La simulation d'assemblage CAO en environnement virtuel donne une nouvelle dimension au développement rapide et à moindre coût d'un produit, en permettant de travailler collaborativement autour de la maquette numérique. L'interaction entre l'utilisateur et la simulation suppose que les modèles mécaniques utilisés soient conformes à la réalité, dans la mesure où les résultats de la simulation doivent être proches du comportement des objets matériels réels. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressé au traitement des interactions entre objets 3D, dans le cadre spécifique des assemblages haptiques. L'objectif de la thèse est d'étudier les différents modes de dynamique applicables dans les simulations d'assemblage CAO. Ce domaine de recherche comporte plusieurs verrous technologiques et scientifiques concernant le couplage des interfaces haptiques avec des moteurs de simulation dynamique. La contrainte de temps interactif, très restrictive, impose à toutes méthodes dynamiques de détecter des collisions et calculer des efforts de contact de manière très rapide et avec des critères forts de stabilité mécanique. Dans ce contexte, nous proposons d'appliquer les technologies de l'interaction haptique, pour la réalisation d'assemblages mécaniques issus de la CAO. Parmi les nombreux facteurs qui influencent le degré de réalisme d'une simulation interactive d'assemblage, nous nous concentrons sur le réalisme des comportements physiques des objets 3D simulés ainsi que sur les performances de l'utilisateur dans la réalisation de tâches d'assemblage. Dans le cadre précis des simulations haptiques, nous proposons de traiter simultanément ces deux facteurs. Au sein d'une même simulation d'assemblage, l'utilisateur doit pouvoir percevoir des comportements dynamiques réalistes lors d'interactions élémentaires avec l'environnement virtuel, ainsi que pouvoir réaliser des tâches d'A/D de manière efficace. Dans les simulations d'assemblage, nous avons identifié deux phases de manipulation où le traitement dynamique des contacts peut être réalisé~: soit de manière contrainte pour aider les utilisateurs à positionner des objets dans l'espace, soit de manière non contrainte pour obtenir un rendu haptique réaliste des interactions. L'approche proposée consiste donc à séparer les interactions liées à l'exploration des scènes haptique, des interactions liées aux assemblages. Au sein d'une même simulation d'assemblage, nous proposons d'utiliser des modèles de traitement dynamique non contraint pour les phases exploratoires et l'utilisation de modèles de dynamique contrainte pour réaliser les assemblage haptiquement. Dans une première contribution, nous proposons de baser la simulation haptique sur une modélisation rigoureuse de la mécanique~: pour rendre compte de comportements réalistes des objets, nous utilisons les méthodes de dynamique non régulière, et particulièrement des approches de non smooth contact dynamics (NSCD). Dans une deuxième contribution, nous proposons d'identifier les différentes étapes qui composent l'assemblage interactif, pour assister l'utilisateur dans la réalisation de tâches de montage et de démontage. Cette assistance consiste en un guidage virtuel des objets, qui contraint géométriquement et cinématiquement les mouvements des objets à assembler. Nous présentons une nouvelle méthode de guidage, baptisée guidage virtuel contraint, qui applique des contraintes cinématiques aux objets, en fonction des tâches à réaliser. La transition entre le mode exploratoire, géré par dynamique non contrainte et le mode assemblage, géré par dynamique contrainte, est assuré par un guidage géométrique inspiré des virtual fixtures, qui constitue une troisième contribution.

