La présente recherche est constituée de deux études. Dans l’étude 1, il s’agit d’améliorer la validité écologique des travaux sur la reconnaissance émotionnelle faciale (REF) en procédant à la validation de stimuli qui permettront d’étudier cette question en réalité virtuelle. L’étude 2 vise à documenter la relation entre le niveau de psychopathie et la performance à une tâche de REF au sein d’un échantillon de la population générale. Pour ce faire, nous avons créé des personnages virtuels animés de différentes origines ethniques exprimant les six émotions fondamentales à différents niveaux d’intensité. Les stimuli, sous forme statique et dynamique, ont été évalués par des étudiants universitaires. Les résultats de l’étude 1 indiquent que les stimuli virtuels, en plus de comporter plusieurs traits distinctifs, constituent un ensemble valide pour étudier la REF. L’étude 2 a permis de constater qu’un score plus élevé à l’échelle de psychopathie, spécifiquement à la facette de l’affect plat, est associé à une plus grande sensibilité aux expressions émotionnelles, particulièrement pour la tristesse. Inversement, un niveau élevé de tendances criminelles est, pour sa part, associé à une certaine insensibilité générale et à un déficit spécifique pour le dégoût. Ces résultats sont spécifiques aux participants masculins. Les données s’inscrivent dans une perspective évolutive de la psychopathie. L’étude met en évidence l’importance d’étudier l’influence respective des facettes de la personnalité psychopathique, ce même dans des populations non-cliniques. De plus, elle souligne la manifestation différentielle des tendances psychopathiques chez les hommes et chez les femmes. / The current research consists of two studies. In study 1, the goal is to increase ecological validity of studies on facial recognition, by validating and comparing a set of synthetic characters we created with the empirically validated Pictures of Facial Affect. Further, these stimuli would provide a method to assess facial expression recognition in immersive virtual environments. Study 2 aims to further understand the relationship between psychopathy and emotional information processing using dynamic emotions in a community sample. To accomplish this, we created dynamic characters displaying the six basic emotions at different intensity levels. The stimuli were evaluated by undergraduate students. Findings provide empirical support for the validity of the facial expressions we created, which possess distinguishing attributes and are of particular utility in regard to emotion research. In study 2, results suggest that a higher score on Factor 1, specifically the callous affect subscale, is associated with a greater sensitivity to emotional expressions, in particular sadness expressions. In addition, high levels of criminal tendencies are associated with poorer performance on the task and a specific impairment in the recognition of disgust. These results are specific to male participants. Data supports the conceptualisation of psychopathy as a life-history strategy. The study also highlights the influence of the distinct facets of psychopathy in facial affect recognition and the differential manifestation of psychopathic personality between men and women.

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Au-delà des outils d’analyse statistique traditionnellement mobilisés par les chercheurs en humanités numériques, il existe de nombreux instruments de visualisation (bases de données 3D, moteurs de jeu vidéo, réalité virtuelle et augmentée, etc.) qui ont gagné ces dernières années une importance croissante, ceux-là permettant de spatialiser les connaissances de façon intuitive, de donner à voir des vestiges en lien avec les enquêtes humanistes ou encore de toucher un public dépassant le strict milieu universitaire. Cette thèse a pour but de préciser sur la base de quels modèles heuristiques et épistémologiques, les ingénieurs travaillant dans le domaine des interactions homme-machine ont pensé ces dispositifs. En Europe et jusqu’à l’époque baroque, plusieurs méthodes, désignées du nom d’arts de la mémoire, reposant sur l’immersion dans des espaces mentaux, avaient été mobilisées pour organiser les connaissances. Leur centralité dans la vie intellectuelle leur a donné une postérité double : elles ont structuré tant la manière de penser l’organisation des savoirs (logique et computation) que de les donner à voir (avènement du paradigme perspectif et de la muséologie). Cet héritage hybride les a constituées comme des repères pour le développement des nouveaux médias, notamment de l’infographie tridimensionnelle. Pour saisir les enjeux socio-économiques et esthétiques liés à l’utilisation de ces technologies dans le champ universitaire, leur mise au point dans les secteurs industriels du cinéma et du jeu vidéo, qui ont nourri leur évolution, est resituée dans la thèse. Cette enquête permet de définir des prescriptions utiles à leur déploiement au sein des humanités numériques. / Beyond the instruments of statistical analysis enlisted by researchers working in the field of digital humanities, a growing number of visual and spatial tools (3D databases, video game engines, virtual and augmented reality, etc.) have gained in interest over the past few years. These new approaches allow for the spatialized presentation of knowledge in novel and intuitive ways that increasingly appeal to a public beyond academia. The goal of this thesis is to pinpoint