Cette thèse combine le calcul haute performance à la réalité virtuelle pour permettre la conception de méthodes de couplage de composants parallèles à l'intérieur d'applications distribuées et interactives.<br /> Un nouveau modèle de couplage est présenté, conçu selon des critères de modularité, simplicité, efficacité et extensibilité. La construction des applications repose sur une séparation entre la programmation de modules parallèles réutilisables et la définition de l'application sous forme de graphe de flux de données contenant des mécanismes de filtrage et de synchronisations, permettant d'exprimer des schémas de communication collective et des politiques de couplage avancées.<br /> Ce travail sur le couplage interactif est complété par une extension haut niveau concernant le rendu distribué. En exploitant une description modulaire de la scène 3D en primitives indépendantes basées sur l'utilisation de shaders, des réseaux de filtrage permettent de combiner plusieurs flux pour acheminer efficacement les informations aux machines de rendu. Ce système est très extensible et permet la création de nouvelles applications exploitant la puissance des cartes graphiques pour décharger certains calculs des processeurs et réduire les transferts réseau.<br /> De nombreuses applications nouvelles sont ainsi développées, combinant des algorithmes de vision parallélisés immergeant l'utilisateur dans l'environnement virtuel, et des interactions avec des objets contrôlés par des simulations physiques distribuées (poterie, collisions, fluides).

Dans cette recherche, nous présentons le concept de "Réalité Évoquée" (" Evoked Reality ") afin d'essayer de relier différentes notions entourant la présence et la réalité au sein d'un cadre commun. Nous introduisons et illustrons le concept en tant que " illusion de la réalité " (Réalité Évoquée) qui évoque un " sentiment de présence " (Présence Évoquée) dans nos esprits. Nous distinguons les concepts de " Réalité Média-Évoquée " et " Réalité Auto-Évoquée " et nous les définissons clairement. Le concept de " Réalité Évoquée " nous permet d'introduire un modèle tripolaire de la réalité, qui remet en cause le modèle classique des deux pôles. Nous présentons également un modèle graphique appelé " Reality-Presence Map " (Carte Réalité-Présence) qui nous permet de localiser et d'analyser toutes les expériences cognitives concernant la présence et la réalité. Nous explorons également les qualia et la subjectivité de nos expériences de Réalité Évoquée. Deux expériences ont été réalisées : l'une dans le domaine de la Réalité Média-Évoquée et l'autre dans celui de l'Auto-Évoquée. Les expériences nous ont permis de valider nos hypothèses et de réaliser que nos recherches empiriques pouvaient encore être poussées plus loin encore. Enfin, nous illustrons les différentes implications et nous examinons les applications et les utilisations possibles de notre concept, en particulier dans le domaine de la recherche sur la présence. En outre, nous proposons d'étendre la recherche sur la présence au-delà du domaine de la réalité virtuelle et des moyens de communication et de l'étudier dans une perspective plus large que celle des sciences cognitives. Nous sommes convaincus que ce concept de Réalité Évoquée et le modèle proposé peuvent avoir des applications significatives dans l'étude de la présence et dans l'exploration des possibilités qui dépassent la réalité virtuelle.

Les domaines de la réalité virtuelle et du jeu vidéo convoquent les problématiques émotionnelles dans leurs objectifs respectifs de présence et de flow zone. Cependant, la question des méthodologies d'induction d'émotions dans les environnements virtuels de ces médiums n'a pas été largement questionnée. Après avoir défini ce que sont les émotions dans la littérature philosophique, psychologique et physiologiste, nous cherchons à montrer les liens supposés existants entre l'émotion et les états extatiques de présence en réalité virtuelle et de flow zone dans les jeux vidéo. Nous commençons donc par montrer combien le niveau de connaissance des médiums peut influencer la sensibilité aux inductions d'émotions dans les environnements virtuels. Puis nous mettons en place une stratégie inductive d'émotions basée sur une gestion itérative des niveaux de challenge en lien avec les niveaux de compétences acquises. Nous avons validé au travers de deux expériences empiriques ayant impliquées 176 participants, une méthodologie d'induction d'émotions basée sur un schéma circomplexe. Ce schéma, construit autour de la valence et le niveau de charge émotionnelle, permet d'induire des émotions dans les cinq composantes essentielles de la conception d'environnements virtuels pour la réalité virtuelle ou les jeux vidéo : la chromatique, la luminosité, la vitesse des mouvements, la dimension des espaces et le volume des interactions sociales.

