Nos travaux s'inscrivent dans la discipline de l'interaction homme-machine (IHM), et concernent l'utilisation d'une nouvelle " forme " de systèmes informatiques : les tables interactives ou " tabletop ". Les systèmes tabletop prennent la forme d'une table dans son entier, qui sert à la fois de périphérique d'entrée tactile et de périphérique de sortie graphique. Grâce aux technologies multi-tactile, plusieurs utilisateurs peuvent toucher la table en même temps, et interagir avec le système de façon indépendante. Cette propriété rend les tables interactives particulièrement adaptées au support de la collaboration. Pourtant, nous constatons que les tables interactives ne sont que peu utilisées dans un objectif collaboratif en dehors des laboratoires. Nous pensons que plusieurs causes permettent d'expliquer cet état de fait. Nous remarquons, d'une part, que les applications existantes, pour ordinateurs de bureau, forment une part importante de l'utilisation actuelle des systèmes informatiques. Ces applications, qu'elles soient des applications grand public largement utilisées ou des applications spécifiques à une tâche précise, sont indispensables à leurs utilisateurs. Des projets ont créés des nouvelles applications aux mêmes fonctionnalités que les applications existantes, mais adaptées à des prototypes de nouveaux systèmes d'interaction. Elles offrent nettement moins de fonctionnalités que les applications pour ordinateurs de bureau existantes. Une telle réécriture reste de plus coûteuse au regard des efforts de développement déjà investis dans la création des applications existantes. D'autre part, les tables interactives se présentent sous un aspect matériel différent des ordinateurs traditionnels, au-delà du trio écran-clavier-souris. Cela introduit de nouvelles possibilités mais aussi de nouveaux défis pour l'interface utilisateur des applications. En revanche, les besoins des utilisateurs, en termes de fonctionnalités des applications, restent les mêmes. Nous étudions comment ce changement peut se répercuter sur les applications existantes. Nous proposons d'utiliser les mêmes applications sur la table interactive que sur l'ordinateur de bureau. Plusieurs types d'interactions sont envisageables pour remplacer les styles d'interaction de l'ordinateur de bureau qui ne sont pas adaptés aux systèmes tabletops. Nous entrons ici dans le domaine des interactions post-WIMP, des interactions qui vont au-delà des interacteurs 2D classiques que sont les fenêtres, les icônes, les menus et le pointeur (WIMP : Windows, Icons, Menus, Pointer). Les applications pour tables interactives ne se programment pas de la même manière que les applications pour ordinateurs de bureau. Nous évaluons six technologies permettent faire le lien entre les techniques utilisées pour programmer des applications pour ordinateurs de bureau et les techniques utilisées pour programmer des applications pour tables interactives : capture d'écran, carte graphique virtuelle, clavier virtuel et souris virtuelle, langage de script, API d'accessibilité numérique, réécriture d'une boîte à outils d'interface homme machine. Pour les évaluer, nous définissons cinq axes (structuration des données, flexibilité, performance, compatibilité et réutilisabilité, et difficulté d'implémentation). Nous avons implémenté des prototypes pour la carte graphique virtuelle, le langage de script, et la réécriture d'une boîte à outils (la boîte à outils win32). Les applications pour tables interactives ne s'utilisent pas de la même façon que les applications pour ordinateurs de bureau non plus. Les interfaces utilisateur des applications existantes ont été conçues pour être utilisées par un seul utilisateur avec un ordinateur de bureau. Les technologies que nous avons présentées ne résolvent pas ce problème. Nous présentons des scénarios mettant en évidence ces limitations. Pour concevoir de nouvelles techniques d'interaction adaptées, nous introduisons la métaphore du papier. Les métaphores sont utilisées, en interaction homme-machine, pour aider les utilisateurs à appréhender le fonctionnement d'un nouveau système plus rapidement en y appliquant des connaissances d'un système qu'ils connaissent déjà. Le papier, probablement le support d'information le plus courant, offre de nombreuses possibilités d'interaction. Nous proposons ainsi trois techniques d'interaction inspirées du papier. Nous proposons des fentes qui permettent de transmettre à distance des documents à un autre utilisateur, ainsi que d'effectuer des traitements sur les documents. Le pliage durable permet de nouvelles interactions avec un document. Il rend accessible le dos du document, qui peut contenir une interface graphique pour l'utilisateur. En observant le recto de documents papier existants, nous sommes arrivés à la conclusion que certains artefacts informatiques existants auraient toute leur place au dos d'un document : le système d'aide de l'application, des outils pour gérer le cycle de vie du document, des métadonnées sur le document,... Enfin, le plier pour empiler permet la création de piles de façon spontanée, en " recyclant " un document existant comme couverture pour de pile, simplement en le pliant en deux. Certaines des interactions peuvent être effectuées de plusieurs manières. Nous proposons un formalisme que nous appelons matrice des interactions, dédié aux interactions de gestion des documents sur la surface d'une table interactive, pour les comparer. Nous nous basons sur les interactions déjà existantes dans la gestion des fenêtres sur les ordinateurs de bureau : le déplacement et le redimensionnement, auxquelles nous ajoutons trois interactions : la rotation, le zoom et le pliage. Ces interactions s'approchent de devenir des standards en matière d'interface pour table interactive dans la communauté des tabletops. Nous avons identifié trois moyens distincts d'effectuer ces cinq interactions : l'utilisation d'un interacteur dédié, l'utilisation de la position du document sur la table, et l'utilisation de la trajectoire du doigt de l'utilisateur. Notre matrice met en évidence que ces trois moyens peuvent être proposés simultanément par le système informatique, imitant ainsi cette propriété du monde physique.

