human driver and the vehicle during transitions of control. Thus, there is the need to let drivers experience these situations before their first ride. In this context, Mixed Reality provides potentially valuable learning and skill assessment tools which would allow drivers to familiarize themselves with the automated vehicle and interact with the novel equipment involved in a risk-free environment. If until a few years ago these platforms were destined to a niche audience, the democratization and the large-scale spread of immersive devices since then has made their adoption more accessible in terms of cost, ease of implementation, and setup. The objective of this thesis is to investigate the role of Mixed Reality in the acquisition of competences needed for a driver’s interaction with a conditionally automated vehicle. In particular, we explored the role of immersion along the Mixed Reality continuum by investigating different combinations of visualization and manipulation spaces and the correspondence between the virtual and the real world. For industrial constraints, we restricted the possible candidates to light systems that are portable, cost-effective and accessible; we thus analyzed the impact of the sensorimotor incoherences that these systems may cause on the execution of tasks in the virtual environment. Starting from these analyses, we designed a training program aimed at the acquisition of skills, rules and knowledge necessary to operate a conditionally automated vehicle. In addition, we proposed simulated road scenarios with increasing complexity to suggest what it feels like to be a driver at this level of automation in different driving situations. Experimental user studies were conducted in order to determine the impact of immersion on learning and the pertinence of the designed training program and, on a larger scale, to validate the effectiveness of the entire training platform with self-reported and objective measures. Furthermore, the transfer of skills from the training environment to the real situation was assessed with test drives using both high-end driving simulators and actual vehicles on public roads.

Flag est une installation qui explore les concepts de choix, d'interprétation et d'identité. Elle établit une connexion intime entre l'artiste et le public à travers une expérience interactive. Le spectateur est invité à choisir parmi un ensemble de symboles et de mots et à les soumettre au regard d'un écran actif. L'environnement réagit en entrant dans une narration immersive où se manifestent tour-à-tour la surprise, le jugement et l'acceptation. Les signes choisis par le spectateur deviennent autant de petits écrans sur lesquels des fragments d'histoires, de personnages et d'impressions apparaissent, inspirés par les préconceptions, perceptions et souvenirs de l'artiste relativement au contexte d'exposition. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réalité mixte, Expérience interactive, Processus, Assignation identitaire, Détournement.

Cette thèse porte sur la fiction hypermédiatique. Elle analyse les relations entre la fiction, la narrativité et les environnements hypermédiatiques selon une perspective sémiotique et intermédiale. Les nouvelles formes fictionnelles et narratives engendrées par les technologies numériques, où prédomine un mode spatial, sont mises en relation avec leurs précurseurs et leurs avenues prospectives. Le concept d'hypermédialité est élargi afin d'inclure des dispositifs qui ne dépendent pas nécessairement de technologies complexes. Par extension, il désigne un mode de configuration en réseau faisant appel à plusieurs médias disséminés dans l'espace. Formes hétéroclites, les propositions contemporaines prolongent plusieurs pratiques artistiques issues des domaines littéraire, filmique, scénique et environnemental, ou encore elles constituent de nouvelles formes autonomes. La thèse gravite autour d'une question centrale: Comment les environnements hypermédiatiques instaurent-ils de nouvelles formes fictionnelles et comment le sujet humain construit-il la signification à partir d'elles? Nous investiguerons la manière dont les environnements hypermédiatiques peuvent devenir le support de nouvelles propositions fictionnelles, en explorant d'abord les genres constitués de la fiction hypermédiatique, pour en développer ensuite l'analyse critique. La thèse tentera de cerner comment la fiction hypermédiatique se lie à des précurseurs. Par exemple, les fictions encyclopédiques, les arts de mémoire, la cathédrale médiévale, les villes utopiques ou les théâtres encyclopédiques de la Renaissance préfigurent les formes actuelles. L'hypermédialité se manifeste également dans des formes cinématographiques ou scéniques en relation avec les mondes virtuels du cyberespace. En partant de ces précurseurs, nous tenterons d'explorer de manière prospective comment ces formes peuvent évoluer en déployant des imaginaires signifiants du point de vue de l'expérience humaine. La première partie de la thèse examinera deux genres