and explore the various heuristic and epistemological models engineers working in the field of human-computer interaction have used to develop these tools. Up until the Baroque period in Europe, a suite of methods grouped under the rubric of “the arts of memory” relied on similar modes of spatialization of immersive mental spaces in order to activate memory and to organize knowledge. The centrality of these arts in the formation of intellectual life has granted them a double posterity: they at once structured the way one organized knowledge – thus becoming instrumental in the refinement of logic and computation; while also serving as means to exhibit and present knowledge – allowing for the advent of the perspective paradigm and museology. This hybrid heritage establishes the arts of memory as landmarks for the further development of new media, and notably computer-generated images. To understand the stakes involved with the use of these technologies in scholarly practice, this thesis also addresses how the film and video game industries gradually shaped their evolution. Finally, this inquiry provides useful prescriptions for their deployment within the growing interdisciplinary field of digital humanities.

La réalité virtuelle (RV) va révolutionner de nombreux domaines comme le domaine médical, industriel, architectural, etc. C'est devenu un élément important dans la phase de développement d'une solution, notamment dans le domaine architectural. Que ce soit pour la commercialisation ou la revue de projet, la RV permet de faire des visites virtuelles de maisons visualisées à l'échelle réelle en environnement virtuel (EV). Aujourd'hui, l'architecte dispose d'un véritable outil de commercialisation en proposant aux acheteurs potentiels des visites virtuelles de maisons. Lors de ces visites virtuelles, le client peut avoir une idée de la maison. Avec la visualisation à l'échelle 1:1 le client a la possibilité d'explorer la maison et peut ainsi se projeter plus facilement dans la maison pour prendre plus facilement des décisions. L'espoir est que cette visite virtuelle puisse conduire plus rapidement à une signature de précontrat. Par ailleurs, lors du processus de conception, l'architecte peut effectuer une revue de projet en EV avec le client afin de le guider dans ses choix et d'affiner le recueil des besoins. À l'issue de cette revue, ensemble, ils valident le plan de la maison en termes de taille et d'agencement des pièces, de position des fenêtres, etc. Par conséquent, la RV permet un gain de temps et d'argent considérable aux architectes. Les décisions prises en EV sont généralement basées sur la perception des distances et des volumes. Par conséquent, l’efficacité des décisions prises dépend de la capacité des visiteurs à porter un jugement sans biais sur ce qu’ils voient dans l’EV par rapport à l’environnement réel correspondant. Plusieurs études ont montré que l'estimation des distances en EV est différente de l'estimation en environnement réel. De multiples facteurs peuvent être à l'origine de ce problème, comme le dispositif d'affichage, le champ de vision restreint, la qualité graphique, etc. Malgré les différentes études consacrées à cette problématique, les causes de ce phénomène restent diverses et mal identifiées. Notre travail s'inscrit dans le cadre d'un projet architectural : le projet CIMBEES. Ce projet vise à intégrer la RV dans le processus de vente/achat et de conception au travers de la visite virtuelle et de la revue de projet en EV. Notre travail consiste à concevoir et à évaluer l'outil de revue de projet architectural en EV. La phase de conception consiste à proposer un outil de revue de projet permettant la visualisation des maquettes numériques à l'échelle réelle et offrant une interaction qui répond aux besoins des architectes. Au cours de cette phase nous avons développé un outil de revue de projet et nous avons modélisé les maquettes numériques nécessaires à partir de plans réels de maison.Dans la phase d'évaluation de l'outil de revue de projet architectural, nous nous sommes intéressés à la problématique de la perception des distances en EV. L'objectif de cette évaluation est d'identifier et d'étudier les facteurs les plus importants pour l'outil afin de proposer des paramètres adaptés à notre contexte applicatif (les visites virtuelles). Pour ce faire, nous avons effectué une étude expérimentale qui porte sur l'étude de l'influence de trois facteurs sur la perception des distances : 1) le profil cognitif des utilisateurs, 2) le contexte environnemental et 3) la vitesse de navigation [...] / Virtual reality (VR) will revolutionize many fields such as medicine, industry, architecture, etc. It has become an important element in the development of a solution, particularly in the architectural field. Whether for marketing or project review, VR allows virtual visits of homes in virtual environment (VE) at real scale. Today, the architect has a real marketing tool by providing to potential customer virtual visits of homes. During these virtual visits, the customer can get an idea of the house. With the visualization at scale 1: 1, the customer has the opportunity to explore the house and he can easier project himself into the house to take decisions more easily. The hope is that, this virtual visit would more quickly lead to a signing agreement.Furthermore, during the design process, the architect can make a project review in VE with customer to guide his choices and