Les processus de conception industriels font de plus en plus appel à l'utilisation de maquettes numériques. La manipulation d'objets complexes requiert alors l'utilisation d'interfaces à retour d'effort afin de rendre l'interaction plus intuitive. D'autre part, ces processus de conception et de développement s'inscrivent de plus en plus dans une démarche de travail collaboratif.Dans ce contexte, nous proposons d'étudier une architecture distribuée en vue de manipuler des objets dans un environnement virtuel.Afin de garantir la stabilité du système, nous détaillons ensuite deux méthodes dérivées du domaine de la téléopération. La première repose sur les couplages virtuels proportionnels dérivés dans le cas de retards faibles. La seconde est basée sur les variables d'onde quelque soit le retard. Nous proposons, enfin, d'enrichir le retour d'effort en ajoutant de l'haptique événementielle que nous nous proposons d'évaluer.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet pluridisciplinaire, le projet DRAMA, qui consiste à générer des scènes virtuelles 3D à partir des descriptions contenues dans les textes théâtraux. L'un des objectifs de ce projet consiste à simplifier au maximum la tâche des utilisateurs finaux en leur offrant un outil simple, rapide, et efficace. Ainsi, la technique adoptée dans cette étude est axée sur la modélisation déclarative d'environnements virtuels qui s'appuie sur trois phases (description, génération et prise de connaissances). La phase de description permet au concepteur de décrire l'environnement à partir d'un ensemble de propriétés, interprétées en un ensemble de contraintes destinées à un système de génération qui produit un ou plusieurs environnements virtuels solutions.Dans le cadre de ce projet DRAMA, des nouvelles méthodes de balisage ont été proposées afin de détecter les éléments essentiels pour la création d'une pièce théâtrale, notamment les informations sur les placements d'objets. Par ailleurs, les utilisateurs peuvent, aussi, lancer des requêtes au niveau du texte à partir de ces balises. Les propriétés sur les placements seront traduites en contraintes spatiales grâce aux données initialement stockées dans une base de connaissance qui utilise le langage XML. Une technique adoptant la méthode des métaheuristiques est ensuite utilisée pour la résolution des contraintes de placements obtenues précédemment. La gestion des propriétés physiques des objets (collision, gravité, friction) a été aussi gérée à partir d'un moteur physique. À la fin, les scènes solutions finales seront proposées à l'utilisateur, en utilisant un moteur de rendu 3D.

Le but du projet consiste à construire une communauté virtuelle en ligne 3D pour tester la problématique suivante; est-ce qu'une communauté virtuelle 3D en ligne peut favoriser l'interaction sociale, le divertissement et les rencontres réelles entre individus? Ce projet s'adresse à tous les amateurs de sites de rencontres, de messageries instantanées ainsi qu'aux amateurs de jeux en ligne grand public. Les sujets traités sont le rêve de devenir populaire, de trouver le grand amour ou simplement l'amitié d'une vie. Pour les méthodes utilisées, nous avons d'abord exploré les différents sites internet qui ont inspiré ce projet. Ensuite nous avons développé le projet à l'aide des logiciels Quest 3D et de 3Dstudio Max. Enfin pour terminer, nous avons procédé à l'analyse des résultats des tests ayant été faits sur une vingtaine d'utilisateurs. Les principaux résultats sont les suivants. Un de nos premiers buts était de créer un contexte virtuel qui favorise la communication et la découverte entre les individus par le biais de jeux et d'activités. Nous n'avons pas pu développer cet aspect suffisamment. Les jeux et les activités demandent énormément de temps de développement. Nous avons préféré nous concentrer sur les règles d'interaction sociale plutôt que le divertissement et je ne crois pas que le projet en ait souffert pour autant. Jusqu'à présent, tout le monde est d'accord pour dire qu'il s'agit de l'avenir du 'Dating' en ligne. Les conclusions auxquelles nous sommes arrivés sont les suivantes. Nous croyons avoir très bien réussi à favoriser l'interaction entre les individus dans un environnement virtuel 3d. Les réponses que nous avons obtenues des utilisateurs ont grandement servi à répondre à la problématique que nous avons soulevée au début du projet. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réalité Virtuelle, Quest3D, Evironnement virtuel, Jeux en ligne, Site de rencontre.

Ce mémoire porte sur l'identité virtuelle qu'est l'avatar. Nous nous intéressons en particulier à l'avatar au sein du métavers Second Life, un univers virtuel tridimensionnel et interactif en temps réel. Second Life est présenté comme un monde où chacun peut vivre une seconde vie. L'usager y crée un avatar, le personnalise, lui attribue une personnalité et une histoire, notamment à travers son apparence. C'est précisément ce processus de construction d'un avatar qui fait l'objet de ce mémoire : comment l'individu construit-il son avatar dans Second Life? Pour répondre à cette question, nous avons mobilisé un cadre théorique constitué de travaux sur les identités virtuelles dans Internet provenant de la sociologie et de la communication, ainsi que de quelques études psychanalytiques. Nous avons effectué une ethnographie en ligne au sein de Second Life pendant une période de six mois, ainsi que des entretiens semi-dirigés avec douze utilisateurs de Second Life. Nos résultats montrent que le processus de construction de l'avatar, notamment sa personnalisation, constitue une occupation centrale dans le métavers. L'avatar est à la fois une projection fantasmée de l'individu et un prolongement de sa personnalité en visant l'expression de son authenticité. La recherche s'accompagne d'un projet créatif, Projections, qui, à des fins d'illustration, témoigne de notre expérience personnelle dans Second Life et de notre relation à l'avatar. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Internet, avatar, identité virtuelle, Second Life, métavers.

