La conception de nouveaux produits industriels nécessite le développement de prototypes avant leur déploiement grand public. Afin d'accélérer cette phase et de réduire les coûts qui en découlent, une solution intéressante consiste a utiliser des prototypes virtuels le plus longtemps possible en particulier dans la phase de conception. Certaines des étapes de la conception consistent à effectuer des opérations d'assemblage ou de désassemblage. Ces opérations peuvent être effectuées manuellement ou automatiquement à l'aide d'un algorithme de planification de mouvement. La planification de mouvement est une méthode permettant à un ordinateur de simuler le déplacement d'un objet d'un point de départ à un point d'arrivée tout en évitant les obstacles. Le travail de recherche de cette thèse apporte des solutions pour l'interaction entre un humain et un algorithme de planification de mouvement pendant l'exploration de l'espace libre. Le temps de recherche est partagé entre l'humain et la machine selon un paramètre de partage d'autorité permettant de déterminer le pourcentage d'allocation du temps à l'une ou l'autre entité. L'utilisation de ces deux entités en même temps permet d'accélérer grandement la vitesse d'exploration par rapport à la vitesse d'un humain seul ou d'un algorithme seul. Ces travaux apportent ensuite une nouvelle méthode de planification de mouvement avec contact permettant de générer des trajectoires à la surface des obstacles au lieu de les générer uniquement dans l'espace libre. La planification au contact permet d'effectuer des opérations spécifiques telles que le glissement ou l'insertion utiles pour la résolution de problèmes de planification dans des environnements encombrés. Enfin, détecter les intentions d'un utilisateur lorsqu'il interagit avec une m achine permet de lui fournir des ordres efficacement et intuitivement. Dans le cadre de la planification interactive au contact, un algorithme de détection d'intention est proposé. Ce dernier s'appuie sur l'utilisation d'un robot haptique permettant à un opérateur de ressentir les obstacles virtuels lors de la manipulation d'un objet virtuel dans un environnement de réalité virtuelle. L'algorithme interactif s'adapte en temps réel aux actions de l'opérateur pour une exploration pertinente de la surface des obstacles. Ces travaux ont été menés en partie au laboratoire toulousain LAAS au sein de l'équipe Gepetto et en partie dans le laboratoire LGP de l'ENIT au sein de l'équipe DIDS. Nous remercions la région Midi-Pyrénées pour avoir financé ces recherches. / Designing new industrial products requires to develop prototypes prior to their launch phase. An interesting solution to speedup the development phase and reduce its costs is to use virtual prototypes as long as possible. Some steps of the development consist in assembly or disassembly operations. These operations can be done manually or automatically using a motion planning algorithm. Motion planning is a method allowing a computer to simulate the motion of an object from a start point to a goal point while avoiding obstacles. The following research work brings solutions for the interaction between a human operator and a motion planning algorithm of virtual objects for the exploration of free space. Research time is split between the human and the machine according to an authority sharing parameter determining the percentage of time allowed to one or the other entity. The simultaneous use of a human and a machine greatly speedup the exploration in comparison with the time needed by any of the to alone. This work then presents a new interactive motion planning with contact method. This method permits to generate trajectories at the surface of obstacles instead of free space trajectories. This contact motion planning method allows specific operations such as sliding or insertion. This greatly diminishes the solving time of motion planning problems in cluttered environments. Detecting the intentions of a user when he interacts with a machine is a good way to convey orders efficiently and intuitively. An algorithm for interactive contact planning with intention detection techniques is proposed. This algorithm uses a haptic robot allowing a user to feel virtual obstacles when manipulating a virtual object in a virtual reality environment. The interactive algorithm adapts to the the actions of the user in real time for a pertinent exploration of the surfaces of obstacles. This work has been done partly in LAAS-CNRS laboratory in Toulouse in Gepetto team and partly in LGP-ENIT laboratory in Tarbes in DIDS team. We wish to thank the Midi-Pyrénées region for funding this research.