refine the collection of needs. Following this review, together, they validate the plan of the house in terms of size and layout of rooms, window position, etc. Therefore, the VR allows considerable time and money saving for architects. Decisions taken in VE are generally based on the perception of distances and volumes. Therefore, the effectiveness of the decisions depends on the ability of customers to make judgments about what they see in the VE similar to the judgments they would have made in the corresponding real environment. Several studies have shown that the estimation of distances in VE is different from the estimation in real environment. Several factors can be the source of this problem such as the display device, the limited field of view, graphical quality, etc. Despite these studies, factors that cause this phenomenon remain unclear, and diverse. Our work is part of an architectural project: CIMBEES project. This project aims to integrate VR in the process of selling / buying and of the design through virtual visits and project review in VE. Our work is to design and evaluate architectural project review tool. The design stage is to suggest a project review tool for the visualization of digital mockups at real scale in VE and providing interaction that meets the needs of architects. During this stage we developed a project review tool and we modeled necessary digital mockups from real house plans. In the evaluation stage of the architectural project review tool, we were interested at the problem of the perception of distances in VE. The aim of this evaluation is to identify and to study the most important factors for the tool, to propose suitable parameters for our application context (virtual visits). To do this, we conducted an experimental study that focuses on the study of the influence of three factors on the perception of distances: 1) the cognitive profile of users, 2) the environmental context and 3) the speed of navigation. [...]

Bien que la construction de représentations spatiales provienne du contact sensible des êtres humains avec leur environnement, l'utilisation de la géométrie euclidienne paraît faciliter les raisonnements sur l'espace. Cependant, lors de la navigation, il reste nécessaire de coordonner des représentations spatiales de types égo- et allocentrés pour agir et se situer. En situation de cécité la difficulté réside davantage dans la perception et l'actualisation des informations sur l'environnement que dans la compréhension des concepts spatiaux. Alors que l'absence de vision semble favoriser la construction de représentations spatiales de type égocentré, les cartes en relief couplées à des stratégies d'exploration adaptées offrent aux aveugles la possibilité de percevoir la configuration des éléments de l'environnement dans un référentiel de type allocentré. Cependant, l'actualisation de la position au fur et à mesure des déplacements reste particulièrement difficile. Les techniques de la réalité virtuelle permettent de simuler des navigations en proposant aux sujets non-voyants de s'immerger dans des environnements numériques actualisés en permanence grâce à l'utilisation d'une interface haptique et de la spatialisation du son. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons conçu SEATOUCH, un logiciel de navigation haptique et auditif pour la préparation d'itinéraires à la voile des marins non-voyants. Une première expérience compare les représentations spatiales construites par six marins aveugles au cours de l'exploration d'une carte en relief et d'une carte virtuelle de SEATOUCH. Les résultats montrent que les représentations spatiales issues des cartes virtuelles sont équivalentes à celles issues des cartes en relief. Les cartes virtuelles permettent donc la construction de représentations spatiales non visuelles. De plus, les patterns d'explorations haptiques précisent que les meilleures performances sont obtenues par les sujets qui utilisent principalement la stratégie du point de référence. Forts de ce résultat, nous avons cherché à évaluer les intérêts de l'utilisation de la réalité virtuelle, et plus précisément de SEATOUCH, pour le transfert d'apprentissage depuis la navigation virtuelle vers la navigation réelle. Nous avons alors testé l'influence des conditions de navigations virtuelles sur la coordination des représentations spatiales de types égo- et allocentrés lorsque « le voilier se déplace sur la carte » d'une part, et lorsque « la carte défile autour du voilier » d'autre part. L'absence de différence entre ces deux conditions semble révéler une importance primordiale de l'encodage initial de la carte pour le repérage des sujets en cours d'action. Cependant, nous soulevons que les sujets qui semblent s'être perdus au cours de la navigation virtuelle présente des performances très légèrement meilleures lors de la navigation en situation naturelle. L'analyse des mouvements d'exploration sur la carte nous permet de reprendre un modèle de coordination des référentiels spatiaux issu de la littérature existante sur la cécité. Nous le précisons en l'appliquant à la tâche de préparation de navigation à la voile avec les cartes virtuelles de SEATOUCH. Outre les bénéfices immédiats de SEATOUCH pour la navigation à la voile des marins aveugles, ce travail apporte de nouveaux éléments de compréhension sur certains mécanismes de la cognition spatiale non visuelle et plus particulièrement sur la coordination des référentiels égo- et allocentrés.

