Ce mémoire présente les résultats d'une recherche ayant pour but d'explorer l'utilisation d'un simulateur pour accélérer l'évolution de contrôleurs d'un robot mobile exécutant une tâche visuelle au sein d'un environnement de réalité augmentée. La tâche retenue pour effectuer la démonstration de l'intégration du système évolutionnaire consiste à suivre une ligne au sol à l'aide d'une caméra. La réalisation de ce projet a nécessité le développement d'une plate-forme de robot mobile compacte, d'une capacité de calcul suffisante pour être complètement autonome. Ce robot est destiné à un environnement synthétique généré à l'aide d'un projecteur à cristaux liquides. La modélisation du robot dans cet environnement a permis l'élaboration d'un simulateur pouvant être déployé sur une grappe d'ordinateurs permettant une accélération considérable de l'évolution grâce à la parallélisation de l'évaluation de la performance des contrôleurs. Les meilleurs contrôleurs obtenus au terme de l'évolution, employant la technique de programmation génétique, ont été transférés avec succès sur le robot.

Au fil des années, la nécessité de tirer profit de données géospatiales, dans tous domaines d’application, a été bien établie et les innovations dans l’utilisation de ces données ne se dénombrent plus. Cependant, les outils géomatiques traditionnels utilisés afin d’exploiter ces données, malgré leur évolution technologique remarquable des dernières années, comportent des lacunes au niveau de la visualisation, de l’interaction et de leur capacité de collaboration qui peuvent limiter la compréhension de l’espace par un public utilisateur non-expert. Pour répondre à ces limites, la technologie de réalité augmentée offre des possibilités intéressantes en ce qui a trait à la visualisation et l’interaction avec les données géospatiales 3D. Malgré les récentes avancées technologiques dans ce domaine, ce type d’application demeure peu exploré, particulièrement en contexte géospatial, ce qui fait en sorte que le développement de systèmes de réalité augmentée reste un processus laborieux et expérimental. Considérant ceci, nous proposons une étude établissant les bases du développement de systèmes interactifs et collaboratifs de réalité augmentée géospatial. Pour cette étude, nous avons choisi de retenir le contexte d’application du design et de l’aménagement urbain, un domaine dans lequel l’interaction et la visualisation de l’espace jouent un rôle central. La première partie de ce travail présente les résultats de la recherche conceptuelle et littéraire menée préalablement au développement de notre prototype. La deuxième partie présente le prototype développé en suivant la méthodologie Unified Process pour le développement logiciel ainsi que les résultats de la phase d’expérimentation du prototype menée par la suite. À la lumière des travaux réalisés, il nous est apparu évident que la réalité augmentée présente un potentiel très intéressant pour répondre aux limites des outils traditionnels mais que la réalisation d’une solution complète nécessiterait l’intervention d’une quantité de ressources qui dépasse le cadre d’un travail de maitrise. / Over the years, the usefulness of geospatial data, in any given field, has been well established and countless innovations in the usage of such data have appeared. However, traditional geomatic tools used for the exploitation of data, despite their remarkable technological evolution in recent years, still contain certain limits concerning 3D visualization, interaction and their collaboration capacity that can limit spatial comprehension by a public of non-expert users. To overcome these limits, augmented reality technologies demonstrate interesting possibilities regarding the interaction and visualization of 3D geospatial data. In spite of the recent technological advances, these types of applications remain poorly explored, especially in geospatial contexts. Consequently, the development of geospatial augmented reality systems remains a laborious and experimental process. Considering this, we propose a study to establish the basis for the development of geospatial interactive and collaborative augmented reality systems. We have chosen to inscribe this study in the urban design and planning context, a domain of application for which the interaction and visualization of space plays a central role. The first part of this study presents the results of our literary and conceptual research, undertaken prior to the development of our prototype. The second part presents the prototype developed following the Unified Process methodology for software development as well as the results of the prototype experimentation step conducted afterwards. This research project completed, it appears obvious to us that augmented reality presents an interesting potential to overcome the limits of traditional geomatic tools. However, the realization of a complete solution would require the intervention of a larger pool of resources that are unavailable in the scope of a master’s project.

Le projet IMAGE vise à offrir des outils aux utilisateurs pour augmenter et accélérer la compréhension de situations complexes. En utilisant des technologies de pointe et des concepts de réalité virtuelle, un environnement virtuel immersif a été développé. Ce mémoire présente la deuxième version du projet IMAGE et se concentre sur les aspects visuels et immersifs de l'environnement. Les outils de visualisation et de manipulation sont conçus dans le but d'offrir de nouvelles possibilités dans l'analyse de situations complexes. La première version du projet (IMAGE VI) est tout d'abord présentée. Par la suite, une revue des différents concepts utilisés dans le projet est effectuée. Après une présentation du module Exploration, principale plateforme développée dans le cadre d'IMAGE V2, la problématique de la représentation des simulations dans un environnement immersif est abordée. La solution proposée, nommée arbre multichronique, est une manière de visualiser de l'information dans un espace virtuel et sera ensuite expliquée en détails. Finalement, une évaluation du système ainsi qu'une discussion sur le développement du projet complètent le mémoire.

