Les utilisateurs experts de SIG (Systèmes d'Information Géographique) doivent souvent mettre en relation et comparer des représentations hétérogènes d'une même région géographique. Par exemple, la mise à jour des bases des données géographiques, comme OpenStreetMap, nécessite une comparaison entre des cartes existantes et des images satellite récentes. Les moyens de combiner les cartes sont pourtant souvent limités à des techniques qui ne prennent pas en compte les données contenues dans les cartes, comme des techniques de superposition qui permettent de varier l'opacité de la couche supérieure. Ces techniques n'appuient pas efficacement les utilisateurs dans des tâches dans les domaines de l'analyse de crime ou la planification urbaine. Cette thèse vise à proposer des nouvelles transitions interactives pour combiner différentes représentations en une, soit de façon spatiale (multiplexage spatial) ou temporelle (multiplexage temporel). Afin de mieux comprendre les limites des techniques existantes, la première contribution de cette thèse est une évaluation de cinq techniques de comparaison de cartes interactives. On caractérise ces techniques par rapport à leur niveau de perturbation visuelle, de division de l'attention et leur stratégie de recherche. Pour les évaluer, on demande aux participants de trouver des différences entre des images aériennes et des cartes topographiques (modifiées à la main en ajoutant six types de différences). Les résultats suggèrent que les techniques qui superposent les couches sont plus efficaces que les techniques que les juxtaposent et qu'une stratégie de recherche motrice peut apporter des bénéfices pour certaines tâches. D'après les résultats de l'évaluation et des entretiens avec des utilisateurs experts en GIS, on introduit MapMosaic, la deuxième contribution de cette thèse. MapMosaic est une technique nouvelle de multiplexage spatial pour combiner des cartes. Ce modèle de composition dynamique permet aux utilisateurs de créer et manipuler des régions de composition locale de façon interactive, en considérant l'information sémantique et les attributs des objets et des champs. On a évalué MapMosaic en utilisant deux approches: premièrement, on compare son modèle d'interaction au modèle de QGIS (un logiciel SIG très utilisé) et MAPublisher (un outil cartographique professionnel) en utilisant les “Dimensions Cognitives” et avec une comparaison analytique, les résultats suggèrent que le modèle de MapMosaic est plus flexible et peut mieux appuyer les utilisateurs dans leur tâches. Ensuite, on rapporte des retours utilisateurs des experts qui confirment le potentiel de MapMosaic, grâce à des cas d'utilisation précis. Le multiplexage spatial peut être très utile pour comparer différentes couches géographiques. Cependant, le multiplexage temporal pourrait être plus approprié pour la représentation des dynamiques, puisque les changements peuvent être animes. Ceci pourrait être utile de façon particulière pour présenter des changements entre des images satellites, par exemple, pour montrer les effets du réchauffement climatique. Ainsi, la troisième contribution de la thèse est Baia: un cadre pour créer des transitions animées avancées, appelles plans d'animation, entre des couples d'images avant après. Baia est basé sur un modèle de transition par pixel qui permet de créer des animations très variées. Il reste simple d'utilisation grâce à des primitives d'animations prédéfinies permettant de représenter des changements géographiques communs facilement. On décrit le modèle et l'outil d'édition d'animation associé et deux études avec utilisateurs. Le premier suggère que les animations crées avec Baia sont perçues comme plus réalistes et focalisent mieux l'attention des spectateurs et le deuxième rassemble des retours sur l'outil d'édition d'animations. / GIS experts often need to relate and compare heterogeneous geographical representations of the same region. For example, existing maps are compared to recent satellite imagery to update geographic databases, like OpenStreetMap. The means to do so, are, however often limited to data agnostic techniques such as overlaying the representations with some degree of translucency or swiping between layers. These techniques do not support users effectively in their tasks in domains such as crime analysis or urban planning. This thesis aims at proposing new interactive transitions to combine those multiple representations into one, either spatially (spatial multiplexing) or temporally (temporal multiplexing).To better understand the limits of existing approaches, this thesis first contribution is an evaluation of five interactive map comparison techniques. We characterise these techniques in terms of visual interference, user attention and scanning strategy. We evaluate them by asking participants to find differences between real satellite imagery and topographic maps, that we purposefully modified introducing six kinds of differences. Results suggest that techniques that superimpose the layers are more efficient than techniques that juxtapose them and that having a more motor driven scanning strategy can be beneficial for some tasks. Drawing from the evaluation results and interviews with GIS experts, the second contribution of this thesis is MapMosaic: a novel spatial multiplexing technique to combine geographical layers. This dynamic compositing model enables users to interactively create and manipulate local composites of multiple vector and raster map layers, taking into account the semantics and attribute values of objects and fields. We evaluate MapMosaic using two approaches: first we compare MapMosaic’s interaction model to QGIS’ (a widely used desktop GIS) and MAPublisher’ (a professional cartography tool) using the ‘Cognitive Dimensions’ framework and through an analytical comparison, suggesting that MapMosaic’s model is more flexible and can support users more effectively in their tasks. Secondly, we report on feedback obtained from experts, which further confirms the potential of MapMosaic, by describing precise scenarios where it could be useful. Spatial multiplexing can be very useful when comparing different geographical layers. However, time multiplexing might be more suitable to represent dynamics, as changes can be animated. This can be particularly useful when presenting evolution across satellite images, to illustrate effects of climate change or a natural disaster’s impact. Thus, the third contribution of this thesis is Baia: a framework to create advanced animated transitions, called animation plans, between pairs of before-and-after images. Baia relies on a pixel-based transition model that gives authors much expressive power, while keeping animations for common types of changes easy to create thanks to predefined animation primitives. We describe the model and the associated animation editor. We also report on two user studies: the first one suggests that advanced animations are perceived as more realistic and better at focusing viewer’s attention than monolithic blending, and the second one gathers feedback about the usability of Baia’s animation editor prototype.

