Cette thèse s'intéresse à la simulation interactive d'objets déformables en grands déplacements. Elle aborde ce problème sous divers angles, en proposant des améliorations à tous les niveaux, de la génération du maillage au retour haptique en passant par la résolution des équations par solveurs hiérarchiques et la gestion efficaces de contacts multiples. Ainsi, après un état de l'art présentant dans le chapitre 2 les divers modèles utilisés pour modéliser des objets déformables, nous optons pour l'utilisation d'un modèle éléments finis corotationnel. Nous introduisons ensuite dans le chapitre 3 le problème de l'intégration dans le temps de ces modèles. Nous proposons dans ce cadre le concept de mailleur hiérarchique et quelques algorithmes pour améliorer les performances des solveurs hiérarchiques. Nous montrons aussi comment utiliser les ondelettes dans un cadre hiérarchique. Le chapitre 4 présente un nouveau modèle pour gérer les contacts. Ce modèle autorise la gestion de multiples contacts interactivement et en respectant les lois de Signorini et Coulomb. Ce modèle est basé sur la bonne approximation d'un modèle corotationnel élémentaire que constitue un modèle corotationnel nodal, ce qui permet l'utilisation d'une matrice de compliance approchée partiellement pré-calculée et pouvant aisément être mise à jour. Le chapitre 5 enfin, montre comment assurer un retour haptique dans le cas de la simulation de corps déformables. Nous proposons pour cela de séparer la boucle de rendu haptique de la boucle phyique. / Chapter 2 is dedicated to a Computer Graphics community deformable models state of the art. This review of the main methods and models used to simulate deformable bodies will lead us to consider the Element Based Corotational Model as a good basis for our simulation. Chapter 3 deals with the resolution of the equations induced by the use of a specific mode!. We detail the explicit and implicit integration methods used to comput the deformable bodies evolution in time. We then describe the different solvers, direct, iterative, multigrid and adaptive, which can be used to solve the system created by these integration methods. These descriptions lead us to consider the multigrid solvers as a good alternative to usual solvers, though they have some limitations that we try to tackle with two new contributions. Considering the obvious link between multigrid solvers and hierarchical basis functions, we also try to incorporate them in multigrid solvers. After this chapter we have the necessary tools to bend a deformable object subject to forces. ln Chapter 4 we concentrate on the interaction between the object and its environment, i.e. the contact. Thus, we introduce the methods often met in the Computer Graphics. We show that the complementarity based methods ensure a realistic and natural behaviour. However, they require the computation of the compliance that is really time consuming. Thi is why we propose our Compliance Warping method that allows a significant speed-up. This improvement relies on the use of a compliance approximation. Finally, in chapter 5, we present the haptic feedback. We also see that the introduction of the human in the simulation loop imposes demanding constraints on the simulation frequency and stability. Literature provides solutions for the stability issue. Nonetheless, in the of deformable bodies simulation, the models complexity forbids to meet the frequency requirement. We try to overcome this difficult by spitting the physical and haptic loops.