Depuis leur introduction, les téléphones intelligents n’ont cessé d’évoluer. Ceux-ci intègrent généralement plusieurs composantes utiles (i.e. caméra numérique, récepteur GPS, accéléromètres, boussole numérique et plus récemment le gyroscope) pour des applications de Réalité Augmentée Mobile (RAM). Ce type d’application génère beaucoup d’intérêt auprès du grand public qui se voit offrir une nouvelle manière d’explorer son environnement. Afin d’obtenir une forte augmentation de la réalité en termes d’immersion de l’utilisateur et des interactions qui lui sont proposées, ces applications de RAM requièrent généralement un modèle 3D de l’environnement. Ce modèle 3D peut alors être exploité selon trois finalités différentes au sein de l’application de RAM qui sont : 1) gérer les occlusions; 2) aider au calcul de la pose (position/orientation) de la caméra de l’utilisateur; 3) supporter les interactions et l’augmentation de la réalité. Cependant, ces modèles 3D ne sont pas toujours disponibles à l’endroit où l’on souhaite augmenter la réalité ce qui nuit au déploiement des applications de RAM n’importe où et n’importe quand. Afin de surmonter cette contrainte, le présent projet de maîtrise a consisté à concevoir une chaîne de production de modèles 3D adaptée au contexte des applications de RAM dites fortement augmentées et facilement exploitable directement sur les lieux ciblés pour l’augmentation. La chaîne de production élaborée a été implantée sur la plateforme de l’iPhone 3G puis évaluée selon des critères d’exactitude, de rapidité, d’intuitivité et d’efficacité de l’augmentation résultante. Les résultats de cette évaluation ont permis de mettre en évidence la possibilité de modéliser en 3D un bâtiment simplement tout en atteignant une exactitude sous les 5 mètres en environ 3 minutes à l’aide d’un appareil de type téléphone intelligent. / Recently, a new genre of software applications has emerged allowing the general public to browse their immediate environment using their smartphone: Mobile Augmented Reality (MAR) applications. The growing popularity of this type of application is triggered by the fast evolution of smartphones. These ergonomic mobile platforms embed several pieces of equipment useful to deploy MAR (i.e. digital camera, GPS receiver, accelerometers, digital compass and now gyroscope). In order to achieve a strong augmentation of the reality in terms of user’s immersion and interactions, a 3D model of the real environment is generally required. The 3D model can be used for three different purposes in these MAR applications: 1) to manage the occlusions between real and virtual objects; 2) to provide accurate camera pose (position/orientation) calculation; 3) to support the augmentation and interactions. However, the availability of such 3D models is limited and therefore preventing MAR application to be used anywhere at anytime. In order to overcome such constraints, this proposed research thesis is aimed at devising a new approach adapted to the specific context of MAR applications and dedicated to the simple and fast production of 3D models. This approach was implemented on the iPhone 3G platform and evaluated according to precision, rapidity, simplicity and efficiency criteria. Results of the evaluation underlined the capacity of the proposed approach to provide, in about 3 minutes, a simple 3D model of a building using smartphone while achieving accuracy of 5 meters and higher.