Le basculement de fenêtres est une des tâches les plus fréquentes de tout gestionnaire de fenêtres (elle peut avoir lieu plusieurs centaines de fois par jour). Cependant cette tâche peut devenir ardue quand le nombre de fenêtres devient important. Cette thèse propose d'étudier les techniques existantes et de développer de nouvelles techniques de basculement de fenêtres. Pour comprendre comment les utilisateurs gèrent actuellement leurs fenêtres, nous avons développé un logiciel d'enregistrement d'activité pour Windows. Trois techniques ont été développées en se basant sur les résultats de cette étude. Tout d'abord, Push-and-Pull Switching, une technique de basculement de fenêtres utilisant le chevauchement de fenêtres pour implicitement définir des groupes. Cette technique permet par ailleurs de basculer entre des groupes et de changer l'ordre d'affichage de la fenêtre qui a le focus pour modifier son groupe d'appartenance. Des expériences contrôlées ont montré que cette technique peut être jusqu'à 50% plus efficace que d'autres techniques. Ensuite, Stack Scanning est une technique utilisant un widget qui combine le défilement d'écran et de franchissement pour contrôler l'ordre d'affichage des couches de fenêtres visibles. Des expériences contrôlées ont montré que cette technique est plus rapide quand le nombre de fenêtres devient important. Finalement, nous avons proposé onze principes de conception pour faciliter le développement de nouvelles techniques de basculement de fenêtres. WindowTagging a été développée en suivant ces principes. Les évaluations montrent que cette technique est plus efficace qu'Exposé et nettement préférée des utilisateurs.

