Les dispositifs mobiles sont aujourd’hui omniprésents dans notre quotidien. Leurs évolutions technologiques ainsi que les moyens de communication toujours plus rapides font que les utilisateurs manipulent toujours plus d’informations sur leurs dispositifs mobiles, modifiant ainsi l’usage qu’ils en font, et remplaçant petit à petit les ordinateurs de bureau. Cependant les dispositifs mobiles ne s’utilisent pas de la même manière que les ordinateurs de bureau et doivent faire face à des contraintes qui leur sont propres. En particulier, les écrans de taille réduite ne permettent pas d’afficher autant d’information que sur l’écran d’un ordinateur de bureau. De plus, ces écrans, tactiles pour la plupart, sont utilisés à la fois comme périphérique d’entrée et de sortie, entraînant ainsi des problèmes d’occultation d’une partie de l’écran lors de l’interaction. Ces constats et limitations posent ainsi le problème de la visualisation interactive de grandes quantités d’information sur dispositifs mobiles.Le problème s’articule donc selon deux axes fortement liés : d’une part la visualisation d’information et d’autre part l’interaction sur dispositifs mobiles. Pour le premier axe, nous nous sommes intéressés aux techniques de visualisation permettant de visualiser à la fois une vue globale de l’espace d’information et une sous-partie détaillée de celui-ci. En effet, visualiser uniquement une sous-partie de l’espace d’information rend sa compréhension difficile du fait du manque de contexte. A l’inverse, visualiser l’espace d’information complet à l’écran le rend illisible.Pour le second axe, nous nous sommes interessés aux techniques d’interaction pour naviguer dans l’espace d’information. En effet, la variété des capteurs disponibles aujourd’hui dans les dispositifs mobiles définit un large espace de possibilités en termes de modalités d’interaction.Nos travaux apportent deux types de contribution : conceptuelles et pratiques. Nous présentons tout d’abord un espace de conception des modalités de navigation en l’instanciant au cas des dispositifs mobiles : cet espace permet de décrire, comparer et concevoir des modalités d’interaction pour la tâche de navigation. Nous présentons ensuite un modèle conceptuel de navigation multimodale permettant de naviguer dans un espace d’information multi-échelles.Basé sur un état de l’art des techniques de visualisation sur dispositifs mobiles, nous avons conçu et évalué expérimentalement une technique de visualisation bifocale. Enfin, en nous reposant sur deux espaces conceptuels et l’état de l’art des modalités d’interaction sur dispositifs mobiles, nous proposons plusieurs techniques d’interaction multimodale conçues et évaluées expérimentalement pour naviguer dans un espace d’information multi-échelles. / Mobile devices are now ubiquitous in everyday computing. Technological advances and increasing mobile network performance allow users to manipulate more and more information on their mobile devices, changing the use they make of these types of devices, which are gradually replacing desktop computers. However mobile devices are not used in the same way as desktops and face specific constraints. In particular, smaller screens fail to display as much information as a computer screen. In addition, these screens, mostly tactile, are used as both input and output devices, leading to occlusion of a portion of the screen during touch interaction. These findings and limitations give rise to the problem of interactive visualization of large amounts of information on mobile devices.We addressed this problem by considering two related research axes: on the one hand information visualization and on the other hand interaction on mobile devices.For the first axis, we focused on visualization techniques that provide an overview of the information space and a detailed subset of it. Indeed, only one view of a subset of the information space makes it difficult to understand it because of the lack of context. Conversely, visualizing the complete information space on the screen of a mobile device makes it unreadable.For the second axis, we studied interaction techniques for navigating an information space. Facing the variety of sensors available in todays mobile devices, there is a vast set of possibilities in terms of interaction modalities.We provide two types of contribution: conceptual and practical.First we present a design space of navigation techniques on mobile devices: this design space enables us to describe, compare and design interaction modalities for the task of navigation in an information space. Second we propose a conceptual model of multimodal navigation for navigating a multiscale information space.Based on a state of the art of visualization techniques on mobile devices, we designed, developed and experimentally tested a bifocal view on a mobile device. By relying on our design space and by operationalizing our conceptual model of navigation, we designed developed and experimentally compared several multimodal interaction techniques for navigating a multiscale information space.