Autrefois enfermés à l'intérieur des écrans, les médias numériques s'invitent aujourd'hui au cœur même du quotidien. Informatique ubiquitaire, objets connectés, dispositifs de réalité «mixte» et «augmentée» ... font advenir de nouveaux modes d'expérience spatiale. Pourtant, la portée de cette rupture est encore mal comprise, soit parce que l'on confond expérience esthétique et démonstration technique, soit parce que l'on peine à dépasser les registres traditionnels de la fonction, de l'information et de la fiction. Quelles conséquences pour le design d'espaces? La première partie de cette thèse analyse la terminologie en usage afin de montrer qu'elle ne permet pas de rendre compte de l'expérience esthétique qu'il s'agît de décrire, et propose la notion d'entr'espace comme outil susceptible de la caractériser. Les enjeux sont déplacés depuis le champ strict du numérique vers le cadre plus large de l'histoire du design en vue de mettre en évidence la manière spécifique au design de se saisir des questions soulevées par ces moments de rupture. La deuxième partie explore les tensions qui traversent l'entr'espace en partant du paradigme baroque. Alors que ces dispositifs numériques sont souvent conçus sans prendre en compte les relations spatiales que pourtant ils articulent, l'hypothèse développée est que c'est précisément au niveau de ces relations, considérées dans toute leur épaisseur sensible, que se situent les principaux enjeux. La troisième partie, enfin, propose des axes de réflexion prospectifs en explorant la manière dont l'entr'espace transforme notre expérience de l'habiter à travers les notions de matière, interaction, vie et existence. / Formerly confined inside computer screens, digital media dwells today at the very heart of everyday environments. Ubiquitous computing connected objects, «mixed» and «augmented» reality ... bring about new modes of spatial experience. This breakthrough, however, has not yet been fully acknowledged. Dominant lines of thought either mistake aesthetic experience and technological demonstration, or struggle to get beyond traditional notions of function, information and fiction. What are the consequences for spatial design practice? The first part of this thesis discusses current terminology in order to show its ineffectiveness in describing the precise nature of the aesthetic experience, and proposes the notion of interspace as a conceptual tool to characterize it adequately. The stakes are shifted from the sole realm of the digital towards the larger frame of design history in order to show the specific way that design as a discipline has taken to size the questions rose by analogous technological breakthroughs in the past. The second part explores the tensions that run through interspaces departing from the Baroque paradigm. Whilst such digital devices are often designed without consideration for the spatial relationships they nevertheless organize, the main hypothesis is that it is precisely at the level of such relationships -their fullest sensorial wealth considered-that the highest stakes are. The third and last part introduces prospective lines of thought by exploring the way interspaces transform our experience of dwelling through the notions of matter, interaction, life and existence.

Cette thèse propose d’étudier les enjeux et les répercussions de l’introduction du dispositif de la réalité augmentée dans l’espace muséal assurant, de ce fait, deux fonctions principales : « médium de médiation » et « médium de création ».La première partie s’intéresse à la présentation de la réalité augmentée. Elle précise, en premier lieu, sa définition, son histoire d’invention, ses différents outils techniques, ainsi que ses multiples usages dans différents domaines d’application. Elle essaie, en deuxième lieu, de démontrer, à partir de l’analyse de quelques expériences artistiques pionnières, l’ancrage de la réalité augmentée dans l’histoire de l’art. La deuxième partie consacrée à la « mise en scène » de l’espace muséal, examine, d’abord, l’implication de la réalité augmentée dans la mise en place de deux stratégies de « médiation in situ » : « médiation documentaire » et « médiation par appropriation ». Ensuite, elle ambitionne, en se référant à quelques exemples de musées, de dégager les principaux avantages et inconvénients liés à l’adoption de la réalité augmentée comme « médium de médiation ». Axée sur la « mise en oeuvre » de l’espace muséal, la troisième partie aborde la réalité augmentée comme étant un « médium de création ». Elle présente, d’abord, l’histoire du passage de l’espace d’exposition muséal en « oeuvre-exposition ». Elle focalise, ensuite, son intérêt sur l’œuvre We AR in MoMA (2010) du collectif Manifest.AR. De l’analyse des étapes du processus de création de celle-ci, il en découle, enfin, la mise en évidence de notions corollaires telles que : hacktivisme, « musée portatif », « ville augmentée ». / This thesis proposes to study the issues and the repercussions of the introduction of the augmented reality device in the museum space, thus ensuring two main functions : "medium of mediation" and "medium of creation".The first part focuses on the presentation of augmented reality. It specifies, firstly, its definition, its history of invention, its various technical tools, and its multiple uses in different fields of application. Secondly, it try to demonstrate, from the analysis of some pioneering artistic experiences, the anchoring of augmented reality in the history of art. The second part devoted to the "staging" of the museum space, examines first, the involvement of augmented reality in the setting up of two "in situ mediation" strategies : "documentary mediation" and "mediation by appropriation". Then, it aims to identify, by referring to a few examples of museums, to the main advantages and disadvantages of adopting augmented reality as a "mediation medium". Axed on the "implementation" of the museum space, the third part studies augmented reality as a "medium of creation". First, it presents the history of the transition from the museum space of exhibition to a "work-exhibition". Then, it focus its interest on the work We AR in MoMA (2010) of the collective Manifest.AR. From the analysis of the stages of the creation process of this one, it results, finally, the highlighting of corollary notions such as : hacktivism, "handled museum", "augmented city".