Au cours de la dernière décennie, la quantité de données n'a cessé d'augmenter. Ces données peuvent provenir de sources variées, telles que des smartphones, des enregistreurs audio, des caméras, des capteurs, des simulations, et peuvent avoir différentes structures. Bien que les ordinateurs puissent nous aider à traiter ces données, c'est le jugement et l'expertise humaine qui les transforment réellement en connaissances. Cependant, pour donner un sens à ces données de plus en plus diversifiées, des techniques de visualisation et d'interaction sont nécessaires. Ce travail de thèse contribue de telles techniques pour faciliter l'exploration et la présentation des données, lors d'activités visant à faire sens des données. Dans la première partie de cette thèse, nous nous concentrons sur les systèmes interactifs et les techniques d'interaction pour aider les utilisateurs à faire sens des données. Nous étudions comment les utilisateurs travaillent avec des contenus divers afin de leur permettre d'externaliser leurs pensées par le biais d'annotations digitales. Nous présentons notre approche avec deux systèmes. Le premier, ActiveInk, permet l'utilisation naturelle du stylet pour la lecture active, lors d'un processus d'exploration de données. Dans le cadre d'une étude qualitative menée auprès de huit participants, nous contribuons des observations sur les comportements de la lecture active au cours de l'exploration des données, et, des principes aidant les utilisateurs à faire sens des données.Le second système, SpaceInk, est un espace de conception de techniques en utilisant le stylet et les gestes, qui permet de créer de l'espace pour les annotations, pendant la lecture active, en ajustant dynamiquement le contenu du document. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié les techniques permettant de représenter visuellement les éléments de réponses aux questions quand les utilisateurs essaient de faire sens des données. Nous nous concentrons sur l'une des structures de données les plus élaborées : les réseaux multi-variés, que nous visualisons à l'aide de diagrammes noeuds-liens. Nous étudions comment permettre un processus de conception itératif flexible lors de la création de diagrammes nœuds-liens pour les réseaux multi-variés. Nous présentons d'abord un système, Graphies, qui permet la création de visualisations expressives de diagrammes noeuds-liens en fournissant aux concepteurs un environnement de travail flexible qui rationalise le processus créatif et offre un support efficace pour les itérations rapides de conception. Allant au-delà de l'utilisation de variables visuelles statiques dans les diagrammes nœuds-liens, nous avons étudié le potentiel des variables liées au mouvement pour encoder les attributs des données. En conclusion, nous montrons dans cette thèse que le processus visant à faire sens des données peut être amélioré à la fois dans le processus d'exploration et de présentation, en utilisant l'annotation comme nouveau moyen de transition entre exploration et externalisation, et en suivant un processus itératif et flexible pour créer des représentations expressives de données. Les systèmes qui en résultent établissent un cadre de recherche où la présentation et l'exploration sont au cœur des systèmes de données visuelles. / During the last decade, the amount of data has been constantly increasing. These data can come from several sources such as smartphones, audio recorders, cameras, sensors, simulations, and can have various structure. While computers can help us process these data, human judgment and domain expertise is what turns the data into actual knowledge. However, making sense of this increasing amount of diverse data requires visualization and interaction techniques. This thesis contributes such techniques to facilitate data exploration and presentation, during sense-making activities. In the first part of this thesis, we focus on interactive systems and interaction techniques to support sense-making activities. We investigate how users work with diverse content in order to make them able to externalize thoughts through digital annotations. We present our approach with two systems. The first system, ActiveInk enables the natural use of pen for active reading during a data exploration process. Through a qualitative study with eight participants, we contribute observations of active reading behaviors during data exploration and design principles to support sense-making. The second system, SpaceInk, is a design space of pen & touch techniques that make space for in-context annotations during active reading by dynamically reflowing documents. In the second part, we focus on techniques to visually represent insights and answers to questions that arise during sense-making activities. We focus on one of the most elaborate data structures: multivariate networks, that we visualize using a node-link diagram visualization. We investigate how to enable a flexible iterative design process when authoring node-link diagrams for multivariate networks. We first present a system, Graphies, that enables the creation of expressive node-link diagram visualizations by providing designers with a flexible workflow that streamlines the creative process, and effectively supports quick design iterations. Moving beyond the use of static visual variables in node-link diagrams, we investigated the use of motion to encode data attributes. To conclude, we show in this thesis that the sense-making process can be enhanced in both processes of exploration and presentation, by using ink as a new medium to transition between exploration and externalization, and by following a flexible, iterative process to create expressive data representations. The resulting systems establish a research framework where presentation and exploration are a core part of visual data systems.

