Dans cette thèse, nous nous intéressons aux structures d'une image en général, et plus particulièrement aux gradients et aux contours. Ces dernières se sont révélées très importantes ces dernières années pour de nombreuses applications en infographie,telles que la réalité augmentée et la stylisation d'images et de vidéos. Le but de toute analyse des structures d'une image est de décrire à un haut-niveau la compréhension que l'on peut avoir de son contenu et de fournir les bases nécessaires à l'amélioration de la qualité des applications citées au-dessus, notamment la lisibilité, la précision, la cohérence spatiale et temporelle.Dans une premier temps, nous démontrons le rôle important que ces structures jouent pour des applications de type composition "Focus+Context". Une telle approche est utilisée en réalité augmentée pour permettre la visualisation de parties d'une scènes qui sont normalement derrières ce que l'on peut observer dans un flux vidéo. L'utilisation d'une segmentation et de lignes caractéristiques permettent de mettre en avant et/ou de révéler les relations d'ordre entre les différents objets de la scène. Pour la synthèse d'images guidée par une fonction d'importance, de multiples styles de rendu sont combinés de manière cohérente grâce à l'utilisation d'une carte de gradients et une de saillance.Dans un deuxième temps, nous introduisons une nouvelle techniques qui permet de reconstruire de manière continue un champ de gradient, et ceci sans trop lisser les détails originaux contenus dans l'image. Pour cela, nous développons une nouvelle méthode d'approximation locale et de plus haut-degré pour des champs de gradients discrets et non-orientés. Cette méthode est basée sur le formalisme"moving least square" (MLS). Nous démontrons que notre approximation isotrope et linéaire est de meilleure qualité que le classique tenseur de structure : les détails sont mieux préservés et les instabilités sont réduites de manière significative. Nous démontrons aussi que notre nouveau champ de gradients apporte des améliorations à de nombreuses techniques de stylisation.Finalement, nous démontrons que l'utilisation d'une technique d'analyse de profil caractéristique par approximation polynomiale permet de distinguer les variations douces des zones dures. Les paramètres du profil sont utilisés comme des paramètres de stylisation tels que l'orientation des coups de pinceau, leur taille et leur opacité. Cela permet la création d'une large variété de styles de ligne.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l 'étude d'un micro-robot destiné à la mise en oeuvre d'une technique de chirurgie mini-invasive pour le traitement des anévrismes de l'artère aorte abdominale. Ce micro-robot placé à l'extrémité d'un cathéter, rendant ce dernier actif, permettra la navigation à l'intérieur de l'artère en évitant les contacts avec les parois de celle-ci. Le système sera destiné à l'apprentissage du geste chirurgical et à l'assistance du chirurgienpendant l'opération. De par sa structure et ses propriétés physiques, le micro-robot, pouvantêtre composé de plusieurs modules élémentaires, entre dans la catégorie des robots continuum. Dans notre étude, un module élémentaire est considéré comme étant un robot parallèle. Lesmodèles géométriques et cinématiques inverses ont alors été établis en utilisant les techniques dela robotique parallèle. L'approche de modélisation proposée permet de faire ressortir explicitement du modèle les paramètres géométriques du micro-robot. Une étude sur l'identificationde ces paramètres a été effectuée par le calibrage du modèle géométrique inverse. Des résultatsde simulation sont présentés validant d'une part les modèles développés et d'autre part la méthode de calibrage proposée. Afin de mettre nos modèles en situation, nous avons développé unsimulateur tridimensionnel intégrant le modèle d'un segment de l'artère, le modèle du micro-robotet un syntaxeur à retour de force. La mise en place d'une navigation active, planifiée etguidée dans ce simulateur permet de contraindre les gestes du chirurgien lors de la navigation du micro-robot à l'intérieur de l'artère

Cette thèse est une contribution à l'étude du placement dynamique de processus sur des machines multiprocesseurs à mémoire distribuée. Le contexte de notre travail est celui de la simulation et de l'évaluation de l'exécution d'applications dont le nombre de processus et le moment de leur création dépendent de l'exécution en cours. Nous proposons un nouvel algorithme évolutif de placement dynamique de processus de type approximatif, avec des éléments de contrôle et d'information distribués. A chaque noeud X d'une machine parallèle est associé un sous-ensemble de processeurs avec lesquels il peut partager sa charge de manière équitable. Ce sous-ensemble est appelé la Solution de Placement (SP) du noeud. La Solution de Placement initiale d'un noeud X est composée du sous-ensemble des noeuds directement connectés au noeud X. La décision de placement d'un processus