Interactions gestuelles multi-point et géométrie déformable pour l'édition 3D sur écran tactile: Malgré les progrès en capture d'objets réels et en génération procédurale, la création de contenus pour les mondes virtuels ne peut se faire sans interaction humaine. Cette thèse propose d'exploiter les nouvelles technologies tactiles (écrans "multi-touch") pour offrir une interaction 2D simple et intuitive afin de naviguer dans un environnement virtuel, et d'y manipuler, positionner et déformer des objets 3D. En premier lieu, nous étudions les possibilité et les limitations gestuelles de la main et des doigts lors d'une interaction sur écran tactile afin de découvrir quels gestes semblent les plus adaptés à l'édition des environnements et des objets 3D. En particulier, nous évaluons le nombre de degré de liberté efficaces d'une main humaine lorsque son geste est contraint à une surface plane. Nous proposons également une nouvelle méthode d'analyse gestuelle par phases permettant d'identifier en temps réel les mouvements clés de la main et des doigts. Ces résultats, combinés à plusieurs études utilisateur spécifiques, débouchent sur l'identification d'un patron pour les interactions gestuelles de base incluant non seulement navigation (placement de caméra), mais aussi placement, rotation et mise à l'échelle des objets. Ce patron est étendu dans un second temps aux déformations complexes (ajout et suppression de matière ainsi que courbure ou torsion des objets, avec contrôle de la localité). Tout ceci nous permet de proposer et d'évaluer une interface d'édition des mondes 3D permettant une interaction tactile naturelle, pour laquelle le choix du mode (navigation, positionnement ou déformation) et des tâches correspondantes est automatiquement géré par le système en fonction du geste et de son contexte (sans menu ni boutons). Enfin, nous étendons cette interface pour y intégrer des déformations plus complexe à travers le transfert de vêtements d'un personnage à un autre, qui est étendu pour permettre la déformation interactive du vêtement lorsque le personnage qui le porte est déformé par interaction tactile. / Multi-touch gesture interactions and deformable geometry for 3D edition on touch screen: Despite the advances made in the fields of existing objects capture and of procedural generation, creation of content for virtual worlds can not be perform without human interaction. This thesis suggests to exploit new touch devices ("multi-touch" screens) to obtain an easy, intuitive 2D interaction in order to navigate inside a virtual environment, to manipulate, position and deform 3D objects. First, we study the possibilities and limitations of the hand and finger gestures while interacting on a touch screen in order to discover which gestures are the most adapted to edit 3D scene and environment. In particular, we evaluate the effective number of degrees of freedom of the human hand when constrained on a planar surface. Meanwhile, we develop a new gesture analysis method using phases to identify key motion of the hand and fingers in real time. These results, combined to several specific user-studies, lead to a gestural design pattern which handle not only navigation (camera positioning), but also object positioning, rotation and global scaling. Then, this pattern is extended to complex deformation (such as adding and deleting material, bending or twisting part of objects, using local control). Using these results, we are able to propose and evaluate a 3D world editing interface that handle a natural touch interaction, in which mode selection (i.e. navigation, object positioning or object deformation) and task selections is automatically processed by the system, relying on the gesture and the interaction context (without any menu or button). Finally, we extend this interface to integrate more complex deformations, adapting the garment transfer from a character to any other in order to process interactive deformation of the garment while the wearing character is deformed.

