It is proposed to investigate the cognitive processes involved in assembly/disassembly tasks, and then to apply the findings to the design of 3D virtual environments (VEs). Virtual Environments are interactive systems that enable one or more users to interact with the simulation of objects and scenes usually in three dimensions, in a realistic fashion, by means of a set of computational techniques covering one or more sensory modalities (vision, touch, haptic, hearing, etc.). Often described as the ultimate direct manipulation interface, this technology seeks to make the interface eventually 'disappear' in order to provide users with a 'natural' mode of interaction. Virtual reality (VR) is the experience of being within a VE. One objective of the VR technology is indeed to exploit natural human behaviour without requiring any learning from their users [Fuchs2003], [Bowman2005]. Moreover, VEs are a stimulating field of research because they involve perceptually and cognitively novel situations [Burkhardt2003]. VEs also offer a large potential of innovative solutions to existing application problems. Among others, assembly tasks are a major focus for VEs [Boud2000], [Brooks1999], [Lok2003‐a], [Lok2003‐b], due to their numerous potential applications, such as assembly/disassembly of objects, scientific research (e.g., molecular docking [Ferey2009] etc.). The common feature in VEs is the use of representations and devices to support the users in handling and arranging several distinct elements in a three dimensional (3D) space under specific constraints. Most of the current devices and interaction techniques have focused on providing users with high‐fidelity sensory stimulations, rather than targeting real‐life or task‐centred functions associated with the corresponding interfaces. While many contributions have been made to the field of VR, there are only few empirical data that have been published. We believe that it is very unlikely that more adapted VEs and assistance to users' task - in the specific context of assembly tasks - will follow either just by chance [Brooks1999], by making repeated trials, by tuning what we already have at hand, or by more realistic sensory renderings, without any reference to the 'specific properties of the tasks' including its cognitive dimension. Consequently, a clear picture of the cognitive processes and constraints in real tasks involving spatial manipulation should lead to a significant enhancement of the users' interactions with VEs. This enhancement can be made by creating better or new guidance mechanisms (e.g., video feedback, object collision detection, or avoidance mechanisms) adapted to the users' goals and strategies. This project thus involves work both from the cognitive side and its implications on 3D interactions in industrial VEs. The objective of this doctoral work is to contribute to a better understanding of human factors (HF) - including performance and cognitive processes - related to assisting spatial 3D manipulation and problem‐solving in assembly/disassembly tasks in VEs. For that purpose, we compared performance and strategies of subjects while they solve a simplified spatial task requiring them to assemble pieces to form a specified shape in various conditions of interfacing actions in real and virtual environments. The assembly task chosen was neither very easy such as put peg‐in‐a‐hole type task, as in [Zhang2005], [Pettinaro1999], or [Unger2001], nor highly complex and specific, such as performing open heart or liver surgery [Torkington2001] (one whose results could be applied only to that specific kind of task). The chosen task was semi‐complex, in which the users were required to construct a 3D cube using seven rectangular blocks of different sizes and shapes. The methodology used had two tiers: real and virtual. For the chosen assembly task, a study was first conducted in real settings, which was to provide inspiration, input, and insight for the main experiment to follow. The main experiment that followed was similar in design, but the difference was that it was conducted in virtual settings. The experiment in virtual settings was conducted in three modalities - the classical keyboard‐mouse, the gestural modality, and the vocal modality.

La puissance de calcul disponible poursuit sa progression exponentielle mais en offrant plus de parallélisme. Cette progression de la puissance disponible peut être mise à profit pour rendre interactifs certains calculs. La structure et les objectifs de l'application diffèrent alors sensiblement de ceux du calcul intensif traditionnel. Le rôle de l'utilisateur devient central. Il motive le recours à des périphériques d'entrée et sortie avancés, impose des contraintes de cohérence, de latence, de fréquence. Nous présentons les résultats de nos travaux sur ce thème du calcul interactif haute performance. Nous abordons les problèmes de rendu graphique haute performance en environnement multi-projecteurs, de la conception d'un intergiciel adapté à ce type d'application, ainsi que de la reconstruction interactive 3D multi-caméras. Ces recherches ont donné lieu à la suite logicielle FlowVR et au développement d'applications interactives ambitieuses sur la plate-forme Grimage.

