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

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

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

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

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

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

Nous nous intéressons au lien entre l'image numérique et un système d'information dans un cadre de conception de produit centré sur l'usager. Dans une première partie, nous nous intéressons à la perception par l'usager des environnements virtuels représentant un système d'information. La fidélité perceptive de l'environnement virtuel est étudié à plusieurs niveaux : psychophysique, fonctionnel et enfin sensible. La seconde partie est consacrée à la construction d'environnements virtuels fidèles au monde réel : nous abordons d'abord leur fidélité géométrique via la vision par ordinateur, puis la fidélité comportementale en reproduisant le comportement humain dans les environnements virtuels. Enfin, dans la dernière partie, nous proposons de considérer l'interaction entre le monde réel et le système d'information comme un système fonctionnant en boucle fermée : le système peut être représenté par des images mais aussi construit et mis à jour directement avec des images. Le domaine d'application visé est le système d'information géographique.

Les environnements virtuels collaboratifs sont des espaces 3D permettant à plusieurs utilisateurs de travailler ensemble pour réaliser une tâche commune. Pour concevoir de tels environnements, qui supportent les interactions homme-homme, il est important d'étudier comment les hommes développent un référentiel commun pour collaborer. Notre travail a consisté à explorer la notion de référentiel commun sur laquelle s'appuie toute activité collaborative. Cette notion favorise la compréhension mutuelle des tâches communes entre partenaires à travers un échange permanent d'informations, explicites et implicites. L'objectif de ce travail a donc été de faciliter et d'enrichir l'activité d'élaboration du référentiel commun dans les environnements virtuels collaboratifs en tirant parti des caractéristiques de ces derniers. En effet, la conception des éléments liés au référentiel commun (mode de communication, construction de l'environnement et interactions) est primordiale pour assurer le fonctionnement collaboratif de l'activité. Deux études expérimentales ont été réalisées autour de deux situations concrètes. La première étude montre que l'ajout d'indices visuels permet d'améliorer l'élaboration du référentiel commun dans le cadre d'une tâche de manipulation d'objets. La deuxième étude montre que la communication haptique permet d'améliorer la construction du référentiel commun autour d'une tâche d'apprentissage d'un geste technique. Ces résultats contribuent à donner des recommandations pour la conception d'environnement virtuel qui supportent la collaboration. Ceci est une première étape dans la définition d'une méthodologie de conception pour ce type de systèmes.

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La navigation à la première personne en Environnement Virtuel (EV) est essentielle à beaucoup d'applications de Réalité Virtuelle (RV), comme les simulations d'entraînement ou les visites virtuelles de musées ou de projets architecturaux. Les techniques de navigation doivent fournir un moyen efficace et écologique d'explorer les EV. De plus, comme dans toute autre application de RV, l'immersion des utilisateurs est aussi primordiale pour obtenir une bonne simulation. Dans cette thèse, nous avons proposé des nouvelles techniques d'interaction 3D et de retour sensoriel pour améliorer la navigation. Ainsi, nos contributions peuvent être découpées en deux parties : (1) une nouvelle technique d'interaction pour une navigation efficace et écologique en RV et (2) de nouvelles techniques de retour sensoriel conçues pour améliorer l'immersion et la sensation de marche des utilisateurs durant la navigation. Pour chacune des techniques proposées, nous avons conduit des évaluations poussées afin de valider que nos techniques atteignent leurs objectifs. Dans la première partie, nous avons proposé une nouvelle technique de navigation pour la RV, le Shake-Your-Head (SYH). Cette technique suit les mouvements de la tête de l'utilisateur lorsqu'il marche sûr place devant son écran afin de produire une navigation simulant la marche, ainsi que les sauts ou ramper. Nous avons trouvé que notre technique peut être utilisée efficacement sur des trajectoires complexes et est simple d'apprentissage. De plus, cette technique a été très appréciée par les utilisateurs. Dans la seconde partie, nous avons proposé une technique, les King Kong Effects (KKE), pour simuler les informations visuelles et vibrotactiles produites à chaque pas. Nous avons également proposé de nouveaux Mouvements de Caméra (MC) améliorés pour simuler les mouvements de la têtes lors de la marche, de la course et du sprint. De plus, nos MC sont adaptés à l'âge, au genre, au poids et à la condition physique de l'humain virtuel, ainsi qu'à la pente dans l'EV. Les KKE améliorent la sensation de marcher dans l'EV et ont également été très appréciés des utilisateurs. De plus, nous avons montrés que les différents paramètres des MC sont correctement perçus par les utilisateurs.