Cette thèse traite des interfaces utilisateur tangibles (TUI). La première partie de ce manuscrit concerne l'interaction tangible sur table interactive. Nous introduisons tout d'abord les TUIs et les tables interactives. Nous validons une hypothèse concernant la spécialisation de la forme des interacteurs tangibles et nous en tirons les conséquences pour la conception des TUIs. Nous proposons une solution de boîtier à boutons pour y déporter certaines opérations dans le contexte d'une TUI sur table interactive. Nous abordons la construction et le développement d'un système de tables interactives tangibles transportables et à faible coût permettant de faire du prototypage rapide de TUIs. Nous terminons en soulignant les particularités de l'évaluation expérimentale des TUIs. La seconde partie de ce manuscrit traite un cas d'application d'une TUI pour les géosciences : GeoTUI. Nous commençons par présenter le contexte métier des géophysiciens et leurs besoins en terme de nouveaux moyens d'interaction. Nous présentons les résultats de notre conception d'une TUI pour les géosciences. Nous précisons le détail du développement de notre prototype. Pour terminer, nous présentons les deux expérimentations utilisateurs qui ont été conduites pour valider nos choix de conception. / This thesis focuses on tangible user interfaces (TUI). The first part of this manuscript is about tangible interaction on tabletop. We first introduce TUIs and tabletops. We validate an hypothesis about the specialization of the form of the tangible objects, and conclude from that consequences on TUIs design. We propose the solution of a button box to deport some operations in the context of tabletop TUI. We present the construction and development of a transportable and low cost tabletop TUI system that allows rapid TUI prototyping. We end pointing out the special features of user experiments of TUIs. The second part of this manuscript deals with an application case of a TUI for geoscience: GeoTUI. We start presenting the context of the geophysicists work and their need in term of new way of interation. We present the results of our design of a TUI for geoscience. We detail the development of our prototype. To finish, we present two user experiments we conducted to validate our design choices.

Les travaux de cette thèse en informatique s'inscrivent dans le domaine de l'interaction homme-machine (IHM). Le sujet de ce mémoire concerne l'utilisation d'une nouvelle forme d'ordinateur appelée table interactive. Il s'agit d'une table dont le plateau est à la fois un écran et une surface de détection multi-tactile. Les tables interactives ouvrent de nouveaux usages de l'informatique en permettant des applications multi-utilisateurs en coprésence. Les utilisateurs d'une même table interactive ont naturellement envie d'interagir simultanément sur la surface partagée. Cette simultanéité est toutefois difficile à observer dans un contexte collaboratif et non artificiel. Les études existantes n'ont pas suffisamment analysé les problèmes rencontrés ni cherché comment le système peut aider à gérer les accès simultanés.Notre approche a consisté à étudier les interactions simultanées en nous orientant vers des situations originales où la couche applicative du système exerce une forte pression sur le rythme d'utilisation. Nous justifions ainsi l'utilisation d'un jeu vidéo comme outil d'exploration et d'expérimentation. Ce mémoire retrace la conception et le développement de RealTimeChess, un jeu pour 2 à 4 joueurs, adapté aux caractéristiques des tables interactives, et inspiré des échecs dans une version s'affranchissant du tour par tour. Nous rapportons les résultats d'expériences menées sur des groupes de 2 à 4 participants en situations de coopération et de compétition, qui ont permis de mettre en évidence des problèmes de gênes physiques et d'accessibilité aux objets distants ; de perception des informations importantes en contexte dynamique ; et de contrôle du rythme de l'interaction.Ce mémoire expose en outre les leçons apprises au niveau de l'interaction simultanée de plusieurs utilisateurs, des aspects de territorialité, des comportements collaboratifs et enfin en proposant des recommandations de Game Design pour tables interactives.