est faite au moment de sa création, il peut alors être placé sur le noeud sur lequel il a été créé ou bien sur un des noeuds de sa SP. Sous l'effet de certains opérateurs (declin, croissance, fusion, remplacement, rotation) la Solution de Placement d'un noeud évolue au cours de l'exécution de l'application ce qui permet une répartition et un équilibrage des charges des noeuds. Pour étudier le comportement de l'algorithme évolutif, nous avons utilisé le simulateur séquentiel SIMAD qui est un outil conçu pour évaluer les algorithmes d'allocation dynamique de charge sur des machines MIMD à mémoire distribuée. Le deuxième apport de cette thèse est la définition et l'intégration dans SIMAD d'un langage synthétique qui permet de décrire des applications parallèles avec des graphes de communication généraux. Le document se termine par la présentation d'une partie des résultats de l'ensemble des expériences que nous avons menées, dans le but d'évaluer les performances et le comportement de notre approche du placement dynamique de processus. Deux types de résultats sont présentés et analysés. Tout d'abord nous recherchons l'influence de certains paramètres (la taille maximale des SP, l'actualisation des SP, le nombre de processus par niveau de charge et l'opérateur de fusion) sur le comportement de l'algorithme évolutif. Ensuite, une étude comparative avec d'autres méthodes de placement dynamique permet de mettre en évidence les performances de notre approche.

But : Cette étude a comme objectif principal d’évaluer la faisabilité d’utiliser une combinaison de renforcement des muscles du plancher pelvien (MPP) et de réadaptation par la réalité virtuelle (RRV) (programme d’entraînement MPP/RRV) pour traiter l’incontinence urinaire mixte (IUM) de la femme âgée. La faisabilité est évaluée par le taux de participation et d’achèvement du programme d’entraînement MPP/RRV et du programme d’exercices à domicile. Les objectifs secondaires de cette étude sont 1) d’évaluer l’effet du programme d’entraînement MPP/RRV sur la sévérité des symptômes urinaires, sur les dimensions de la qualité de vie, sur la fonction musculaire des MPP et sur les fonctions cognitives, plus précisément le processus exécutif de coordination de deux tâches, 2) d’évaluer, suite à l’intervention, la satisfaction des participantes. Le volet qualitatif a, quant à lui, pour objectif d’identifier les facteurs ayant influencé la participation au programme d’entraînement MPP/RRV ainsi que les avantages et les inconvénients associés à l’ajout de la RRV au traitement conventionnel de renforcement des MPP. Méthode : Les participantes ont effectué deux évaluations pré-traitement (pré-1 et pré-2), ont assisté à 12 classes hebdomadaires d’entraînement MPP/RRV et ont effectué une évaluation post-traitement. Elles ont aussi complété un programme d’exercices des MPP à domicile. Finalement, suite à la dernière classe, elles ont participé à un groupe de discussion. Les évaluations pré-1 et pré-2 ont été effectuées à deux semaines d’intervalle et étaient nécessaires pour s’assurer de la stabilité des mesures en l’absence d’une intervention. Résultats : 24 femmes ont participé à l’étude. Les taux de participation aux classes d’exercices hebdomadaires et au programme d’exercices à domicile étaient de 91 % et de 92 % respectivement. Le taux d’achèvement au programme d’entraînement MPP/RRV était de 96 %. Le programme d’entraînement MPP/RRV s’est avéré efficace dans l’amélioration des symptômes urinaires, de la qualité de vie ainsi que de la capacité à coordonner deux tâches simultanées chez les femmes âgées avec de l’IUM; il tend également à améliorer la fonction musculaire du plancher pelvien de ces femmes. L’appréciation de la composante RRV, par les participantes, était de 9.8/10 et ces dernières l’ont identifiée comme un facilitateur à leur participation hebdomadaire au traitement. Conclusion : Ce projet de maîtrise a permis de démontrer qu’une combinaison de renforcement des MPP et de RRV est une approche de traitement acceptable pour les femmes âgées souffrant d’IUM puisqu’elles sont capables de suivre les exigences de ce programme d’entraînement. / Aims: The main objective of the study was to evaluate the feasibility of using a combination of pelvic floor muscle (PFM) training and virtual reality rehabilitation (VRR) (PFM/VRR training program) to treat mixed urinary incontinence (MUI) among older women. Feasibility was defined as the participants’ rate of participation and completion of the PFM/VRR training program and of the home exercise program. The other study objectives were to evaluate the effectiveness of the PFM/VRR program on MUI symptoms, on quality of life (QoL), on PFM function and on cognitive functions, more precisely on dual-task executive functioning. Patient satisfaction was also assessed after the intervention. The study included a qualitative component aiming to gather information regarding: (1) patient-perceived facilitators and barriers to weekly PFM/VRR class