L'objet de cette thèse est la perception dans les environnements immersifs de jeux de données complexes, une des applications est la visualisation scientifique de données volumiques scalaires issues de simulations de modèles physiques. Un exemple classique de ceci est la distribution de températures à l'intérieur d'un habitacle de véhicule.Dans la première partie de ce travail, notre objectif est d'étudier les limites perceptives dans le cadre d'un rendu volumétrique de données scientifiques dans un système de réalité virtuelle offrant la vision en stéréoscopie, et le suivi du point de vue de l'utilisateur. Nous étudions l'effet sur la perception de l'utilisateur de trois facteurs principaux : la taille des points utilisés pour le rendu, la densité du nuage de points, et enfin la position par rapport à l'utilisateur du premier plan de coupe. Nous présentons une étude dans laquelle une tâche de pointage est proposée à un ensemble d'utilisateurs. Les déplacements de celui-ci ainsi que les performances de pointage sont mesurées. L'étude a permis d'évaluer l'impact des paramètres de rendu du nuage de points et proposer un rendu améliorant la perception.La seconde partie du travail propose d'ajouter une dimension interactive à la première approche en permettant à l'utilisateur d'explorer plus activement la scène. L'hypothèse d'une meilleure compréhension des données par l'action est ici mise en avant. Nous évaluons une méthode d'interaction et quatre méthodes de rendu associées. L'approche proposée est de n'afficher qu'un sous ensemble des données volumiques, en l'occurrence des isosurfaces, et de permettre à l'utilisateur de naviguer par une gestuelle naturelle et interactive dans l'ensemble des isosurfaces du jeu de données explorées, dans cadre de manipulation directe. Une nouvelle étude est proposée, dans laquelle l'utilisateur doit effectuer une tâche de recherche et de pointage d'une propriété locale dans un jeu de températures 3D. Cette étude a permis de choisir une méthode de rendu adaptée à l'affichage immersif d'isosurfaces et de valider l'approche interactive pour l'exploration de données.

Les jeunes adolescents développent une conduite de socialisation traversée par différents modes d'interactions et de registres actifs non seulement dans l'espace physique et matériel, mais aussi dans l'environnement virtuel. En effet, même si les jeunes sont seuls devant un système technique, l'environnement virtuel leurs permet de socialiser, c'est-à-dire que les sensations qu'ils ressentent leur donnent l'impression de « présence » de l'autre. Or, nous supposons -tout comme les chercheurs en réalité virtuelle -que la sensation d'immersion est l'illusion, ou la croyance, qu'a l'utilisateur d'être transporté ailleurs, tandis que l'état de présence interne est l'impression de présence de l'utilisateur dans l'environnement virtuel. Mais quel est cet endroit dans lequel le jeune utilisateur a l' impression d'être transporté alors qu'il clavarde ou qu'il joue avec d'autres dans l'environnement virtuel? Comment les jeunes peuvent-ils reconnaître les autres dans l'environnement virtuel? Est-ce que les représentations mentales des jeunes construites à partir des perceptions et sensations de l'espace physique sont transférées vers des actions possibles dans l'environnement virtuel? Dans le but de répondre à nos questions, nous avons étudié les deux approches élaborées par les chercheurs en réalité virtuelle. Toutefois, notre étude s'est révélée non concluante. En effet, il semble que la position défendue par les chercheurs est fondée sur l'idée que l'espace n'est valable que pour la réalité extérieure. Ainsi, avons-nous décidé d'explorer deux autres théories fondées sur l'intentionnalité de conscience et la psychologie de l'image. En outre, c'est à partir de certaines idées de l'esquisse d'une théorie des émotions de Jean-Paul Sartre (1938) et de l'espace de représentation de Mario Robriguez Cobos, Silo (1995) que nous avons résolu notre problème. En fait, notre étude nous a permis de concevoir un nouveau modèle conceptuel incluant les concepts suivants: le registre d'immersion, l'état de présence interne, les registres de coprésence et la reconnaissance de l'autre. Finalement, afin de valider notre modèle, nous avons opérationnalisé nos concepts et les avons confrontés à notre compilation de données d'entretiens de groupes, que nous avons recueillis auprès des jeunes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Immersion, Présence, Registre, Coprésence, Intentionnalité de la conscience, Réalité virtuelle, Jeunes, Socialisation.

