Cette recherche s’inscrit dans le cadre général de la 3D interactive en temps réel comme outil de représentation, d’aide à la conception et à la communication des idées et hypothèses de design. Un facteur, l’interaction et plus précisément la navigation dans les Environnements Virtuels (EV) 3D non immersifs est l’objet de cette recherche. Par le biais d’une approche expérimentale, l’influence de la 3D interactive en temps réel sur l’acquisition des connaissances spatiales est illustrée par l'étude du mode d’exploration dans un espace virtuel complexe. En effet, les résultats de la recherche montrent une influence positive de la 3D interactive sur la formation d’une compréhension spatiale des environnements en mode d’exploration actif. Alors qu’en mode d’exploration passif, il s’est avéré que les esquisses comportaient plus d’erreurs dans la représentation des espaces. / This research is part of the general framework of real time 3D interaction as a tool for representation, aided design and communication of design ideas. A factor, interaction and more precisely, navigation in a non immersive 3D Virtual Environment (VE), is the research subject. Using an experimental approach, the influence of real time 3D interaction on the acquisition of spatial knowledge is demonstrated, through observation of exploration modes in a complex virtual space. The research results stress a positive influence on spatial understanding through 3D interaction of visited environments during an active exploration. However, during passive exploration mode, the results revealed sketches with more spatial representations errors.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / Ce travail présente une nouvelle technique de compilation dynamique sélective pour les systèmes embarqués avec processeurs ARM. Ce compilateur a été intégré dans la plateforme J2ME/CLDC (Java 2 Micro Edition for Connected Limited Device Con- figuration). L’objectif principal de notre travail est d’obtenir une machine virtuelle accélérée, légère et compacte prête pour l’exécution sur les systèmes embarqués. Cela est atteint par l’implémentation d’un compilateur dynamique sélectif pour l’architecture ARM dans la Kilo machine virtuelle de Sun (KVM). Ce compilateur est appelé Armed E-Bunny. Premièrement, on présente la plateforme Java, le Java 2 Micro Edition(J2ME) pour les systèmes embarqués et les composants de la machine virtuelle Java. Ensuite, on discute les différentes techniques d’accélération pour la machine virtuelle Java et on détaille le principe de la compilation dynamique. Enfin, on illustre l’architecture, le design (la conception), l’implémentation et les résultats expérimentaux de notre compilateur dynamique sélective Armed E-Bunny. La version modifiée de KVM a été portée sur un ordinateur de poche (PDA) et a été testée en utilisant un benchmark standard de J2ME. Les résultats expérimentaux de la performance montrent une accélération de 360 % par rapport à la dernière version de la KVM de Sun avec un espace mémoire additionnel qui n’excède pas 119 kilobytes. / This work presents a new selective dynamic compilation technique targeting ARM 16/32-bit embedded system processors. This compiler is built inside the J2ME/CLDC (Java 2 Micro Edition for Connected Limited Device Configuration) platform. The primary objective of our work is to come up with an efficient, lightweight and low-footprint accelerated Java virtual machine ready to be executed on embedded machines. This is achieved by implementing a selective ARM dynamic compiler called Armed E-Bunny into Sun’s Kilobyte Virtual Machine (KVM). We first present the Java platform, Java 2 Micro Edition (J2ME) for embedded systems and Java virtual machine components. Then, we discuss the different acceleration techniques for Java virtual machine and we detail the principle of dynamic compilation. After that we illustrate the architecture, design, implementation and experimental results of our selective dynamic compiler Armed E-Bunny. The modified KVM is ported on a handheld PDA and is tested using standard J2ME benchmarks. The experimental results on its performance demonstrate that a speedup of 360% over the last version of Sun’s KVM is accomplished with a footprint overhead that does not exceed 119 kilobytes.