attendance and (2) patient-perceived advantages and inconveniences associated with the use of VRR as a component of conventional PFM rehabilitation. Methods: Every woman participated in two pre-intervention evaluations (pre-1 & pre-2) followed by 12 weeks of a PFM/VRR training program and one post-intervention evaluation (post). Participants were also given a 20-minute static PFM home exercise program. At the end of the twelfth class, a participant group discussion was conducted. The first two evaluations were conducted 2 weeks apart to ensure consistency in the incontinence, PFM and executive functions measures prior to the intervention. Results: 24 women participated in the study. The majority of participants complied with the study demands in terms of attendance to the weekly treatment sessions (91 %), adherence to the home exercise program (92%) and completion of the three (pre-1, pre-2 and post) evaluations (96 %). The PFM/VRR training program was effective in reducing urinary incontinence symptoms, in enhancing QoL, in improving the ability of older women with MUI to manage dual-task situations and tends to improve PFM function of these women. The participant appreciation of the VRR component was 9.8/10 and the VRR component was identified by the participants as a facilitator to their weekly class participation. Conclusion: A combined PFM/VRR is an acceptable functional training approach for older women with MUI as they are capable of complying with treatment program demands.

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Après un accident vasculaire cérébral (AVC), l’utilisation de stratégies compensatoires dans les activités de la vie quotidienne peut freiner la récupération motrice du membre supérieur parétique. En effet, lors d’une tâche d’atteinte, les individus post-AVC présentant un déficit sévère limitant les mouvements épaule-coude, doivent utiliser la flexion du tronc afin de réaliser une tâche d’atteinte. Dans ce cas, il s’agit d’une compensation obligatoire-adaptative. D’autre part, certains individus post-AVC ayant suffisamment récupéré la motricité épaule-coude, continuent de solliciter une flexion du tronc, et cette compensation non-obligatoire du tronc est dite maladaptative car elle reflète la non-utilisation épaule–coude (proximal arm non-use - PANU) ayant pour effet d’entraver la récupération du bras parétique.Dans la première étude, 45 sujets post-AVC et 45 sujets contrôles sains appariés en âge ont effectué une tâche d’atteinte, le tronc libre (utilisation spontanée du bras) et le tronc auto-fixé (utilisation maximale du bras). L’analyse a montré que les scores PANU des sujets post-AVC étaient compris entre 1,9% et 40,7% avec une médiane à 11,7%. La mesure du score PANU est reproductible, valide et représente la réserve motrice épaule-coude. Le seuil significatif du PANU a été fixé à 6,5% (limite supérieure chez les sujets sains). Enfin, le score PANU est complémentaire aux tests usuels de déficience et de fonction du membre supérieur (Box and Block test, Fugl-Meyer)La deuxième étude a montré la possibilité d’utiliser un système Kinect dans l’obtention du score PANU. Des mesures ont été effectuées simultanément avec les deux systèmes (Kinect et Zebris-CMS20s) chez 19 sujets post-AVC. Cette étude a montré que le score PANU mesuré avec la Kinect pourrait être utilisé comme un outil de diagnostic qui permettrait de proposer aux sujets post-AVC une rééducation spécifique d’utilisation forcée du bras par tronc bloqué ou bien par feedback.La troisième étude est une revue de la littérature sur les technologies innovantes appliquées à la rééducation sensorimotrice post-AVC suggérant que le score PANU puisse être intégré dans un traitement rééducatif par réalité virtuelle.En conclusion, ces travaux démontrent que quantifier objectivement la non-utilisation épaule-coude (score PANU) lors d’une tâche d’atteinte est possible et reproductible. Les scores PANU peuvent être déterminés également par un système très accessible (Kinect) ce qui permettrait d’intégrer le score PANU dans un jeu de rééducation par réalité virtuelle. / The use of compensatory strategies to perform activities of daily living after a stroke can reduce the upper limb recovery. In fact, post-stroke individuals with severe upper limb impairment that limits shoulder-elbow motion, have to use trunk compensation to achieve a reaching task within arms’ length, which is a form of mandatory/adaptive compensation strategy. Whereas, post-stroke individuals having adequately recovered shoulder-elbow motion, continue to use the trunk when they could use the proximal arm to achieve the reach; and this non-mandatory trunk compensation is considered maladaptive because it reflects proximal arm non-use or PANU, which is detrimental to true recovery of the paretic arm.In the first study, 45 post-stroke individuals and 45 age matched healthy controls performed a seated reaching task within arm’s length with the trunk free to move (spontaneous use) and trunk