existants de la fiction hypermédiatique, soit l'hyperfiction textuelle et le jeu interactif, en relation avec les théories narratologiques. Nous appuyons la réflexion sur les concepts de textualité, de médialité et d'interface. Le premier chapitre se centrera sur l'évolution des questions ayant balisé l'étude des oeuvres de première génération jusqu'aux formes actuelles. Il fera un survol de positions théoriques ayant influencé l'étude des formes de fiction émergentes. Il développera une analyse critique des premières formes de l'hyperfiction textuelle en mettant en évidence l'importance de la prise en compte du sujet dans l'analyse. Dans le deuxième chapitre, nous aborderons le problème de la tension entre deux modes de configuration qui, de prime abord, entrent en conflit dans les environnements interactifs: soit les principes narratif et associatif. Nous demanderons alors comment réconcilier ces deux principes, réflexion qui se poursuivra tout au long de la thèse. Nous verrons que les environnements hypermédiatiques ne construisent pas des formes du récit à l'état pur : le principe narratif se conjugue avec des traits encyclopédiques ou ludiques. En analysant d'abord les relations entre les notions de jeu et de récit, le troisième chapitre se centrera sur les mondes fictionnels et les espaces ludiques des jeux interactifs. La seconde partie se tournera vers les formes prospectives en élargissant les corpus, allant du cinéma aux formes scéniques et aux environnements architecturaux. Pour cela, nous adopterons d'abord une approche historicisée. Au cours du quatrième chapitre, nous convoquerons dans notre analyse les arts de la mémoire issus de la tradition rhétorique ainsi que les théâtres encyclopédiques de la Renaissance, pour montrer comment les formes hypermédiatiques naissent du croisement entre les principes narratif et associatif. Puis, au cours du chapitre cinq, en élargissant les corpus au cinéma étendu ou aux dispositifs de réalité virtuelle, nous ferons appel aux concepts d'immersion, de présence ainsi que de simulation. En s'appuyant sur le concept de réalités mixtes, le chapitre six traitera des espaces navigationnels par le biais de la cognition spatiale et des relations entre espaces matériels et virtuels. L'analyse s'appuiera sur l'étude des mondes virtuels du cyberespace et des environnements urbains investis par les technologies numériques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Fiction, Hypermédia, Spatialité, Narrativité, Remédiation, Espaces ludiques, Immersion, Présence, Agentivité, Réalités virtuelles, Réalités augmentées, Réalités mixtes.

Les environnements mixtes sont des dispositifs, des mises en scène, des installations, hybridant tangible et numérique, espace physique et espace informationnel ou fictionnel. Ces environnements permettent à leurs expérimentateurs d’être simultanément ici et maintenant et liés à un ailleurs ou une autre temporalité. Ils peuvent emprunter à la magie du spectacle autant qu’aux technologies de l’ingénieur. Ils rejoignent la performance lorsqu’ils permettent de créer ou de donner accès à d’autres mondes. Ces mondes peuvent être des plateformes 3D ou des fictions. Les environnements mixtes relèvent d’enjeux moins spectaculaires que performatifs, fictionnels et plastiques. Les dimensions techniques, qu’il s’agisse de technologies numériques, de mise en forme cérémonielle ou scénographique, rejoignent les enjeux plastiques. Faire performance dans de tels environnements, c’est rechercher, permettre ou provoquer des états de corps conjoncturels, relatifs au contexte spécifique d’une démonstration. Cette thèse a également pour objet de rendre compte, en dehors du temps de leur présentation publique, de ces formes invitant à des expérimentations multiples et singulières et également des différentes explorations, celles de performers et d’expérimentateurs. / Mixed environments are devices, stagings, installations, which hybridize what is tangible and what is digital, physical space and informational or fictional space. These environments allow for their experimenters to be here and now, but also simultaneously linked to an elsewhere or to another temporality. They borrow as much from the magic of the spectacle as from the engineer’s technologies. When they allow to create or to give access to other worlds, they join with performance. These worlds can be 3D platforms or fictions. Mixed environments are defined less by spectacular issues than by performative, fictional and plastic ones. The technical dimensions, be they digital technologies, the ceremonial formatting or stage design, join with the plastic dimensions. To perform in these environments is to search for, allow or provoke temporary states of the body that are related to the specific context of a demonstration. Aside from their public presentation, this dissertation work will also address these forms, which invite to multiple and singular experimentations, as well as the different ways they are explored, by the performers or by the experimenters.