Pour contrôler un système interactif, un utilisateur doit habituellement sélectionner des commandes en parcourant des listes et des menus hiérarchiques. Pour les sélectionner plus rapidement, il peut effectuer des raccourcis gestuels. Cependant, pour être efficace, il doit mémoriser ces raccourcis, une tâche difficile s’il doit activer un grand nombre de commandes. Nous étudions dans une première partie les avantages des gestes positionnels (pointage) et directionnels (Marking menus) pour la mémorisation de commandes, ainsi que l’utilisation du corps de l’utilisateur comme surface d’interaction et l’impact de deux types d’aides sémantiques (histoires, images) sur l’efficacité à mémoriser. Nous montrons que les gestes positionnels permettent d’apprendre plus rapidement et plus facilement, et que suggérer aux utilisateurs de créer des histoires liées aux commandes améliore considérablement leurs taux de rappel. Dans une deuxième partie, nous présentons des gestes bi-positionnels qui permettent l’activation d’un grand nombre de commandes. Nous montrons leur efficacité à l’aide de deux contextes d’interaction : le pavé tactile d’un ordinateur portable (MarkPad) et une montre intelligente (SCM). / To control an interactive system, users usually have to select commands by browsing lists and hierarchical menus. To go faster, they can perform gestural shortcuts. However, to be effective, they must memorize these shortcuts, which is a difficult task when activating a large number of commands. In a first part, we study the advantages of positional (pointing) and directional (Marking menus) gestures for command memorization, as well as the use of the user's body as an interaction surface and the impact of two types of semantic aids (stories, images) on the effectiveness to memorize. We show that positional gestures make learning faster and easier, and that suggesting to users to create stories related to commands significantly improves their recall rate. In the second part, we present bi-positional gestures that allow the activation of a large number of commands. We demonstrate their effectiveness using two interaction contexts: the touchpad of a laptop (MarkPad) and a smartwatch (SCM).

La génération de motifs esthétiques assistée par ordinateur est un domaine prometteur pour la conception de vêtements (personnalisation de masse, etc.). Dans ce contexte, les techniques de réalité virtuelle (RV) et de réalité mixte (RM) sont très pertinentes pour la visualisation de vêtements sur lesquels sont appliqués les motifs générés. Ces techniques offrent aussi de nouvelles opportunités pour l'interaction 3D avec les mannequins virtuels en situation statique ou dynamique (défilé virtuel). La contribution du travail présenté dans ce mémoire est multiple et implique trois étapes complémentaires : (1) l'identification et le développement de modèles mathématiques exhibant des potentialités pour la génération automatique de motifs complexes ayant des propriétés esthétiques; (2) l'implémentation de ces modèles mathématiques et l'exploration assistée par ordinateur de leur potentialités; (3) l'intégration de ces modèles dans une plate-forme logicielle offrant de multiples possibilités d'interaction avec les mannequins virtuels. En outre, nous proposons de nouvelles techniques d'interaction 3D pour la conception en RV et RM.

Les menus permettent d'explorer et de sélectionner les commandes d'une application. Ils sont présents dans la plupart des applications et concernent un large public. Les menus sont donc au cœur de l'Interaction Homme-Machine (IHM). Aussi, cet enjeu a motivé de nombreux travaux en IHM : face au foisonnement de nouvelles techniques de menus, il n'est pas facile d'appréhender les avancées et de cerner les différences et similitudes entre les techniques de menus conçues. Dans ce contexte, cette thèse en IHM propose un espace de conception des techniques de menus, appelé MenUA. Cet espace repose sur une liste de critères utiles pour structurer les travaux sur les menus et permettre aux concepteurs d'applications de faire des choix informés. MenUA facilite aussi l'exploration de l'espace des possibilités lors de la conception : il a été à l'origine de quatre nouvelles techniques de menus que nous avons conçues, développées et évaluées : les Wave menus, les Flower menus, les Leaf menus et les Multi-Touch Menus. Les Wave menus améliorent le mode novice des Marking menus en favorisant la navigation dans la hiérarchie de commandes. En considérant la courbure des gestes de l'utilisateur, les Flower menus augmentent le nombre de commandes disponibles et améliorent l'apprentissage du mode expert des Marking menus. Les Leaf Menus sont quant à eux des menus linéaires enrichis de raccourcis gestuels et conçus pour être utilisés sur des dispositifs mobiles. Enfin, les Multi-Touch Menus exploitent la technologie multi-points des surfaces tactiles afin de naviguer et sélectionner des commandes avec les cinq doigts de la main.