Cette thèse porte sur la fiction hypermédiatique. Elle analyse les relations entre la fiction, la narrativité et les environnements hypermédiatiques selon une perspective sémiotique et intermédiale. Les nouvelles formes fictionnelles et narratives engendrées par les technologies numériques, où prédomine un mode spatial, sont mises en relation avec leurs précurseurs et leurs avenues prospectives. Le concept d'hypermédialité est élargi afin d'inclure des dispositifs qui ne dépendent pas nécessairement de technologies complexes. Par extension, il désigne un mode de configuration en réseau faisant appel à plusieurs médias disséminés dans l'espace. Formes hétéroclites, les propositions contemporaines prolongent plusieurs pratiques artistiques issues des domaines littéraire, filmique, scénique et environnemental, ou encore elles constituent de nouvelles formes autonomes. La thèse gravite autour d'une question centrale: Comment les environnements hypermédiatiques instaurent-ils de nouvelles formes fictionnelles et comment le sujet humain construit-il la signification à partir d'elles? Nous investiguerons la manière dont les environnements hypermédiatiques peuvent devenir le support de nouvelles propositions fictionnelles, en explorant d'abord les genres constitués de la fiction hypermédiatique, pour en développer ensuite l'analyse critique. La thèse tentera de cerner comment la fiction hypermédiatique se lie à des précurseurs. Par exemple, les fictions encyclopédiques, les arts de mémoire, la cathédrale médiévale, les villes utopiques ou les théâtres encyclopédiques de la Renaissance préfigurent les formes actuelles. L'hypermédialité se manifeste également dans des formes cinématographiques ou scéniques en relation avec les mondes virtuels du cyberespace. En partant de ces précurseurs, nous tenterons d'explorer de manière prospective comment ces formes peuvent évoluer en déployant des imaginaires signifiants du point de vue de l'expérience humaine. La première partie de la thèse examinera deux genres existants de la fiction hypermédiatique, soit l'hyperfiction textuelle et le jeu interactif, en relation avec les théories narratologiques. Nous appuyons la réflexion sur les concepts de textualité, de médialité et d'interface. Le premier chapitre se centrera sur l'évolution des questions ayant balisé l'étude des oeuvres de première génération jusqu'aux formes actuelles. Il fera un survol de positions théoriques ayant influencé l'étude des formes de fiction émergentes. Il développera une analyse critique des premières formes de l'hyperfiction textuelle en mettant en évidence l'importance de la prise en compte du sujet dans l'analyse. Dans le deuxième chapitre, nous aborderons le problème de la tension entre deux modes de configuration qui, de prime abord, entrent en conflit dans les environnements interactifs: soit les principes narratif et associatif. Nous demanderons alors comment réconcilier ces deux principes, réflexion qui se poursuivra tout au long de la thèse. Nous verrons que les environnements hypermédiatiques ne construisent pas des formes du récit à l'état pur : le principe narratif se conjugue avec des traits encyclopédiques ou ludiques. En analysant d'abord les relations entre les notions de jeu et de récit, le troisième chapitre se centrera sur les mondes fictionnels et les espaces ludiques des jeux interactifs. La seconde partie se tournera vers les formes prospectives en élargissant les corpus, allant du cinéma aux formes scéniques et aux environnements architecturaux. Pour cela, nous adopterons d'abord une approche historicisée. Au cours du quatrième chapitre, nous convoquerons dans notre analyse les arts de la mémoire issus de la tradition rhétorique ainsi que les théâtres encyclopédiques de la Renaissance, pour montrer comment les formes hypermédiatiques naissent du croisement entre les principes narratif et associatif. Puis, au cours du chapitre cinq, en élargissant les corpus au cinéma étendu ou aux dispositifs de réalité virtuelle, nous ferons appel aux concepts d'immersion, de présence ainsi que de simulation. En s'appuyant sur le concept de réalités mixtes, le chapitre six traitera des espaces navigationnels par le biais de la cognition spatiale et des relations entre espaces matériels et virtuels. L'analyse s'appuiera sur l'étude des mondes virtuels du cyberespace et des environnements urbains investis par les technologies numériques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Fiction, Hypermédia, Spatialité, Narrativité, Remédiation, Espaces ludiques, Immersion, Présence, Agentivité, Réalités virtuelles, Réalités augmentées, Réalités mixtes.