Cette thèse concerne l'étude d'un conflit visuo-proprioceptif de la main appliqué à l'interaction 3D. Un cadre de travail générique est proposé afin de générer, contrôler et réduire le conflit sensoriel en cours d'interaction. Le système utilise un visiocasque semi-transparent vidéo permettant l'intégration de l'image de la main réelle dans la scène virtuelle ainsi que la manipulation visuelle de sa position 3D.<br />Deux nouvelles méthodes sont introduites: un paradigme d'interaction intuitif pour toucher des objets virtuels et une technique pseudo-haptique active basée sur le déplacement de la main. Ces méthodes sont étudiées en considérant leurs bénéfices, limitations, effets sur le comportement de l'utilisateur et les conséquences sur la conception d'applications en environnements virtuels. Ces travaux montre que de nouvelles formes d'interaction 3D sont possible en exploitant les conflits visuo-proprioceptifs de la main. Des perspectives prometteuses sont présentées.

L'objectif de cette thèse est de comparer les apports et les limites de différentes méthodes d'analyse des besoins ergonomique en amont de la conception d'une technologie émergente telle que la Réalité Augmentée (RA). Le cadre applicatif de cette technologie est la formation des mécaniciens automobiles. Après un état de l'art sur l'ergonomie de la RA pour la maintenance et la formation, nous présentons quatre recherches, qui utilisent trois méthodes d'analyse des besoins (des entretiens semi-dirigés, des observations en situation de formation et des tests avec des utilisateurs d'un prototype de RA). Les résultats de ces recherches montrent qu'aujourd'hui l'activité des mécaniciens et des formateurs en maintenance automobile est principalement centrée sur le diagnostic de pannes. D'un point de vue méthodologique, nous concluons que toutes les méthodes utilisées mettent en évidence des besoins conscients et facilement explicitables par les futurs utilisateurs. Dans la conclusion, nous présentons plusieurs pistes de réflexion sur les contributions possibles de l'ergonomie à l'analyse des besoins latents, voire inconnus, qui caractérisent souvent la position des utilisateurs en amont de la conception de technologies émergentes.

Les travaux pluridisciplinaires de cette thèse, contribuent à deux domaines : les Interfaces Homme-Machine (IHM), en particulier la Réalité Augmentée (RA), et les Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur (GMCAO), domaine concret de mise en oeuvre de la RA. La contribution est double : d'une part elle enrichit et organise les concepts d'IHM pour la RA en adoptant un point de vue centré sur la tâche, et d'autre part elle améliore l'utilisabilité par les cliniciens des systèmes de GMCAO. La fusion du monde réel et du monde virtuel ouvre des voies nouvelles pour la conception de systèmes de RA, comme les systèmes de GMCAO. Mais les limites sont mal cernées. Dans ce contexte, nous avons identifié des caractéristiques intrinsèques des systèmes de RA et établi un espace taxinomique. Afin de caractériser plus finement la dualité de l'interaction (Utilisateur-Monde Réel et Utilisateur-Monde Virtuel), nous avons défini la notation ASUR. Pour décrire l'interaction, ASUR identifie les entités intervenant dans le système, en particulier les adaptateurs, composants ASUR réalisant le lien entre les deux mondes. L'utilisation d'ASUR, par ces aspects descriptifs, taxinomiques et conceptuels constitue la base de notre démarche de conception ergonomique et logicielle de systèmes de RA. Cette démarche se fonde en outre sur l'étude de propriétés ergonomiques au sein de la description ASUR d'un système et sur l'adaptation du modèle d'architecture PAC-Amodeus aux systèmes de RA. En collaboration avec le chirurgien, nous avons appliqué et testé nos résultats méthodologiques sur une application concrète de chirurgie cardiaque. Cette application, CASPER, assiste le chirurgien lors de la réalisation d'une ponction péricardique, en lui procurant des informations de guidage du geste clinique sur un écran. Une re-conception de CASPER nous a amené à implémenter un casque semi-transparent permettant de visualiser ces informations directement sur le patient.

La dextérité d'un système de Réalité Augmentée (RA) mobile appliqué à la maintenance industrielle repose sur sa flexibilité, sa précision et sa robustesse intrinsèque face aux verrous scientifique et technologique. Nous introduisons d'abord une architecture orientée composants flexible, innovante et satisfaisant les contraintes de temps réel des systèmes de RA. Sur cette architecture est bâti un système de localisation par la vision utilisant des cibles codées. De nouveaux algorithmes d'estimation de pose sont proposés. Notre architecture comporte un Système de Gestion des Augmentations (SGA) utilisant des procédures de maintenance numériques. Chacune est liée à des documents multimédia l'illustrant, dont des modèles 3D animés. Le projet RNTL-Assistance à la Maintenance en RA intègre ce SGA. Enfin, le système est élargi à la RA en vision directe pour laquelle nous combinons une technique de prédiction du point de vue basée sur le filtre particulaire et une méthode de post-rendering.