Il existe de nos jours beaucoup d'environnements dits de CAO, conçus pour assister et accompagner le travail des concepteurs tout au long d'un projet. Pourtant, ces logiciels sont peu adaptés à la première phase d'un projet: la conception créative. En effet, leurs approches géométriques et excessivement directrices ignorent le caractère flou et itératif de la démarche du concepteur, appuyée par un outil figuratif essentiel: le croquis. Cette thèse s'inscrit dans un courant de travaux axés sur l'utilisation du dessin pour la réalisation de modèles numériques 3D, dans le but de fournir des outils informatiques de support à la conception créative. Mais au delà de l'interprétation de croquis, nous proposons une approche originale appliquée au domaine de la conception architecturale, reposant sur un environnement instrumenté: SVALABARD, une Table à dessin virtuelle, basée sur un paradigme de feuilles d'interaction, composant des périphériques d'entrée et des techniques d'interaction non-standard.<br />Toutefois, la faisabilité technique d'une telle approche a rapidement été compromise de par la rigidité et le manque d'extensibilité des outils actuels pour le développement d'interfaces. C'est pourquoi nous proposons aussi dans cette thèse un nouveau modèle d'architecture logicielle plus flexible et dynamique, qui, une fois réalisé dans la boîte à outils MAGGLITE, nous a permis de faciliter et d'encourager le prototypage et la réalisation d'interactions avancées.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'Interaction Homme-Machine (IHM). Nous explorons trois thèmes de recherche : les IHM sur Supports Mobiles, les Collecticiels et les Systèmes Mixtes. Dans ce cadre, nous visons à définir, concevoir (conception ergonomique et logicielle) et comprendre l'usage des systèmes mixtes collaboratifs sur supports mobiles (SMCSM). Les contributions de cette thèse couvrent le cycle de vie des interfaces. Tout d'abord, pour la phase d'analyse des besoins, nous élaborons une définition et une caractérisation des SMCSM. Nous montrons ainsi que de tels systèmes ne sont pas qu'une simple juxtaposition des trois thèmes. Nous identifions alors un nouveau découpage espace-temps et la dynamique des liens entre les mondes physique et numérique. Ensuite, pour la phase de conception ergonomique, nous développons une démarche de conception basée sur les scénarios en collaboration avec des psychologues-ergonomes. Nous définissons une notation de conception afin de représenter les scénarios projetés, qui décrivent l'utilisation de la future interface. Puis, pour la phase de conception logicielle, nous décrivons un modèle d'architecture pour les SMCSM. Nous adaptons le modèle PAC-Amodeus aux les collecticiels en explicitant les traitements informatiques des données contextuelles (localisation, orientation, etc.). De plus, nous développons trois techniques d'interaction générales sur une plate-forme matérielle dédiée aux SMCSM. Enfin, nous réalisons deux SMCSM : MAGIC, un système dédié à la fouille archéologique et TROC, un jeu d'échange. Nous rapportons les résultats de deux séries d'expériences menées avec le système TROC.

La réalité virtuelle est une discipline qui se situe à la croisée de plusieurs domaines tels que l'infographie, la simulation, la téléopération, le travail collaboratif, etc. L'interaction 3D est la composante motrice de la réalité virtuelle. Elle permet à l'utilisateur d'interagir avec les entités de l'environnement virtuel. Il existe différentes techniques d'interaction 3D qui sont dédiées aux différentes tâches d'interaction 3D à savoir la navigation, la sélection, la manipulation et le contrôle d'application. En général, la technique utilisée cherche à accomplir une tâche d'interaction 3D sans prendre en considération les exigences des environnements dédies pour la téléopération et les environnements collaboratifs. Les tâches de téléopération doivent respecter un certain nombre de contraintes, qui sont : des sélections et des manipulations sécurisées et précises. Les environnements collaboratifs sont des mondes dans lesquels les utilisateurs interagissent ensemble pour réaliser des tâches communes. La complexité de ces environnements est liée à l'interaction d'un groupe d'utilisateurs avec des entités partagées. <br />L'objectif de ce travail est de modéliser, de concevoir, d'implémenter et d'évaluer un système d'assistance à l'interaction 3D mono-utilisateur et multi-utilisateurs. Notre concept est centré sur l'utilisateur et ses intérêts dans le monde virtuel, il est basé sur le principe d'anticipation du geste de l'utilisateur par l'assistance de ce dernier. Notre système d'assistance peut être considéré comme un moyen de contourner les limitations de certaines techniques d'interaction 3D classiques afin de les rendre utilisables dans des contextes différents.