Cette thèse porte sur l'étude du rendu multimodal en Réalité Virtuelle (RV), et a pour objectif d'améliorer l'activité des utilisateurs dans les environnements virtuels.<br />Plus particulièrement, nous cherchons à exploiter au mieux la bande passante sensori-motrice humaine et les capacités sémantiques des modalités visuelles, audio et haptiques afin d'améliorer le confort, les performances ou la compréhension de l'opérateur dans ses diverses tâches. L'ambition de nos recherches réside dans une approche générique et contextuelle du rendu multimodal en RV, c'est-à-dire qui s'éloigne des solutions adhoc et liées à des applications précises. Nos travaux se veulent également orientés vers la tâche, et non vers le réalisme.<br />Notre contribution majeure est l'élaboration d'un processus de supervision de la distribution multimodale dédié aux applications de RV. Ce processus est fondé sur un modèle générique des interactions, qui permet de représenter à l'aide d'un nombre limité d'éléments simples la sémantique des tâches et les rendus multimodaux possibles du système. Le cœur de la supervision est un moteur à base de règles logiques, capable de décider, à partir d'une base de connaissances, pour une interaction et dans un contexte donné, quel est le rendu multimodal le plus adéquat.<br />Des évaluations du processus de supervision sont réalisées sur des scénarios concrets de Mécanique des Fluides, de Bio-Informatique et de CAO. Les résultats sont satisfaisants, tant au niveau de la fiabilité et de la qualité des rendus décidés, que de l'adaptabilité du superviseur à des contextes différents et de la rapidité de la décision, compatible avec des interactions de RV en temps réel.

En réalité virtuelle, pour adapter les interfaces aux utilisateurs, deux dimensions doivent être étudiées : la tâche et l'utilisateur. <br />La première concerne les tâches d'interaction en réalité virtuelle, plus particulièrement la manipulation et la locomotion. L'étude et la comparaison des propriétés spatiales des environnements réels et virtuels nous permettent de proposer des modèles hiérarchiques de ces tâches, spécifiant les configurations d'interaction problématiques pour un utilisateur. En fonction de ces configurations problématiques, un concepteur devra contraindre le déplacement ou aider l'interaction. La principale difficulté que nous avons identifiée est l'adaptation de l'interface aux référentiels spatiaux de l'utilisateur (égocentrique, exocentrique). <br />La seconde dimension concerne l'identification des caractéristiques de l'utilisateur influençant la performance en fonction de la tâche (locomotion vs. manipulation) et de l'interface (immersive visuellement vs. peu immersive visuellement). Pour la configuration n'induisant que peu d'immersion visuelle, un écran d'ordinateur et un grand écran sont utilisés, l'angle de vue de l'utilisateur est conservé constant. Cette étude montre l'impact sur la performance d'interaction des capacités spatiales, de la dépendance-indépendance à l'égard du champ et de l'expérience en jeu vidéo, pour différentes interfaces et tâches. Nous montrons notamment qu'un grand écran peut soutenir la performance et minimiser l'influence des capacités spatiales sur celle-ci.