restrained (maximal use) to measure their PANU score. The analysis showed that PANU scores for the post-stroke individuals ranged between 1,9% and 40,7% with a median of 11,7%, and these PANU scores were a reliable and reproducible measure of the functional reserve of the upper limb. The PANU score threshold for clinical significance was set as 6.5% (upper limit in healthy subjects). The PANU score seems pertinent as a complement to usual clinical assessments of upper limb function and impairment (Box and Block test, Fugl-Meyer).The second study explored the applicability of the Kinect system to measure PANU scores in 19 post stroke individuals in comparison to the standard Zebris-CMS20s method. The analysis showed that the PANU score measured by the Kinect was valid and reliable, and therefore should be used as a tool to classify patients in order to propose specific upper limb rehabilitation with arm-forced use by trunk restraint or feedback.Study three was a review of innovative technologies applied to sensorimotor rehabilitation after a stroke suggesting that PANU scores could be implemented in virtual reality rehabilitation and be used as a tool to determine the efficacy of the specialised treatment.In conclusion, this thesis showed that i) objectively quantifying the proximal arm non-use (PANU score) during a reaching task using a 3D motion capture system is feasible and reliable, and ii) PANU scores are accurately determined also using a more widely available and less expensive Kinect-based motion sensor with the future aim of PANU being integrated in a Kinect-based upper limb virtual reality rehabilitation.

Le Syndrome de la Douleur Régionale Complexe (SDRC) est une maladie se manifestant par des troubles moteurs et atteint généralement les membres supérieurs. Bien que l'effet positif de la thérapie de miroir sur SDRC ait été prouvé, la tête du patient fixée et orientée en direction du miroir et l'exigence d'ignorer le membre intact limite encore cette thérapie. Dans ce contexte, premièrement la pseudo-haptique est appliquée dans le cas de la thérapie physique pour la main des patients affectés par le SDRC. Ainsi, le premier travail que nous avons effectué était de comprendre comment l'effet pseudo-haptique influence le comportement moteur de la main de l'utilisateur. A cet effet, des tâches de discrimination de rigidité ont été conduites consistant à discriminer la raideur d'un ressort virtuel avec celle de trois ressorts réels de raideurs différentes. Il existe deux types de thérapie pour la réhabilitation des patients atteints de SDRC : kinésiologique et occupationnelle, qui visent à récupérer respectivement les fonctions motrices de base et de travail du membre affecté. Concernant la thérapie kinésiologique, une application fondée sur la technologie Leap Motion et Unity3D a été développée permettant de manipuler la relation entre le mouvement de la main physique de l'utilisateur et le mouvement rendu/virtuel de l’avatar. L’application a été validée par une étude pilote réalisée au CHU de Grenoble avec des patients, des sujets sains et une équipe médicale (docteurs et kinésithérapeutes. Durant les tests, le mouvement rendu de la main est présenté sur l’écran de l’ordinateur: identique, amplifié ou réduit. Le retour des sujets a montré qu’ils n’avaient pas des sensations d’inconfort en utilisant l’application développée. L’équipe médicale, quant à elle, a manifesté un vif intérêt concernant l’utilisation de l’application en thérapie kinésithérapique. A cause de la fonction motrice anormale et de la douleur chronique nous avons tenu compte de l'endurance à la fatigue des patients atteints de SDRC A cet effet, une nouvelle méthode pour l'évaluation de la fatigue de la tâche en démontage fondée sur la dépense d'énergie métabolique et l’estimation de la fatigue musculaire a été proposée. Elle permet d’estimer les niveaux de fatigue associés à des tâches de démontage différentes. La méthode proposée est validée par une série de tests expérimentaux de chargement effectués dans un environnement de RV. D’autre part, les niveaux de fatigue sont évalués en analysant des signaux EMG des muscles impliqués du bras de l’opérateur. Enfin, les résultats analytiques issus du modèle proposé et les résultats expérimentaux obtenus à partir de l'analyse des signaux EMG ont été comparés et montré une très bonne corrélation entre eux. / Complex Regional Pain Syndrome (CRPS) is a disease which companies with motor disorder and is generally affecting the upper limbs. Although the positive effect of mirror therapy on CRPS has been proved, the patient’s fixed head oriented towards the mirror and the requirement of ignoring the intact limb still limits this therapy. In this context, firstly the pseudo-haptics is applied in the case of physical therapy for hand affected CRPS patients. Thus, our first work was to understand how the pseudo-haptic feedback affects the user’s motor behavior of hand. For this purpose, stiffness discrimination tasks