Le domaine de l’informatique 3D est vaste, contenant de nombreuses directions de recherche possible. Une de ces directions est la numérisation d’objetsréels, via des scanners. De nombreux objectifs peuvent requérir cela, de l’affichage et de l’interaction avec le modèle dans un environnement 3D comme un jeu vidéo à l’analyse dudit modèle pour de la rétro-ingénierie, comme l’analyse de l’évolution de l’objet dans le temps pour de la maintenance. Le problème est alors d’être capable de traiter les modèles ainsi acquis. Cette thèse se focalise plus particulièrement sur les modèles de bâtiments acquis à l’aide d’un scanner laser, résultant en un nuage de points 3D. Le processus d’acquisition n’étant pas parfait, le modèle obtenu comporte des défauts comme des trous ou du bruit. Notre première contribution est alors de pouvoir sélectionner une partie de ce nuage de points, dans le but par exemple de cibler des traitements. Le principe est de faire une sélection par étape en créant un volume formé d’une succession de contours de forme libre. Des tests expérimentaux ont montré que cette technique est efficace et préférée par rapport aux deux autres techniques de sélection testées. Notre deuxième contribution est un processus visant à corriger les défauts dus à l’acquisition du modèle. Pour cela, le processus se base sur d’autres sources contenant des informations sur l’objet représenté pour détecter un ensemble de zones contenant des problèmes. Il essaie ensuite autant que possible de prendre automatiquement des décisions pour la correction, mais laisse toujours le choix final à un utilisateur. Les résultats montrent que le modèle obtenu est d’une bien meilleure qualité visuelle. / The computer science field is vast, containing numerous areas of possible research focus. One of those areas is the transposition of real objects in 3D worlds, using scanners. A variety of goals can need such a step, from displaying and interacting with the resulting model in a 3D environment such as a video game to analyzing that model for retro-engineering, such as analyzing the evolution in time of the object for maintenance. The problem then becomes to be capable to treat the models thus acquired. This thesis focuses more particularly on models of building, acquired with a laser scanner, giving a 3D point cloud. The acquisition process being not perfect, the resulting model contains defects such as holes or noise. Our first contribution is then to enable a user to select a part of the cloud, for example to target treatments. The principle is to perform the selection in several steps by creating a volume composed of successive free-formed outlines. Experimental tests showed that this technique is effective and preferred to the two other compared selection techniques. Our second contribution is a process aiming at correcting the defects caused by the acquisition. To that end, the process bases itself on other sources having information on the represented object to detect a set of areas containing problems. It tries then as much as possible to take automatic decisions to correct the problems, but always leaves the final choice to a user. The experiment showed the the resulting model looks much better.