La recherche dans le domaine des Environnements Virtuels (EV) pour la formation s'est souvent attachée aux aspects techniques, sans proposer une réelle démarche de conception centrée sur les utilisateurs (formés et formateurs). Pour concevoir un EV efficace, utilisable et utile pour la formation, nous proposons une méthodologie de conception prenant en compte divers aspects. En effet, dans un premier temps, il est essentiel de s'interroger sur les objectifs pédagogiques des formateurs et sur les capacités sensori-motrices et cognitives des formés. Ensuite, les capacités technologiques doivent être étudiées. Enfin, l'EV et les fonctionnalités utiles peuvent être spécifiées. Notre méthodologie de conception est basée sur trois composantes fondamentales dans les EV : l'immersion et l'interaction sensori-motrices (i.e. les interactions physiques des utilisateurs avec le système), l'immersion et l'interaction cognitives (i.e. les raisonnements et les comportements des utilisateurs) et l'immersion et l'interaction fonctionnelles (i.e. l'apprentissage et le transfert de la tâche).<br />La réalité virtuelle (RV) est souvent utilisée comme moyen technique pour immerger un formé dans des environnements le plus proche possible de la réalité. Les limitations technologiques actuelles ne permettent pas de s'approcher parfaitement de la réalité. De plus, les formateurs ont souvent besoin de fournir des explications s'appuyant sur des situations éloignées du réel afin d'aider les formés à prendre du recul et à mieux comprendre cette réalité. Les nombreuses potentialités de la RV permettent de proposer différents niveaux de réalisme.<br />Pour gérer ces niveaux de réalisme et optimiser les fonctionnalités offertes par la RV en fonction de objectifs pédagogiques et des difficultés des formés, nous proposons un Agent Pédagogique Intelligent (HAL : Help Agent for Learning)<br />HAL a été conçu pour aider les formateurs à construire un discours pédagogique en environnement virtuel en proposant deux types de stratégies pédagogiques adaptatives. Les premières modifient des aspects du scénario (pannes, conditions météorologiques, etc.). Les secondes fournissent des aides pour la compréhension de la situation (suggérer où le formé peut trouver la connaissance, expliquer une règle, montrer la conséquence de ses erreurs, etc.). Ces stratégies peuvent être mise en œuvre grâce à différentes formes d'assistance pédagogique gérant différents niveaux de réalisme (enrichissement, visualisation de mécanismes cachés, modélisation de concepts abstraits, etc.) HAL est basé sur un système multi-agent permettant de décrire une architecture modulaire et distribuée.<br />Une application professionnelle et industrielle réelle nous a permis de mettre en œuvre notre méthodologie de conception basée sur les aspects cognitifs, d'exploiter un grand nombre de potentialités de la RV et de mettre en évidence l'apport de HAL pour gérer ces fonctionnalités. L'objectif de cette application est de former des conducteurs de TGV à l'intervention sur Lignes à Grande Vitesse (descente sur les voies et manipulation d'appareils de voie.)