Ces travaux de recherche proposent une nouvelle méthode d'interaction gestuelle. Nous nous intéressons en particulier à deux domaines d'application : la thérapie à domicile par la réalité virtuelle et les arts scéniques numériques. Nous partons du constat que les interfaces standardisées ne sont pas adaptées à ces cas d'usage, car elles font appel à des gestes prédéfinis et imposés. Notre approche consiste à laisser la possibilité à l'utilisateur de faire apprendre ses gestes d'interaction par le système. Cela permet de prendre en compte ses besoins et aptitudes sensorimotrices. L'utilisateur réutilise ensuite son langage gestuel appris par le système pour interagir dans l'environnement virtuel. Cette approche pose des questions de recherche centrées sur la mémorisation, la rétroaction visuelle et la fatigue. Pour aborder ces trois aspects, nous étudions d'abord le rôle de l'affordance visuelle des objets et celui de la colocalisation dans la remémoration d'un corpus de gestes. Ensuite, nous évaluons l'influence de différents types de rétroactions visuelles sur l'évolution des gestes répétés par l'utilisateur dans une série de tâches de manipulation. Nous comparons également les performances entre des gestes d'amplitude réaliste et des gestes d'amplitude faible pour effectuer la même action. Aussi, nous attachons une importance à rendre l'interface accessible en utilisant des dispositifs bas coûts et peu intrusifs. Nous explorons les moyens de pallier les contraintes techniques liées aux systèmes peu performants. Pour cela, nous avons conduit des expériences où plus de six mille gestes proposés par une quarantaine d'utilisateurs ont été étudiés.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le mouvement sportif est fortement contraint par les interactions possibles avec le milieu dans lequel il évolue, par le matériel qu'il utilise, ou par ses adversaires ou partenaires. Ma recherche s'est donc orientée sur l'étude de ces interactions pour comprendre leurs influences sur l'efficacité du geste et la performance. En fonction des différentes activités sportives cette analyse du mouvement est basée soit sur une approche purement biomécanique, soit sur une approche orientée vers le contrôle moteur. En effet l'approche biomécanique permet une compréhension précise de la performance motrice lorsque l'activité sportive peut se faire sans interactions directes avec l'adversaire. Cette notion implique que le mouvement du sportif ne soit pas modulé par celui de son adversaire. La natation, l'athlétisme font partie de cette catégorie de sport sans interactions directes. Dans ces activités la modélisation du mouvement peut se faire sur des critères cinématiques, dynamiques ou énergétiques. Néanmoins si le mouvement n'est pas modulé par celui de l'adversaire il peut l'être par le matériel utilisé : les chaussures en athlétisme ou les palmes en natation peuvent influer sur les critères biomécaniques. Nous nous intéresserons également aux activités où le mouvement du sportif est modulé par celui de son adversaire. Ces activités, généralement de duels, seront considérées comme activités avec interactions directes. De ce fait l'approche purement biomécanique du mouvement ne permet pas de comprendre la performance. En effet, l'action du sportif est dépendante de sa capacité à prélever des informations sur la séquence motrice de son opposant. L'analyse de la prise d'informations visuelles en relation avec l'action du sportif peut se révéler essentiel pour une optimisation du processus d'entrainement. D'une manière générale, quel que soit le type d'interaction l'objectif poursuivi est d'isoler par différentes méthodes les paramètres de l'efficacité du geste sportif. Pour isoler ces paramètres il est nécessaire de contrôler les différentes variables pour étudier leur influence sur la performance. La réalité virtuelle est un moyen de contrôle des variables pour l'analyse des interactions sportives. Les travaux présentés portent sur la validation et l'utilisation de la réalité virtuelle pour la compréhension des duels sportifs.

Les travaux de recherche dont ce mémoire est l'objet sont dédiés à la visualisation à différents niveaux de détail de données scientifiques. Les données scientifiques abordées sont de deux types. Les premières sont définies sur des grilles tridimensionnelles uniformes; le domaine d'application correspondant étant alors la visualisation de données d'origines médicales provenant de coupes tomographiques ou de scanners IRM. Les secondes sont définies sur des réseaux triangulaires irréguliers, planaires ou sphériques; les domaines d'applications correspondants étant entre autres la visualisation de données topographiques (terrain visualization), ou encore de données provenant de calculs par éléments finis.