La présente thèse a pour but d'approfondir l'étude du geste dans le cadre de l'interaction Homme Machine. Il s'agit de créer de nouveaux paradigmes d'interaction qui offrent à l'utilisateur de plus amples possibilités d'expression basées sur le geste. Un des vecteurs d'expression du geste, très rarement traité en Interaction Homme Machine, qui lui confère sa coloration et son aspect, est ce que les théoriciens et praticiens de la danse appellent " les qualités de mouvement ". Nous mettons à profit des collaborations avec le domaine de la danse pour étudier la notion de qualités de mouvement et l'intégrer à des paradigmes d'interaction gestuelle. Notre travail analyse les apports de l'intégration des qualités de mouvement comme modalité d'interaction, fournit les outils propices à l'élaboration de cette intégration (en termes de méthodes d'analyse, de visualisation et de contrôle gestuel), en développe et évalue certaines techniques d'interaction.Les contributions de la thèse se situent d'abord dans la formalisation de la notion de qualités de mouvement et l'évaluation de son intégration dans un dispositif interactif en termes d'expérience utilisateur. Sur le plan de la visualisation des qualités de mouvement, les travaux menés pendant la thèse ont permis de démontrer que les modèles physiques masses-ressorts offrent de grandes possibilités de simulation de comportements dynamiques et de contrôle en temps réel. Sur le plan de l'analyse, la thèse a permis de développer des approches novatrices de reconnaissance automatique des qualités de mouvement de l'utilisateur. Enfin, à partir des approches d'analyse et de visualisation des qualités de mouvement, la thèse a donné lieu à l'implémentation d'un ensemble de techniques d'interaction. Elle a appliqué et évalué ses techniques dans le contexte de la pédagogie de la danse et de la performance.

Cette thèse présente BodyScape, un espace de conception prenant en compte l’engagement corporel de l’utilisateur dans l’interaction. BodyScape décrit la façon dont les utilisateurs coordonnent les mouvements de, et entre leurs membres, lorsqu’ils interagissent avec divers dispositifs d’entrée et entre plusieurs surfaces d’affichage. Il introduit une notation graphique pour l’analyse des techniques d’interaction en termes (1) d’assemblages de moteurs, qui accomplissent une tâche d’interaction atomique (assemblages de moteurs d’entrée), ou qui positionnent le corps pour percevoir les sorties du système (assemblages de moteurs de sortie); (2) de coordination des mouvements de ces assemblages de moteurs, relativement au corps de l’utilisateur ou à son environnement interactif.Nous avons appliqué BodyScape à : 1) la caractérisation du rôle du support dans l’étude de nouvelles interactions bimanuelles pour dispositifs mobiles; 2) l’analyse des effets de mouvements concurrents lorsque l’interaction et son support impliquent le même membre; et 3) la comparaison de douze techniques d’interaction multi-échelle afin d’évaluer le rôle du guidage et des interférences sur la performance.La caractérisation des interaction avec BodyScape clarifie le rôle du support des dispositifs d’interaction sur l’équilibre de l’utilisateur, et donc sur le confort d’utilisation et la performance qui en découlent. L’espace de conception permet aussi aux concepteurs d’interactions d’identifier des situations dans lesquelles des mouvements peuvent interférer entre eux et donc diminuer performance et confort. Enfin, BodyScape révèle les compromis à considérer a priori lors de la combinaison de plusieurs techniques d’interaction, permettant l’analyse et la génération de techniques d’interaction variées pour les environnements multi-surfaces.Plus généralement, cette thèse défend l’idée qu’en adoptant une approche centrée sur les fonctions corporelles engagées au cours de l’interaction, il est possible de maîtriser la complexité de la conception de techniques d’interaction dans les environnements multi-surfaces, mais aussi dans un cadre plus général. / This thesis introduces BodyScape, a body-centric framework that accounts for how users coordinate their movements within and across their own limbs in order to interact with a wide range of devices, across multiple surfaces. It introduces a graphical notation that describes interaction techniques in terms of (1) motor assemblies responsible for performing a control task (input motor assembly) or bringing the body into a position to visually perceive output (output motor assembly), and (2) the movement coordination of motor assemblies, relative to the body or fixed in the world, with respect to the interactive environment. This thesis applies BodyScape to 1) investigate the role of support in a set of novel bimanual interaction techniques for hand-held devices, 2) analyze the competing effect across multiple input movements, and 3) compare twelve pan-and-zoom techniques on a wall-sized display to determine the roles of guidance and interference on performance. Using BodyScape to characterize interaction clarifies the role of device support on the user's balance and subsequent comfort and performance. It allows designers to identify situations in which multiple body movements interfere with each other, with a corresponding decrease in performance. Finally, it highlights the trade-offs among different combinations of techniques, enabling the analysis and generation of a variety of multi-surface interaction techniques. I argue that including a body-centric perspective when defining interaction techniques is essential for addressing the combinatorial explosion of interactive devices in multi-surface environments.