Prototypes physiques sont de plus en plus remplacé par des prototypes virtuels dans la mise en {\oe}uvre industrielle de Product Lifecycle Management. L'évaluation de la conception d'une pièce mécanique industrielle déformable joue un rôle important en terme de validation de ses propriétés fonctionnelles. Du point de vue industriel, un modèle déformable formulées par la méthode des éléments finis est habituellement employée. Toutefois, l'emploi du modèle n'est pas simple en temps réel interactions, en particulier lorsque les interfaces haptiques sont introduits dans ces déformation demandes d'évaluation. Récemment, une approche de pré-calcul basé sur la méthode de réduction de modèle a été largement utilisée pour réduire les charges de calcul en temps réel. L'objectif principal de cette thèse est d'étendre l'approche de pré-calcul vers la validation de la conception de pièces mécaniques déformables pour enquêter sur la question de compromis entre l'exactitude de déformation et de la performance interaction. L'idée principale est de concevoir des techniques de traitement hors-ligne de pré-calculs et les interactions en ligne haptique. En particulier, nous développons un système de déformation en temps réel de simulation en proposant une méthode en deux étapes, associant une phase hors-ligne et une phase en ligne. Au cours de la phase hors-ligne, nous calculons la déformation des espaces basée sur l'analyse modale. Le hors-ligne de pré-calculs contribuer à la modélisation d'un modèle de déformation en temps réel sans coût qui convient à des interactions haptiques. En outre, nous proposons une méthode de maillage hors-ligne analyse de pré-calculer les espaces déformation modale en ce qui concerne les scénarios prévus évaluation déformation. Un interrupteur en temps réel entre ces différents espaces est développé de telle sorte que les calculs de déformation en ligne peuvent se concentrer sur les degrés de liberté où sont nécessaires. Au cours de la phase en ligne, nous divisons le processus de déformation en temps réel de calcul en deux modules distincts qui sont mis en {\oe}uvre sur différents processus pour assurer l'exécution interaction en temps réel haptique. Un module est consacré à la tâche de mise haptique, qui est mis en {\oe}uvre par l'extraction d'une sous-matrice de la pré-calculées matrice modale, tout en l'autre module est consacré au calcul de déformation et de la tâche de visualisation. Pour vérifier la méthode proposée dans cette thèse, nous réalisons des expériences d'interaction en interagissant avec les différents modèles avec une complexité croissante. Les résultats expérimentaux montrent que notre méthode peut traiter efficacement la question de compromis, que la modélisation de la déformation est formulée par la méthode des éléments finis qui garantit la précision de déformation. Et d'ailleurs, les calculs lourds de grands systèmes élastiques sont survenus hors ligne qui assurent un modèle de déformation sans coûts d'intervention en temps réel.

La motivation première de mes travaux de recherche est de combiner des approches expérimentales et théoriques dans le domaine de la chimie physique pour atteindre une meilleure compréhension des phénomènes à l'échelle atomique. Mes travaux en cours traitent de systèmes d'intérêt biologique concernant les processus membranaires et des phénomènes accessibles par des méthodes de nanomanipulation. Les problèmes de la biophysique et biochimie sont au c?ur de mes recherches. J'ai effectué des simulations complexes de protéines membranaires dans une bicouche lipidique qui se sont montrées tout à fait complémentaires et révélatrices par rapport aux études expérimentales de biologie structurale. Une récente collaboration exploitant cette complémentarité a donné lieu à une publication dans la revue Nature en début 2009. [[i]] Les travaux récents visent à développer des approches combinant la réalité virtuelle avec les simulations moléculaires. [[ii]] Les systèmes biologiques étudiés présentent à la fois un intérêt physico-chimique, biologique et médical et peuvent atteindre un grand nombre d'atomes. En parallèle, je mène un travail de fond sur les méthodes de simulation et des approches novatrices. ----------------------- [[i]] N. Bocquet, H. Nury, M. Baaden, C. Le Poupon, J.P. Changeux, M. Delarue et P.J. Corringer: "X-ray structure of a pentameric ligand-gated ion channel in an apparently open conformation", 2009, Nature, 457, 111-114. [[ii]] O. Delalande, N. Férey, G. Grasseau et M. Baaden : "Complex Molecular Assemblies at hand via Interactive Simulations", 2009, J. Comput. Chem., 30, 2009, 2375-2387.