were performed consisting in discriminating the stiffness of one virtual spring with three different compared real springs. For rehabilitation of CRPS patients, there are two types of therapy: a kinesiological and an occupational one, respectively aiming at recovering the basic and working motor functions of patient‘s affected limb. For the kinesiological therapy we developed a VR application, based on Leap Motion technology and Unity3D software, allowing to manipulate the relationship between the user’s physical hand motion and the rendered avatar virtual motion. The application was validated by a pilot study performed at University Hospital Center in Grenoble with patients, healthy subjects and medical staff (doctors and kinesitherapists). During the experiments the rendered hand motion on the computer screen, is shown identical, amplified or reduced compared to the users’ real hand motion. Users’ feedback shown that they had no uncomfortable feeling with using the developed application. Medical staff expressed a strongly interest in using the application in the kinesiological therapy. Due to the motor abnormal function and chronic pain, we also considered the fatigue in the muscles during rehabilitation. For this purpose, a new method for disassembly task fatigue evaluation based on metabolic energy expenditure and muscle fatigue estimation is proposed. It is validated by a set of experimental loading tests performed in a specially realized test bench and integrated in a VR environment. The analytical model for mechanical energy expenditure is also proposed allowing to evaluate different fatigue levels. On the other hand, the fatigue levels are evaluated by analyzing the recorded EMG signals on the involved muscles in operator’ arm. The analytical results, calculated based on the proposed model and the experimental results, obtained from the EMG signals analysis, were compared and showed a (very) good correlation between them.

Le domaine de la réalité virtuelle offre de formidables opportunités tout le long de la conception d’assemblage complexe. L’un des avantages est la possibilité de mettre en situation écologique des utilisateurs dès les premières étapes de conception. Ceci est d’autant plus important dans la conception d’installation industrielle complexe. Il est possible de valider rapidement des tâches d’accessibilité, d’assemblage, de maintenance, voire de démantèlement. L’obtention de la validité écologique des études réalisées en environnement virtuel demande cependant que les interfaces homme-machine soient capables de transmettre des informations réalistes. À l’heure actuelle, les systèmes virtuels ne sont pas capables de fournir une interaction haptique complète, notamment les contacts/collisions entre l’utilisateur et les objets virtuels de l’environnement ne résultent pas en un retour haptique. Ceci peut devenir la cause de comportement inapproprié par rapport à la réalité. L’objectif de cette thèse est de proposer un moyen de renforcer la compréhension spatiale en environnement virtuel. Plus particulièrement, nous souhaitons substituer les informations kinesthésiques par des informations tactiles pour augmenter la conscience spatiale et la cohérence visuo-proprioceptive. Nous avons développé une plateforme vibrotactile capable de fournir des informations spatiales sur l’environnement. Nous avons également commencé à interroger le rôle de la représentation du corps en environnement virtuel. Plusieurs études expérimentales ont été réalisées de manière à valider les développements que nous avons mis en avant. / The virtual reality field offers astounding opportunities throughout the design of complex assembly. One of the advantages is the possibility of immerse users in an ecological situation in the early stages of design. It’s even more important during the design of complex industrial plant. It allows to validate accessibility, assembly, maintenance or even dismantling tasks. The ecological validity of the studies carried out in a virtual environment, requires the human-machine interfaces capable of transmitting and rendering realistic information. At present, virtual systems are not capable of providing a complete haptic interaction, in particular contact/collision between the user and virtual objects in the environment do not result in haptic feedback. This can become the cause of inappropriate behavior compared to reality. The aim of this thesis is to propose a way to reinforce spatial awareness in virtual environment. More specifically, we wish to substitute kinesthetic information with tactile information to increase spatial awareness and visuo-proprioceptive consistency. We developed a vibrotactile platform capable of providing spatial information on the environment. We also studied the role of the representation of the body in a virtual environment. Several experimental studies have been carried out in order to validate the developments we proposed.

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