Cette thèse s'intéresse à la plasticité des interfaces de Réalité Mixte (RM), c'est-à-dire les applications de Réalité Virtuelle (RV), Réalité Augmentée (RA) et de Virtualité Augmentée (AV). Il y a un réel engouement aujourd’hui pour ce type d’applications notamment grâce à la démocratisation des périphériques tels les lunettes et casques immersifs, les caméras de profondeur et les capteurs de mouvement. La Réalité Mixte trouve notamment ses usages dans le divertissement, la visualisation de données, la formation et la conception en ingénierie. La plasticité d'un système interactif est sa capacité à s'adapter aux contraintes matérielles et environnementales dans le respect de son utilisabilité. La continuité de l'utilisabilité d'une interface plastique est assurée quel que soit le contexte d'usage. Nous proposons ainsi des modèles et une solution logicielle nommée 3DPlasticToolkit afin de permettre aux développeurs de créer des interfaces de Réalité Mixtes plastiques. Tout d'abord, nous proposons trois modèles pour modéliser les sources d'adaptation : un modèle pour représenter les dispositifs d'interaction et les dispositifs d'affichage, un modèle pour représenter les utilisateurs et leurs préférences et un modèle pour représenter la structure et la sémantique des données. Ces sources d'adaptation vont être prises en compte par un processus d'adaptation qui va déployer dans une application les composants applicatifs adaptés au contexte d'usage grâce à des mécanismes de notation. Le déploiement de ces composants va permettre d'adapter à la fois les techniques d'interaction de l'application et également la présentation de son contenu. Nous proposons également un processus de redistribution qui va permettre à l'utilisateur final de changer la distribution des composants de son système sur différentes dimensions : affichage, utilisateur et plateforme. Ce processus va ainsi permettre à l'utilisateur de changer de plateforme dynamiquement ou encore de combiner plusieurs plateformes. L'implémentation de ces modèles dans 3DPlasticToolkit permet de fournir aux développeurs une solution prête à l'usage qui peut gérer les périphériques actuels de Réalité Mixte et qui inclut un certain nombre de techniques d'interaction, d'effets visuels et de métaphores de visualisation de données. / This PhD thesis focuses on plasticity for Mixed Reality (MR) User interfaces, which includes Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) and Augmented Virtuality (AV) applications. Today, there is a growing interest for this kind of applications thanks to the generalization of devices such as Head Mounted Displays, Depth sensors and tracking systems. Mixed Reality application can be used in a wide variety of domains such as entertainment, data visualization, education and training, and engineering. Plasticity refers to the capacity of an interactive system to withstand variations of both the system physical characteristics and the environment while preserving its usability. Usability continuity of a plastic interface is ensured whatever the context of use. Therefore, we propose a set of software models, integrated in a software solution named 3DPlasticToolkit, which allow any developer to create plastic MR user interfaces. First, we propose three models for modeling adaptation sources: a model for the description of display devices and interaction devices, a model for the description of the users and their preferences, a model for the description of data structure and semantic. These adaptation sources are taken into account by an adaptation process that deploys application components adapted to the context of use thanks to a scoring system. The deployment of these application components lets the system adapt the interaction techniques of the application of its content presentation. We also propose a redistribution process that allows the end-user to change the distribution of his/her application components across multiple dimensions: display, user and platform. Thus, it allows the end-user to switch dynamically of platform or to combine multiple platforms. The implementation of these models in 3DPlasticToolkit provides developers with a ready to use solution for the development of plastic MR user interfaces. Indeed, the solution already integrates different display devices and interaction devices and also includes multiple interaction techniques, visual effects and data visualization metaphors.