Nos contributions visent à améliorer la collaboration dans les environnements virtuels tant au niveau de l'architecture distribuée qu'au niveau des métaphores de collaboration. Pour garantir que tous les utilisateurs perçoivent le même état de l'environnement virtuel au même moment, nous proposons un premier modèle d'adaptation dynamique de la distribution des données sur le réseau. Nous proposons un deuxième modèle d'architecture logicielle qui sépare les données de l'environnement virtuel de cette partie réseau et des composants spécifiques à chaque utilisateur. Pour permettre à des utilisateurs utilisant des dispositifs matériels différents de collaborer, nous avons défini un troisième modèle qui intègre chaque utilisateur dans l'environnement virtuel en tenant compte de son environnement réel. Dans le cadre du projet ANR Collaviz, ces trois modèles ont permis de mettre en œuvre un framework qui a été utilisé pour réaliser plusieurs expérimentations de collaboration à distance.

De quoi la révolution numérique est-elle la révolution ? Le premier niveau d'analyse s'inscrit sur le plan de l'histoire. Il vise à dégager la structure historique de la révolution numérique, en délimitant d'abord son périmètre diachronique et en dégageant sa place particulière au sein de l'histoire générale des techniques. L'hypothèse, c'est que la révolution numérique n'est pas un changement d'outillage mais un événement d'histoire, qui s'inscrit dans le long processus de la machinisation de l'Occident et de la succession des systèmes techniques pour aboutir à l'émergence d'un nouveau " système technique " : la révolution numérique, c'est la révolution de notre infrastructure technique systémique, c'est-à-dire l'avènement du " système technique numérique ". Dans cette partie, nous privilégions le terrain historique et les données empiriques qu'il fournit, au nom d'une philosophie de la technologie fermement opposée à toute métaphysique misotechnique. Le second niveau d'analyse s'inscrit sur le plan de la perception. Au-delà de la seule révolution numérique, il vise à dégager la structure phénoménologique de toute révolution technique, en remontant aux conditions techniques de toute perception en général. L'hypothèse, c'est qu'une révolution technique est toujours une révolution ontophanique, c'est-à-dire un ébranlement du processus par lequel l'être (ontos) nous apparaît (phaïnô) et, par suite, un bouleversement de l'idée même que nous nous faisons de la réalité. Nous nous appuyons ici sur la notion de " phénoménotechnique " empruntée à Gaston Bachelard, qui nous conduit à défendre un constructivisme phénoménologique selon lequel toute technique est une matrice ontophanique, dans laquelle se coule notre expérience-du-monde possible. Comme les précédentes, la révolution numérique apparaît alors comme une révolution de nos structures perceptives, dont la violence phénoménologique permet au passage d'expliquer le succès et le déclin de la notion de virtuel. De cette dernière, nous proposons une généalogie critique et nous montrons qu'elle n'a été jusqu'ici qu'une tentative ratée d'élucider la phénoménalité numérique, en raison de la rêverie de l'irréel qu'elle induit. Le troisième niveau d'analyse s'inscrit sur le plan de la phénoménalité numérique enfin abordée dans sa positivité. Il vise à saisir la structure ontophanique de la révolution numérique, c'est-à-dire la nature de l'être des êtres numériques. L'hypothèse, c'est que l'ontophanie numérique résulte de onze caractéristiques phénoménologiques propres à la matière calculée, qui sont présentées dans un ordre didactique favorisant la compréhension globale du phénomène numérique. Il s'agit de la nouménalité, l'idéalité, l'interactivité, la virtualité, la versatilité, la réticularité, la reproductibilité instantanée, la réversibilité, la destructibilité, la fluidité et la ludogénéité. Nous terminons alors en analysant la responsabilité des activités de conception-création dans la genèse phénoménotechnique du réel et en particulier le rôle du design dans la constitution créative de l'ontophanie numérique. En tant qu'activité phénoménotechnique, le design est non seulement une activité créatrice d'ontophanie, mais encore une activité intentionnellement factitive, c'est-à-dire qui vise à faire-être autant qu'à faire-faire, en vue de projeter l'enchantement du monde. C'est pourquoi le design numérique, parce qu'il a la capacité d'engendrer de nouveaux régimes d'expériences interactives, joue un rôle essentiel dans le modelage de la révolution numérique. La révolution numérique, c'est aussi quelque chose qui se sculpte et se façonne, se coule et se moule dans les projets des designers. C'est une révolution de notre capacité à faire le monde, c'est-à-dire à créer de l'être.