Cette thèse aborde la réalité virtuelle pour l’apprentissage médiatisé du français ou de l’allemand langue étrangère. L’étude analyse comment l’immersion et l’interaction en réalité virtuelle peuvent faire émerger un sentiment de présence dans l’environnement virtuel, et ainsi contribuer à contextualiser la situation d’apprentissage. Une centaine de lycéens français et allemands ont expérimenté trois environnements virtuels, développés par le projet européen EVEIL-3D. À l’issue d'un jeu sérieux immersif en langue cible, ils ont témoigné de leur expérience. L’analyse de ce corpus souligne la subjectivité de l’expérience en réalité virtuelle. En étudiant la production en langue cible, les stratégies d’usage de la langue, l’interactivité, l’engagement corporel et l’accompagnement de l’apprenant pendant l’immersion, la recherche montre les apports et les limites de la réalité virtuelle comme dispositif d’apprentissage des langues médiatisé par les technologies numériques. / This doctoral thesis explores virtual reality as a digital environment for language learning, specifically for French or German as a foreign language. The study examines how immersion and interaction in virtual reality generate a sense of presence in the virtual environment and thus contribute to a contextualization of the learning situation.Approximately one hundred pupils from French and German secondary schools tested three immersive environments of the European project EVEIL-3D. After using a foreign language in an immersive serious game, pupils were surveyed on their virtual reality experience. Results show the importance of subjectivity of the experience. This research additionally investigates speaking in the foreign language, language usage strategies, interactivity, physical engagement and how to support the pupils during immersion. Finally, it points out both the drawbacks and opportunities of using virtual reality as a digital environment for language learning.

Suite à l’amélioration des outils de capture et de stockage des données, ces dernières années ont vu les quantités de données à traiter croître énormément. De nombreux travaux, allant du traitement automatique à la visualisation d’information, ont alors été mis en place, mais certains domaines sont encore trop spécifiques pour en profiter. C’est le cas du Renseignement d’Origine ÉlectroMagnétique (ROEM). Ce domaine ne fait pas uniquement face à de grandes quantités de données mais doit aussi gérer des données et des usages complexes ainsi que des populations d’utilisateurs ayant de moins en moins d’expérience. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à l’usage de l’existant et des nouvelles technologies appliquées à la visualisation pour proposer des solutions à la combinaison de problématiques comme les données en grandes quantité et les données complexes. Nous commençons par présenter une analyse du domaine du ROEM qui a permis d’extraire les problématiques auxquelles il doit faire face. Nous nous intéressons ensuite aux solutions gérant les combinaisons de telles problématiques. L’existant ne contenant pas directement de telles solutions, nous nous intéressons alors à la description des problématiques de visualisation et proposons une caractérisation de ces problématiques. Cette caractérisation nous permet de décrire les représentations existantes et de mettre en place un outil de recommandation des représentations basé sur la façon dont l’existant résout les problématiques. Enfin nous nous intéressons à identifier de nouvelles métaphores pour compléter l’existant et proposons une représentation immersive permettant de résoudre les problématiques du ROEM. Ces contributions permettent d’analyser et d’utiliser l’existant et approfondissent l’usage des représentations immersives pour la visualisation d’information. / As a result of the improvement of data capture and storage, recent years have seen the amount of data to be processed increase dramatically. Many studies, ranging from automatic processing to information visualization, have been performed, but some areas are still too specific to take advantage of. This is the case of ELectromagnetic INTelligence(ELINT). This domain does not only deal with a huge amount of data but also has to handle complex data and usage as well as populations of users with less and less experience. In this thesis we focus on the use of existing and new technologies applied to visualization to propose solutions to the combination of issues such as huge amount and complex data. We begin by presenting an analysis of the ELINT field which made it possible to extract the issues that it must faces. Then, we focus on the visual solutions handling the combinations of such issues but the existing work do not contain directly such solutions. Therefore, we focus on the description of visual issues and propose a characterization of these issues. This characterization allows us to describe the existing representations and to build a recommendation tool based on how the existing work solves the issues. Finally, we focus on identifying new metaphors to complete the existing work and propose an immersive representation to solve the issues of ELINT. These contributions make it possible to analyze and use the existing and deepen the use of immersive representations for the visualization of information.