Cette recherche-création associe la mobilité numérique immersive et la composition musicale interactive. Elle développe une approche de création en art numérique propre à favoriser l’engagement et prolonger l’expérimentation d’un dispositif artistique dans un espace public extérieur. Nous nous intéressons à l’être-ensemble numérique en réalité mixte, où présence physique et virtuelle se superposent et s’hybrident. Poursuivant et renouvelant d’anciennes traditions culturelles participatives, notre création, ScnVir offre une scène virtuelle de réalité mixte et un design d’interaction favorisant l’émergence d’expériences artistiques participatives. Notre hypothèse est que l’être-ensemble numérique, à travers ses indices communiqués par l’agentivité de groupe, favorise l’engagement et prolonge l’expérienced’un dispositif d’art numérique. Ce qui suppose que l’être-ensemble numérique émerge en fournissant des indices associés à cet état et que la simulation située est une technologie qui permet de matérialiser de tels indices au sein d’un dispositif artistique. Afin de poursuivre cette recherche, nous avons établi une démarche de recherche-création interdisciplinaire incluant l’art numérique, le design d’interaction et la géomatique, qui comporte des objectifs d’ordres conceptuel, méthodologique et artistique. Nous avons déterminé et validé des phases de l’être-ensemble numérique (l’être-là, l’hymersion et l’interaction de groupe) et des indices de l’être-ensemble numérique en simulation située (la proximité, la sociabilité, la coordination des mouvements, la réussite d’une mission). Pour la réalisation du projet, nous avons conçu un design d’interaction basé sur des mouvements simples mettant en œuvre de tels indices. Nous avons élaboré une méthodologie de création et créé une œuvre artistique appliquant les phases de l’être-ensemble numérique dans un dispositif artistique en simulation située. Pour valider notre recherche, nous avons élaboré une méthodologie hybride combinant une approche quantitative et qualitative d’analyse. Les résultats attestent que tous les participants ont accédé à la première phase de l’être-ensemble numérique, l’être-là et que tous les participants ont accédé, au moins partiellement, à la seconde phase de l’être-ensemble numérique, l’hymersion. La réussite de la seconde phase de l’être-ensemble numérique valide que notre dispositif favorise bien l’engagement des participants dans l’expérience, car l’hymersion nécessite l’engagement. Du point de vue de l’interaction de groupe, soit la troisième phase, nos résultats mettent en évidence denombreux indices de l’être-ensemble numérique et un taux de succès de la mission cachée mitigé (28 %), ce qui nous permet d’affirmer que des formes d’être-ensemble numérique ont émergé de notre dispositif. Cependant, les participants n’ont pas tous réussila mission cachée qui nous servait de validation quantitative de l’émergence de l’être-ensemble numérique, car les conditions expérimentales, l’implémentation du design d’interaction et notre démarche de validation démontrent des faiblesses. D’autre part, la présence de nombreux indices de l’être-ensemble numérique atteste que la simulation située est une technologie propre à mettre en œuvre l’agentivité de groupe. Ces résultats démontrent que la mise en œuvre de l’être-ensemble numérique au sein d’un dispositif artistique est possible. Pour y parvenir, des conditions sont à respecter: les phases de l’être-ensemble numérique doivent être rencontrées; le dispositif doit permettre la communication d’indices comportementaux par l’agentivité de groupe; les interactions de groupe doivent être médiatisées dans l’interface par des contenus médiatiques adaptés. Les résultats observés établissent que notre dispositif offre une expérimentation d’assez longue durée et donc favorise la prolongation de l’expérimentation d’un dispositif d’interaction gestuelle simple. Ainsi, nos résultats nous permettent d’affirmer que l’être-ensemble numérique favorise l’engagement et prolonge la participation à un dispositif d’art numérique dans l’espace public. Du point de vue artistique, notre démarche de création est satisfaisante, car elle offre des événements à la fois imprévisibles et significatifs, connectés à l’expérience des utilisateurs, propre à l’expression musicale et artistique. La diffusion de notre projet dans un festival reconnu valide l’intérêt de notre démarche de création et de la simulation située pour la création numérique. Les perspectives de développement artistiques sont extraordinaires.Mots clés: être-ensemble numérique, réalité mixte, simulation située, art numérique, design d’interaction, musique interactive, scène virtuelle, interaction gestuelle, interaction de groupe, agentivité de groupe. / This research associate immersive digital mobility and interactivemusic composition. We develop an approach to creation that encourages engagement and prolongs the experimentation of an artistic installation in an outdoor public space. We are interested in