Le manque de retour tactile est un problème important pour les écrans tactiles actuels. Sans retour tactile, les utilisateurs doivent compter sur leur sens visuel pour interagir avec les écrans. En conséquence, les performances en interaction des utilisateurs sont détériorées et la charge de travail visuel est très importante. Cette thèse présente la conception et l’évaluation d’un dispositif à retours de force et tactile pour améliorer l’interaction avec les écrans. Le dispositif est composé d’un retour d’effort à câbles et d’un retour tactile basé sur l’effet « squeeze film ». Le système à câbles comporte 4 câbles pour appliquer des efforts sur un ou deux doigts, grâce au contrôle de la tension des câbles. Il peut fournir du retour d’effort à l’utilisateur lorsque celui-ci attrape un objet virtuel et interagit avec d’autres objets. Le système à retour tactile est basé sur la réduction contrôlée du frottement d’une surface par effet « squeeze film ». Nous en proposons une modélisation analytique pour estimer la consommation énergétique ; nous avons utilisé ce modèle pour concevoir un stimulateur tactile large (198mm x 138mm) équipé de peu de piézo-céramiques pour sa mise en vibration, afin de diminuer la consommation. Ces deux systèmes peuvent être utilisés séparément et aussi de façon couplée pour fournir les deux retours simultanément lorsque l’utilisateur touche une surface. Le système haptique complet a été évalué sur la simulation d’une frontière. Par comparaison avec la configuration habituelle (retour d’effort seul), le dispositif haptique complet permet une amélioration de la stimulation en laissant percevoir la frontière de façon plus raide et plus nette. / The lack of haptic feedback is a significant problem of current touch screens. Without haptic feedback, users have to rely almost entirely on visual feedback to operate on a touch screen. As a result, users’ performance is deteriorated and users’ visual workload is increased. Adding tactile feedback to touch screens has shown to be a promising solution to address this problem. However, the force feedback in interactions with virtual objects on touch screens is not provided. This thesis presents the design and evaluation of an integrated haptic device for enhancing interactions on touch screens. The device consists of a cable-driven force feedback device and a squeeze film based tactile device. The cable-driven force feedback device uses four cables to provide force feedback to one finger or dual fingers through controlling the cable tensions. It can provide force feedback when the user clicks a button, grasps an object and interacts with other objects. The tactile device is based on the squeeze film effect to reduce the friction coefficient on the touch surface. We propose an accurate model to analyze the power consumption of the device and use the model to develop a large area (198 mm × 138mm) tactile device with very few piezoceramics and low power consumption. Each of these two devices can be used individually and the integrated device is able to provide simultaneous force feedback and tactile feedback on a touch surface. The coupled haptic feedback has been evaluated through simulating a boundary. As compared with a single type of haptic feedback (e.g. force feedback), the coupled haptic feedback enhances the simulation by making the boundary stiffer and crisper.

Comme une solution au caractère encombrant souvent observé au niveau de nombreuses interfaces haptiques, nous proposons un dispositif de conception simple fonctionnant sur le principe de régulation du coefficient de frottement. Cette structure est constituée d'une plaque en cuivre-berryllium de dimension 64x38x3 mm sur laquelle sont collées à l'époxy des céramiques piézoélectriques PZT convenablement agencées. Cette plaque tient sur quatre pieds chacun à l'extrémité sphérique ou plane. Ainsi, une alimentation électrique adéquate du dispositif autour de sa fréquence de résonance crée une onde stationnaire dont on a choisi deux ventres pour positionner les pieds. Dès lors une force de frottement variable entre les pieds et un substrat en acier par exemple est obtenue par le contrôle de l'amplitude vibratoire en harmonie avec le principe de la lubrification électroactive. Comme résultat, un usager perçoit un effort en tenant la plaque avec les doigts de la main et en déplaçant cette plaque sur le substrat plan comme il le ferait avec une souris d'ordinateur. Une première évaluation psychophysique tend à valider le dispositif pour une application en retour d'effort pouvant consister à identifier les limites ou les changements de forme d'objets d'un environnement virtuel. / As a solution to the lack of compactness and simplicity often encountered in haptic interfaces, we propose a device based on friction coefficient control principle. This device includes polarised piezoceramics well adjusted and glued to a 64x38x3 mm copper-beryllium plate supported by four legs. Then, properly energised around a resonant frequency, with legs at antinodes, a stationary wave is created in the plate. Variable friction forces between the legs and the plane substrate are created by the control of the wave amplitude, according to electro-active lubrication. So the user obtains force feedback by holding the plate, and moving it on a plane substrate, as he couId do with a mouse interface. Preliminary psychophysical evaluation trends to assess the validity of the device as a force feedback interface able to sense limits or shape changes of objects from virtual environment in the future.

Th. doct.--Department of cultural anthropology/sociology of development--Amsterdam--Free University, 2000. / Bibliogr. p. 239-251.

Dissertation--Politik und Sozialwissenschaften--Freie Universität Berlin, 2005. / Bibliogr. p. 459-498.

Proefschrift--Rechtsgeleerdheid--Amsterdam--Vrije universiteit, 2007. / Bibliogr. p. 353-361. Index. Résumé en anglais.

Thèse de doctorat : Génie des systèmes industriels : INPL : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Tese de mestrado--Brasĺlia--Universidade de Brasília, 1983.

Texte extr. de: Th.--Sociologie--Paris 7, 1985.

Diss.--Frankfurt am Main, 1999. / Bibliogr. p. 219-244.