Aujourd'hui, les applications comme les outils de développement demeurent câblés pour une utilisation exclusive et stéréotypée du clavier et de la souris, et ignorent tout autre paradigme d'interaction. Bien qu'avérés, les problèmes liés à l'adaptabilité en entrée ont encore fait l'objet de très peu d'études. Dans cette thèse, nous proposons un modèle basé sur des configurations d'entrée, où des dispositifs d'entrée sont librement connectés aux applications à travers des adaptateurs, et où la traditionnelle file d'événements est remplacée par un paradigme à flot de données réactif. Ce modèle a donné lieu à la boîte à outils en entrées ICON (Input Configurator), qui permet de construire des applications interactives entièrement configurables en entrée, capables d'exploiter des dispositifs et des techniques d'interaction non-standard. Son éditeur visuel permet au développeur de créer rapidement des configurations pour des entrées appauvries ou enrichies, que les utilisateurs avancés peuvent ensuite adapter à leurs besoins.

De nombreux travaux ont montré que, à l'origine des limitations de l'interaction bureautique, il y a un manque à la fois d'espace moteur et d'espace visuel.Cette thèse explore des moyens pour optimiser l'usage de ces espaces.D'une part, à partir du constat que l'on contrôle la position et l'orientation d'un objet par un geste naturel, cette thèse étudie les bénéfices que peut offrir une souris dotée d'un capteur de rotation. Cette < souris rotative > permet à l'utilisateur de maîtriser avec aisance trois variables continues d'une tâche informatique. Un état de l'art présente des aspects perceptifs et moteurs des actions en question et les particularités ergonomiques et techniques d'un tel dispositif. Deux techniques d'interaction - visant à faciliter des tâches métier récurrentes - sont proposées :le réglage < quasi-intégral > et la < palette satellitaire >. Par ailleurs, une évaluation expérimentale compare la performance d'une souris rotative avec celle d'une souris traditionnelle.D'autre part, ce travail se penche sur les questions de la visualisation de documents dans le contexte des bibliothèques numériques. D'abord, il examine l'apport et la faisabilité technique de l'utilisation d'un dispositif d'affichage immersif pour la navigation dans un catalogue de titres virtuel. Puis, afin de faciliter l'inspection massive d'un lot de pages numérisées, il avance des techniques de visualisation zoomables et multi-focales. Ces dernières permettent, dans une recherche d'anomalies, de saisir vite les caractéristiques visuelles de quelques centaines de pages. Et cela grâce à un va-et-vient entre la vue d'ensemble et la navigation panoramique des détails.

Mon domaine de recherche est l'Interaction Homme-Machine. Mes travaux dans ce domaine s'organisent autour de deux axes. <br /><br />Le premier axe concerne la conception de systèmes interactifs pour la coordination, la communication et la collaboration entre individus. Je m'intéresse en particulier à la manière dont des moyens vidéo peuvent être utilisés pour permettre des échanges plus subtils (i.e. légers, nuancés, implicites) et plus informels (i.e. spontanés, opportuns) que ceux permis par les systèmes actuels.<br /><br />Le deuxième axe concerne la conception de nouvelles métaphores et techniques destinées à enrichir et simplifier l'interaction au quotidien avec les systèmes informatiques. Je m'intéresse plus particulièrement aux moyens de faire évoluer la métaphore du bureau sous-jacente à la gestion des données et des applications dans la plupart des systèmes actuels.<br /><br />Ce document présente les problématiques liées à ces deux axes de recherche, les travaux s'y rapportant auxquels j'ai participé depuis septembre 2001 et quelques perspectives ouvertes par ces travaux.

Aujourd'hui, les applications comme les outils de développement demeurent câblés pour une utilisation exclusive et stéréotypée du clavier et de la souris, et ignorent tout autre paradigme d'interaction. Bien qu'avérés, les problèmes liés à l'adaptabilité en entrée ont encore fait l'objet de très peu d'études. Dans cette thèse, nous proposons un modèle basé sur des configurations d'entrée, où des dispositifs d'entrée sont librement connectés aux applications à travers des adaptateurs, et où la traditionnelle file d'événements est remplacée par un paradigme à flot de données réactif. Ce modèle a donné lieu à la boîte à outils en entrées ICON (Input Configurator), qui permet de construire des applications interactives entièrement configurables en entrée, capables d'exploiter des dispositifs et des techniques d'interaction non-standard. Son éditeur visuel permet au développeur de créer rapidement des configurations pour des entrées appauvries ou enrichies, que les utilisateurs avancés peuvent ensuite adapter à leurs besoins.