Les technologies de la réalité virtuelle permettent à un utilisateur d'interagir en temps réel, au moyen de diverses interfaces, avec un monde tridimensionnel engendré par l'ordinateur. Les thérapeutes se sont saisis des possibilités de ce nouveau mode d'interaction, et ont contribué au développement d'environnements virtuels ciblant le diagnostic, la thérapie, la réhabilitation, et l'évaluation. Nous avons choisi de nous concentrer sur la prise en charge de troubles cognitifs et comportementaux rencontrés dans les domaines de la psychiatrie et de la neuropsychologie.<br /> Les technologies de la réalité virtuelle offrent de nouveaux moyens d'évaluer et de réhabiliter les fonctions cognitives. Elles permettent de surmonter certaines difficultés inhérentes aux méthodes traditionnelles et proposent des solutions plus adaptées. Typiquement, les tâches « papier-crayon » sont remplacées par des mises en situation proches des activités de la vie quotidienne. La contribution de cette recherche concerne ainsi l'adéquation de l'approche réalité virtuelle au diagnostic et à la thérapie, et les apports conséquents.<br />Deux thèmes, encore peu investigués, ont retenu notre attention : le traitement de la phobie sociale en psychiatrie, et l'évaluation de la planification de l'action en neuropsychologie. La recherche que nous avons menée a ainsi visé deux objectifs. Le premier a été de concevoir deux applications fondées sur la réalité virtuelle concernant ces deux thèmes et d'en évaluer la faisabilité. Le second a été de dégager les apports de la réalité virtuelle à la prise en charge de dysfonctionnements de l'individu.<br />La création et la mise en place d'une thérapie de la phobie sociale fondée sur la réalité virtuelle a soulevé différents enjeux : créer des situations d'interaction sociale suscitant des réactions émotionnelles chez des patients phobiques sociaux ; investiguer les différentes facettes de la phobie sociale. Les résultats de l'étude clinique menée auprès de patients phobiques sociaux ont conclu à l'efficacité de la thérapie par réalité virtuelle. <br /> La conception d'un système virtuel dédié à la prise en charge de dysfonctionnements cognitifs de l'individu nous a conduits à aborder l'évaluation de la planification de l'action. Elle est fondée sur la création d'une tâche de planification et d'un environnement virtuel dits écologiques. L'application s'est déroulée dans le contexte du vieillissement et de la maladie de Parkinson. L'étude menée auprès de patients parkinsoniens laisse entrevoir la pertinence et les potentialités de l'utilisation de la réalité virtuelle.<br /> Les expérimentations menées nous permettent ainsi de dégager les apports de la réalité virtuelle dans la prise en charge de troubles cognitifs et comportementaux. Les apports tels que le contrôle des stimuli, la flexibilité, etc. ouvrent la voie à de nouveaux thèmes de réflexion concernant la place de la réalité virtuelle dans le processus clinique.

Ce mémoire traite de la question des annotations en environnement virtuel pour aider à la conception collaborative de produit. Pour ceci, nous nous inspirons de deux approches : d'une part l'utilisation de la réalité virtuelle pour la conception collaborative, et d'autre part la gestion des connaissances.<br />Notre premier apport est la définition d'un modèle de l'annotation 3D, qui comporte trois parties : la forme, la spatialisation et les méta-données. Nous présentons en particulier les supports spécifiques de l'annotation 3D, l'ancre et le point de vue géométrique.<br />Nous proposons, afin de gérer le grand nombre d'annotations et l'absence d'ordre canonique de lecture d'un objet 3D, l'introduction d'une ontologie indexant les annotations.<br />A l'aide de notre environnement prototype, nous avons évalué l'influence de l'utilisation de l'ontologie sur la lecture des annotations 3D. Les résultats indiquent un apport de l'ontologie, les utilisateurs trouvant plus facilement l'information pertinente.

Ce mémoire décrit la conception d'une interface sensori-motrice de marche 1D destinée à des applications de Réalité Virtuelle, capable de simuler la marche naturelle sur place. La plupart des interfaces existantes ne permettent pas de marcher de façon naturelle en termes de longueur et de vitesse de pas. Notre état de l'art des interfaces de locomotion est suivi d'une analyse concernant la perception du mouvement ainsi que la biomécanique de la marche humaine, deux domaines de connaissance pris en compte lors de la conception de notre interface. Ainsi, le dimensionnement des actionneurs doit prendre en compte de nombreux facteurs liés à l'homme et à la nature des stimuli sensoriels que nous souhaitons restituer à l'utilisateur. En outre, notre interface possède une instrumentation spécifique permettant de mesurer efficacement les réponses motrices de l'utilisateur. Nous proposons également différentes stratégies de pilotage des pédales permettant de rendre l'interface la plus transparente possible pour l'utilisateur. Ces stratégies peuvent être facilement intégrées au niveau de la tâche de pilotage de l'interface en raison de son caractère fortement générique. Nous présentons enfin l'intégration de notre interface avec un environnement virtuel existant et proposons une validation basée sur des critères d'interaction et d'immersion sensori-motrices et mentales.