Les images réalistes peuvent être obtenues en simulant le transport de lumière à l'aide de méthodes de type Monte-Carlo. La possibilité d'utiliser des sources de lumières réalistes pour synthétiser des images contribue grandement au réalisme physique des images obtenues. Parmi les modèles existants, ceux qui reposent sur les cartes d'environnements ou des champs lumineuse sont particulièrement intéressants parce qu'ils permettent d'une part, de capturer adéquatement les effets de champs proches et champs lointains et d'autre part, ils peuvent être mesurés de manière directe. Comme les sources de lumières mesurées peuvent contenir des hautes fréquences et peuvent être de haute dimensionnalité (4D), leur utilisation dans le contexte de la synthèse d'images temps-réel pose des problèmes de performance. Dans cette thèse, nous nous recherchons un compromis entre précision de la représentation et efficacité de la simulation. Le travail effectué repose sur un échantillonnage de haute qualité des sources de lumière pour les méthodes non-biaisées de Monte Carlo. Nous introduisons de nouvelles techniques d'échantillonnage pour le rendu physico-réaliste avec des cartes d'environnement qui varient temporellement ainsi que pour des sources de lumière des champs lumineuse. Les résultats obtenus montrent que l'on peut obtenir un rendu physiquement réaliste, précis et temps réel avec des sources lumière réalistes.

Depuis plusieurs années, la réalité virtuelle est largement utilisée en neuropsychologie, notamment dans le domaine de l'étude de la cognition spatiale. Son utilisation grandissante a pour but de répondre à la fois au manque de validité écologique des tests classiques et au manque de contrôle des évaluations en conditions réelles. Les études dans le domaine de la cognition spatiale ont permis de montrer la complexité de l'apprentissage et de la navigation dans les grands espaces et suggèrent également une origine cognitive multifactorielle des difficultés de navigation chez les personnes âgées. Le but de cette thèse sera tout d'abord de vérifier la validité écologique de notre application utilisant la réalité virtuelle par une comparaison directe des performances d'apprentissage et de navigation, entre apprentissages réels et virtuels chez des adultes jeunes et âgés. Il s'agira ensuite de confirmer les hypothèses sur l'origine à la fois mnésique et exécutive des difficultés de navigation liées au vieillissement. Enfin, le rôle du contrôle sensorimoteur dans l'apprentissage de grands espaces, peu étudiée pour le moment dans le cas du vieillissement sera abordé. A l'aide d'une application en réalité virtuelle, nécessitant de mémoriser un parcours dans un quartier virtuel, réplique d'un quartier de Bordeaux, nous avons étudiés les effets du vieillissement en termes de mémoire spatiale et de performance de navigation. Nous avons comparé directement les apprentissages en conditions réelles et virtuelles, en conditions actives (joystick) et passives, et nous avons mis en relation ces indicateurs avec des mesures neurocognitives et des questionnaires d'estimation des difficultés quotidiennes. Nos principaux résultats ont permis de montrer un effet négatif de l'âge sur les performances dans notre application avec des patterns équivalents entre apprentissages réels et virtuels chez les jeunes et les âgés. Nous avons obtenu une bonne relation entre les mesures obtenues grâce à notre application virtuelle et les difficultés rapportées par les jeunes mais pas de différences entre jeunes et âgés concernant les difficultés de navigation au quotidien. Ces résultats confirment la bonne validité écologique de notre application virtuelle chez les personnes âgées et favorisent ainsi l'utilisation de mesures directes de mémoire spatiale et de navigation plutôt que des questionnaires chez les personnes âgées. Ils ont également permis de montrer de manière directe le rôle des déclins mnésiques et exécutifs dans leurs difficultés de navigation. Contrairement à ce qui avait été obtenu chez les jeunes, le contrôle moteur a eu un effet négatif sur les performances de navigation chez les personnes âgées. Nous discuterons alors les hypothèses neurocognitives concernant l'origine des difficultés de navigation chez les personnes âgées, ainsi que le rôle de la dimension actif (joystick) vs. passif dans les performances de navigation des jeunes et des âgés.