digital togetherness in mixed reality, where physical and virtual presence overlap and hybridize. Continuing and renewing ancient participatory cultural traditions, our creation, ScnVir offers a virtual scene of mixed reality and interactive design that promotes the emergence of participatory artistic experiences. Our hypothesis is that digital togetherness, through its clues communicated by group agency, favors engagement and extends the experience of a digital art installation. This assumes that the digital togetherness emerges by providing clues associated with this state and that the situated simulation is a technology that makes it possible to materialize such clues within an artistic installation. In order to continue this research, we have established an interdisciplinary research-creation approach including digital art, interaction design and geomatics, which includes conceptual, methodological and artistic objectives. We have determined and validated phases of the digital togetherness (the being-there, the hymersion and the group interaction) and the indices of the digital togetherness in situated simulation (proximity, sociability, the coordination of movements, the success of a mission). For the realization of the project, we designed interactivity based on simple movements using such indices. We have developed a creative methodology and created an artistic work applying the phases of digital togetherness in an artistic installation in situated simulation. To validate our research, we have developed a hybrid methodology combining a quantitative and qualitative analysis approach. The results show that all the participants have reached the first phase of the digital togetherness, the being-there and that all the participants have acceded, at least partially, to the second phase of the digital togetherness, the hymersion. The success of the second phase of digital togetherness validates that our device promotes the commitment of the participants in the experience, because hymersion requires commitment. For the third phase involving group interaction, our results highlight many digital togetherness indices and a mitigate success (28%) for the hidden mission, which allows us to affirm that some forms of digital togetherness have emerged from our installation. However, not all the participants succeeded in the hidden mission that served us as a quantitative validation of the emergence of digital togetherness, because the experimental conditions, the implementation of interaction design and our validation process demonstrate weaknesses. On the other hand, the presence of numerous indices of the digital togetherness attests that the situated simulation is a effective technology to implement the group agency. These results demonstrate that the implementation of digital togetherness within an artistic installation is possible. To achieve this, conditions must be respected: the phases of the digital togetherness must be met; the installation must allow the communication of behavioral indices by the group agency; group interactions must be mediated in the interface by appropriate media content. The observed results establish that our installation offers an experiment of rather long duration and thus favors the prolongation of the experimentation of a device of simple gestural interaction. Thus, our results allow us to affirm that digital togetherness promotes engagement and prolongs participation in a digital art installation in the public space. From an artistic point of view, our creative process is satisfactory because it offers both unpredictable and significant events, connected to the user experience, adapted to musical and artistic expression. The diffusion of our project in a recognized festival validates the interest of our approach of creation for the digital creation. The prospects for artistic development are extraordinary.

La génération de motifs esthétiques assistée par ordinateur est un domaine prometteur pour la conception de vêtements (personnalisation de masse, etc.). Dans ce contexte, les techniques de réalité virtuelle (RV) et de réalité mixte (RM) sont très pertinentes pour la visualisation de vêtements sur lesquels sont appliqués les motifs générés. Ces techniques offrent aussi de nouvelles opportunités pour l'interaction 3D avec les mannequins virtuels en situation statique ou dynamique (défilé virtuel). La contribution du travail présenté dans ce mémoire est multiple et implique trois étapes complémentaires : (1) l'identification et le développement de modèles mathématiques exhibant des potentialités pour la génération automatique de motifs complexes ayant des propriétés esthétiques; (2) l'implémentation de ces modèles mathématiques et l'exploration assistée par ordinateur de leur potentialités; (3) l'intégration de ces modèles dans une plate-forme logicielle offrant de multiples possibilités d'interaction avec les mannequins virtuels. En outre, nous proposons de nouvelles techniques d'interaction 3D pour la conception en RV et RM.