Les développements récents de la réalité virtuelle font du travail collaboratif assisté par ordinateur un outil prometteur et flexible. Il est en effet aujourd’hui possible, de représenter les données ainsi que les utilisateurs eux-mêmes de manière vivante dans les environnements virtuels collaboratifs (EVC). Les EVC se définissent comme des mondes virtuels distribués, générés par ordinateur, dans lesquels les utilisateurs peuvent se rencontrer, communiquer et interagir entre eux, mais aussi avec des données et des objets 3D. Les utilisateurs peuvent être éloignés physiquement, parler des langues différentes et utiliser des systèmes informatiques hétérogènes tout en collaborant malgré tout au sein d’un EVC. L’objectif principal des EVC est de proposer une collaboration fluide entre plusieurs utilisateurs. Ceci implique de prendre en charge un nombre considérable d’échanges, de communications et de négociations mais également de permettre des activités collaboratives. Par ailleurs, il est nécessaire de proposer des techniques d’interaction ainsi que des moyens pour bien prendre conscience de tout ce qui se passe dans l’environnement. Afin de préserver ces différents aspects dans la conception des EVC, nous nous intéressons à quatre facteurs essentiels : l’immersion, la conscience, la communication et l’intuitivité. Ces facteurs sont déterminants pour le succès des systèmes virtuels collaboratifs. En tenant compte des quatre facteurs cités cidessus, nous proposons et évaluons de nouvelles métaphores pour la navigation et la manipulation afin d’améliorer et d’enrichir les techniques d’interactions dans les EVC. Premièrement, nous proposons et évaluons un ensemble de trois métaphores de navigation pour explorer un environnement à plusieurs : indiquer un chemin en dessinant des flèches, illuminer un chemin à suivre et orienter une boussole pour montrer une direction. Ces métaphores peuvent être implémentées dynamiquement et utilisées directement dans n’importe quels environnements. Nos résultats révèlent que ces métaphores de navigation réduisent considérablement le temps passé à chercher un chemin dans des contextes d’exploration collaborative. Par ailleurs, nous avons développé une technique de manipulation directe dédiée aux environnements virtuels immersifs. Cette technique, qui utilise sept points de contrôle, affranchit l’utilisateur de plusieurs difficultés souvent rencontrées telles que le tremblement de la main ou l’effet Heisenberg lors de la manipulation d’objets 3D dans un système de projection immersive. En réduisant le nombre de degrés de liberté de l’objet manipulé à l’aide de point de contrôle, notre technique permet à l’utilisateur de contrôler partiellement l’objet, rendant ainsi la manipulation d’objets volumineux plus aisée. Enfin, nous avons implémenté et évalué deux métaphores d'interaction dans une application de conception et d'aménagement de poste de travail industriel. En tenant compte des quatre facteurs cités ci-dessus, nous avons implémenté une application de conception de poste de travail pour trois principaux types d'utilisateurs : un utilisateur final, un ingénieur et un expert en ergonomie. Afin d'avoir un niveau d'immersion optimal et des interactions naturelles entre des utilisateurs, nous avons implémenté une configuration de système asymétrique pour chaque utilisateur. Chacun pouvait utiliser quelque métaphores de communication implicites qui étaient simples, naturelles, et pertinentes dans notre contexte collaborative. / Recent progress of the virtual reality technology gives the computer supported collaborative work a potential and flexible tool of vividly representing data as well as users themselves in collaborative virtual environments. Collaborative virtual environments have been defined as computer-based, distributed virtual worlds in which people can meet, communicate and interact with others, with data and 3D objects. People may be geometrically far from each other, speak different languages and use heterogeneous computer systems. The ultimate goal in developing collaborative virtual environments is to support a smooth collaboration between multiple users which involves considerable communication and negotiation, cooperative and collaborative activities, interaction techniques, and awareness process. Considering these aspects into the design of a collaborative virtual environment, we are interested in four main factors, including immersion, awareness, communication and naturalness. These factors greatly determine the success of a collaborative virtual system. From the need of improving and completing interaction techniques in CVEs considering the four preceding factors, in this research we propose and evaluate new metaphors for 3D navigation and manipulation techniques. The first contribution of this research is to propose and evaluate a set of three navigation metaphors in a collaborative exploration context, including drawing directional arrows, lighting up path to follow, and orientating a compass to show a direction. These navigation metaphors can be dynamically implemented and used without constraints in any 3D virtual environments. The empirical result of our experiment revealed that these navigation metaphors considerably reduced wasted time in a wayfinding task of a collaborative exploring scenario. We have developed, in the second part of this research, a direct manipulation technique in immersive virtual environments. This manipulation technique deals with some difficulties the user often encounters such as hand jitter or Heisenberg effects while manipulating 3D objects in immersive projection systems. By dividing the number of degrees of freedom of the manipulated object into each handle of our tool, our technique enables a user to partially control the object, making the manipulation of large objects easier in immersive virtual environments. The last contribution of this research is the implementation and evaluation of two interaction metaphors in a digital mock-up application. Taking into account the four factors including immersion, awareness, communication and naturalness, we have built a workstation design application for three main users: an end-user, a design engineer and an ergonomics expert. In order to have an optimal immersion for the whole application and natural interaction between them, we have implemented an asymmetric system setup at each user's site. Each user could use some implicit communication metaphors which were simple, natural and still relevant in our collaborative context.