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'Interaction Homme-Machine. Elle vise à prendre en considération le contexte d'usage pour les nouvelles plateformes de type table interactive. Par la notion de table interactive, on laisse supposer un espace de travail collaboratif et co-localisé permettant de faire intervenir plusieurs utilisateurs en même temps mais également de nouvelles interactions mêlant objets tangibles, virtuels voire tactiles. C'est face à ce constat et à l'engouement accordé à ces nouvelles plateformes que nous avons proposé de caractériser puis de recenser les tables interactives en nous appuyant sur un modèle que nous avons proposé. Le contexte est une notion utilisée depuis longtemps dans la conception d'applications interactives. Les recherches en Interaction Homme-Machine ont apporté de nombreux éléments permettant de le définir et de le qualifier de manière approfondie. Notre proposition se base sur la prise en considération du contexte d'usage pour les tables interactives. Pour cela, nous avons dans un premier temps modélisé le contexte d'usage tel qu'il peut être défini dans la littérature puis augmenté cette modélisation afin de l'adapter à l'utilisation des tables interactives. Un ensemble de formalismes permettant de définir le contexte et une situation d'utilisation pour les tables interactives sont également présentés, ceux-ci nous amenant à proposer un système d'adaptation au contexte d'usage puis un ensemble de règles d'adaptation. Nous réalisons l'adaptation au contexte d'usage en utilisant la table interactive TangiSense, résultat du projet ANR TTT. Pour cela nous utilisons et implémentons nos règles d'adaptation proposées afin de permettre à la table interactive TangiSense de s'adapter en fonction du contexte et des situations d'utilisation. Afin d'évaluer l'ensemble des éléments proposés dans cette thèse, deux études ont été menées : la première en laboratoire, la seconde dans un environnement naturel en école maternelle. Un ensemble de perspectives de recherche termine le mémoire.

Les travaux de cette thèse en informatique s’inscrivent dans le domaine de l’interaction homme-machine (IHM). Le sujet de ce mémoire concerne l’utilisation d’une nouvelle forme d’ordinateur appelée table interactive. Il s’agit d’une table dont le plateau est à la fois un écran et une surface de détection multi-tactile. Les tables interactives ouvrent de nouveaux usages de l’informatique en permettant des applications multi-utilisateurs en coprésence. Les utilisateurs d’une même table interactive ont naturellement envie d’interagir simultanément sur la surface partagée. Cette simultanéité est toutefois difficile à observer dans un contexte collaboratif et non artificiel. Les études existantes n’ont pas suffisamment analysé les problèmes rencontrés ni cherché comment le système peut aider à gérer les accès simultanés.Notre approche a consisté à étudier les interactions simultanées en nous orientant vers des situations originales où la couche applicative du système exerce une forte pression sur le rythme d’utilisation. Nous justifions ainsi l’utilisation d’un jeu vidéo comme outil d’exploration et d’expérimentation. Ce mémoire retrace la conception et le développement de RealTimeChess, un jeu pour 2 à 4 joueurs, adapté aux caractéristiques des tables interactives, et inspiré des échecs dans une version s’affranchissant du tour par tour. Nous rapportons les résultats d’expériences menées sur des groupes de 2 à 4 participants en situations de coopération et de compétition, qui ont permis de mettre en évidence des problèmes de gênes physiques et d’accessibilité aux objets distants ; de perception des informations importantes en contexte dynamique ; et de contrôle du rythme de l’interaction.Ce mémoire expose en outre les leçons apprises au niveau de l’interaction simultanée de plusieurs utilisateurs, des aspects de territorialité, des comportements collaboratifs et enfin en proposant des recommandations de Game Design pour tables interactives. / This thesis presents our work in computer science in human-computer interaction (HCI). The subject concerns the use of a new kind of computer called the interactive tabletop display. It is a table whose top is both a screen and a multi-touch detection device. Interactive tabletops open up new uses of computer applications by allowing several co-located users to work or play together on the same system. Tabletop’s users naturally want to interact simultaneously on the shared surface. This simultaneity is difficult to observe in a collaborative and not artificial environment. Existing studies have not sufficiently analyzed the problems nor sought how the system can help manage concurrency.Our approach was to exploring simultaneous interactions by studying original situations where the system puts pressure on users. We explain how we used a video game as an exploration and experimentation tool. This thesis traces the design and development of RealTimeChess, a game for 2-4 players, a real-time version of Chess adapted to tabletops. We report the results of experiments on groups of 2 to 4 participants in situations of cooperation and competition, which helped to highlight problems and physical discomfort of access to remote objects, awareness in dynamic context, and control the pace of interaction.This thesis also presents lessons learned on simultaneous interactions of multiple users, territoriality aspects, collaborative behavior, and finally gives tabletop Game Design guidelines.