Dans ce mémoire est présentée une synthèse d'une dizaine d'années de travaux de recherche. Tous ces travaux ont un point en commun : l'assistance et deux problématiques : l'interaction et la collaboration pour utiliser ou simuler des systèmes complexes. Ces systèmes complexes peuvent être soit artificiels (cas de la robotique/télérobotique et de télétravail collaboratif) ou bien issus du vivant (cas de la simulation en biologie moléculaire). Ma recherche a consisté à étudier à la fois deux domaines de recherche qui sont la Réalité Mixte (RM) et le Travail Collaboratif (TC). Dans le domaine de la RM, les recherches sont focalisées sur l'assistance à l'interaction 3D dans des environnements qui peuvent être réels-augmentés ou virtuels, utilisant ou simulant des systèmes complexes. Ces derniers peuvent être artificiels (cas de l'interaction-homme-robot distant en réalité augmentée) ou issus du vivant (cas de l'interaction-homme-molécule en réalité virtuelle). Dans le domaine du TC, les recherches sont centrées sur l'assistance à la collaboration des utilisateurs. Ces derniers peuvent être soit en situation de télétravail avec des systèmes complexes artificiels (cas de la téléopération de robots en réalité mixte) ou encore en situation de travail dans un environnement virtuel commun (complètement simulé par ordinateur). Dans le contexte de l'assistance à l'interaction 3D, une réflexion particulière est menée sur la façon dont on peut aider l'Homme à interagir (naviguer, sélectionner, manipuler et contrôler l'application) d'une manière efficace et crédible avec son environnement. Cette réflexion nous a conduits à proposer des modèles et des techniques logicielles pour l'assistance à l'interaction 3D en réalité mixte. Dans le contexte de l'assistance à la collaboration, une attention particulière est accordée à la manière dont on peut structurer, organiser, gérer et assister une activité de collaboration. Cela nous a permis de proposer des formalismes et des modèles permettant d'assister une activité de collaboration (communication, coordination et production). Ces recherches menées conjointement dans chacun des deux domaines ont favorisé l'émergence des fondements de l'interaction collaborative en réalité mixte. En effet, l'étude des collecticiels (logiciels de collaboration sous l'angle du travail collaboratif) fournit les concepts de base que doit respecter un système de collaboration. Alors que l'étude des interactions en réalité mixte propose quant à elle des métaphores/techniques d'interaction 3D et des interfaces sensorimotrices (auditive, visuelle et haptique) dans le but d'améliorer le sentiment d'immersion des utilisateurs. Ce couplage de concepts interdisciplinaires (interaction en RM & collaboration du point de vue du TC) est très intéressant du fait de leurs interdépendances. En effet, pour collaborer, on a besoin d'interagir et pour interagir ensemble on a besoin de collaborer. Notre démarche de recherche propose donc de tirer partie de la manière la plus efficace possible des avancées scientifiques et technologiques issues des deux domaines de recherche afin de proposer des modèles permettant la conception de nouveaux systèmes d'assistance à l'interaction collaborative en réalité mixte.

Le système Catopsys est un système projecteur-miroir-caméra à placer dans une pièce d'habitation quelconque. Il constitue un moyen abordable (coût, installation, utilisation) de réaliser toutes sortes d'applications de réalité mixte immersives. L'objectif de cette thèse est d'étudier et d'optimiser la chaîne de traitement radiométrique mise en oeuvre à travers ce système. Tout d'abord, les perturbations radiométriques de la caméra sont étudiées puis une méthode de correction, applicable au système Catopsys, est mise au point. Ceci permet, de façon relativement fidèle, d'acquérir l'environnement réel et d'estimer les perturbations issues du projecteur et de la pièce. L'influence du projecteur et de la pièce, utilisée comme écran de projection, sur l'image visible par l'utilisateur, est ensuite étudiée. Une méthode de compensation de la projection, permettant de rendre l'image visible plus proche de l'image voulue, est proposée. Après une étude de la géométrie du système Catopsys, des méthodes de simulation d'éclairage spécifiques, dérivées de la méthode de lancer de rayons, sont proposées. Enfin, les possibilités fournies par le système pour des applications de réalité mixte ainsi que leur intégration dans la chaîne de traitement sont étudiées. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont permis de participer à la mise au point du système Catopsys, d'étudier la faisabilité de différentes fonctionnalités et d'en réaliser certaines. Ils ont également donné lieu à la publication de plusieurs papiers (une conférence internationale, une revue nationale, une conférence nationale).