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L’acteur est-t-il l’objet d’une nouvelle mise en cause radicale, un siècle après Maeterlinck, Jarry et Craig ? La discussion prend aujourd’hui une tournure inédite. Il ne s’agit plus d’écarter l’homme de la scène pour le remplacer par une marionnette idéale. Les acteurs artificiels, avatars, robots et autres doubles, semblent désormais pouvoir devenir autonomes. La question n’est pas seulement : qu’est-ce qui manque, lorsque l’acteur manque ? Mais aussi, qu’est-ce qui ne manque pas ? Pour étudier ce sujet, cette thèse s’appuie sur trois œuvres qui ont fait événement à l’orée du XXIe siècle : Les Aveugles de Denis Marleau, Stifters Dinge de Heiner Goebbels, et Re : Walden de Jean-François Peyret. Elle introduit la conjecture anthropologique d’une « disparition » de l’homme. Expression problématique, qui est à entendre de prime abord au sens d’un retrait ou d’une instrumentation de l’acteur, mais qui sous-tend en arrière-plan d’autres enjeux : brouillage des frontières entre vivant et artificiel, perte du lien au monde, déclin de l’humanisme, effondrement écologique. Si l’homme devait disparaître, c’est peut-être au théâtre qu’il résisterait le plus longtemps à sa disparition. Mais la proposition peut s’inverser : n’est-ce pas là qu’il ne cesse de s’effacer avec le plus d’ostentation, jouant depuis toujours avec les oppositions apparence / réalité, apparition / disparition ? La thèse explore ces problématiques, en s’intéressant aussi bien à la scénographie, à la dramaturgie, à la relation acteur spectateur, et aux nouvelles machines qui transfigurent le dispositif scénique en une anamorphose visuelle, sonore, éminemment troublante, de l’être humain en train de disparaître. / Is the actor thrown back into doubt again, one century after Maeterlinck, Craig and Jarry ? The topic happens to be brought up to date. But the purpose is no longer to get rid of the actor, so that he could be replaced by puppets. Artificial actors, like avatars, robots and other doubles, are likely to get their autonomy soon, on stage. The question is not only : what is missing, when the actor is missing ? But also, what is not missing ? This thesis is based upon three performances that stroke the minds on the first decade of the 21st century : Les Aveugles by Denis Marleau, Stifters Dinge by Heiner Goebbels, and Re :Walden by Jean-François Peyret. Our conjecture is about human disappearing on stage, with a special focus on anthropological aspects. The notion of « disappearing » means, at first sight, the withdrawing of actors, but we show that other deep challenges stand in the background : body instrumentation, interferences between life and artificial, disconnection to the phenomenal world, mankind decline and ecological disasters. If the human being is supposed to disappear soon, it’s probably on theatre stage that he will stand for a while. At the same time, isn’t it on stage that he has been playing for ever with appearing and disappearing, reality and illusion ? This thesis explores these problems, dealing with all the aspects : scenography, dramaturgy, actors and spectators, technology and new machines that are completely transforming the stage into a visual, sound, and highly confusing anamorphosis, by which the human being is involved in a vanishing process.

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

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

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

Alors que le numérique a longtemps été réservé à des usages experts, il fait aujourd’hui partie intégrante de notre quotidien, au point, qu’il devient difficile de considérer le monde physique dans lequel nous vivons indépendamment du monde numérique. Pourtant, malgré cette évolution, notre manière d’interagir avec le monde numérique a très peu évolué, et reste toujours principalement basé sur l’utilisation d’écrans, de claviers et de souris. Dans les nouveaux usages rendus possible par le numérique, ces interfaces peuvent se montrer inadaptées, et continuent à préserver la séparation entre le monde physique et le monde numérique. Au cours de cette thèse, nous nous sommes concentrés à rendre cette frontière entre mondes physique et numérique plus subtil au point de la faire disparaître. Cela est rendu possible en étendant la portée des outils numériques dans le monde physique, puis en concevant des artefacts hybrides (des objets aux propriétés physique et numérique), et enfin en permettant les transitions dans une réalité mixte (physique-numérique), laissant le choix du niveau d’immersion à l’utilisateur en fonction de ses besoins. L’objectif final de ce travail est d’augmenter l’expérience de la réalité. Cela comprend non seulement le support de l’interaction avec le monde extérieur, mais aussi avec notre monde intérieur. Cette thèse fournit aux lecteurs les informations contextuelles et les connaissances techniques requises pour pouvoir comprendre et concevoir des systèmes de réalité mixte. A partir de ces fondements, nos contributions, ayant pour but de fusionner le monde physique et le monde virtuel, sont présentées. Nous espérons que ce document inspirera et facilitera des travaux futurs ayant pour vision d’unifier le physique et le virtuel. / In recent history, computational devices evolved from simple calculators to now pervasive artefacts, with which we share most aspects of our lives, and it is hard to imagine otherwise. Yet, this change of the role of computers was not accompanied by an equivalent redefinition of the interaction paradigm: we still mostly depend on screens, keyboards and mice. Even when these legacy interfaces have been proven efficient for traditional tasks, we agree with those who argue that these interfaces are not necessarily fitting for their new roles. Even more so, traditional interfaces preserve the separation between digital and physical realms, now counterparts of our reality.During this PhD, we focused the dissolution of the separation between physical and digital, first by extending the reach of digital tools into the physical environment, followed by the creation of hybrid artefacts (physical-digital emulsions), to finally support the transition between different mixed realities, increasing immersion only when needed. The final objective of this work is to augment the experience of reality. This comprises not only the support of the interaction with the external world, but also with the internal one. This thesis provides the reader contextual information along with required technical knowledge to be able to understand and build mixed reality systems. Once the theoretical and practical knowledge is provided, our contributions towards the overarching goal of merging physical and digital realms are presented. We hope this document will inspire and help others to work towards a world where the physical and digital, and humans and their environment are not opposites, but instead all counterparts of a unified reality.

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