La classe en réalité virtuelle est un programme informatique permettant à l'enfant d'interagir avec un environnement virtuel multimédia. L'enfant est immergé dans l'environnement virtuel à l'aide d'un casque sur lequel sont attachés des lunettes de réalité virtuelle et des écouteurs qui fournissent l'environnement visuel et auditif qui crée ce monde virtuel. Un troisième dispositif est attaché au casque et permet à l'enfant d'explorer l'espace virtuel dans les trois dimensions. Ce système de détection des mouvements « Intertrax » mesure l'orientation de la tête pendant que l'enfant explore la classe virtuelle et permet au programme de fournir simultanément les stimuli appropriés. Un test de performance continue est présenté sur le tableau situé à l'avant de la classe virtuelle. Des distractions visuelles et auditives sont présentées pendant l'exécution de la tâche. Tout comme le test de performance continue de Conners (CPT), la classe virtuelle enregistre les temps de réaction ainsi que les erreurs de commissions et d'omissions. Le système de détection enregistre les mouvements de tête de l'enfant permettant de documenter le nombre de fois que l'enfant a détourné son attention de la tâche présentée sur le tableau pour regarder ailleurs dans la classe. De plus, les temps précis auxquels se sont produits les erreurs de commissions ou d'omission sont enregistrés, permettant à l'examinateur d'associer une erreur éventuelle à une distraction dans le monde virtuel. La classe virtuelle a été développée à l'Université Southern California. L'enfant doit exécuter un test de performance continue dont les stimuli (sous forme de lettres) sont présentés au tableau à l'avant de la classe. Les instructions sont données par l'enseignante virtuelle et l'enfant a un temps de pratique avant la tâche pour se familiariser avec l'environnement virtuel. La tâche dure six minutes et les données sont réparties sur trois blocs de temps égaux. La classe virtuelle a l'avantage d'être plus représentative de la performance de l'enfant dans la vie de tous les jours comparativement à l'administration de tests neuropsychologiques traditionnels. Afin de bien performer, l'enfant doit maintenir son attention sur la tâche et ignorer les distractions présentées au cours de la tâche.

Le monde des jeux vidéo en ligne est souvent considéré comme mystérieux par le grand public qui n'a jamais joué à de tels jeux. Beaucoup de personnes ne connaissent ces univers virtuels que par ce qu'ils voient dans les médias. Or, ces derniers ne parlent des jeux en ligne que lorsque quelque chose hors du commun s'y produit. Ainsi, lorsqu'un joueur témoigne de sa dépendance à ces jeux ou qu'un autre se suicide, les médias en profitent pour dénoncer les risques «évidents» que ces jeux apportent. N'étant pas immunisés à ces histoires, nous avons entrepris de faire une recherche afin d'explorer le phénomène des jeux en ligne. Nous voulions voir s'il était possible que les joueurs ayant un faible réseau social, y soit plus enclin à devenir dépendant. Notre enquête nous a fait découvrir un univers virtuel bien différent de ce que nous nous attendions. Nous y avons rencontré des hommes et des femmes de tous âges. Nous avons échangé sur les forums de discussion concernant le jeu, nous nous sommes imprégnés de la communauté virtuelle de Ultima Online. Nous avons découvert que la grande majorité des joueurs semblaient avoir un réseau offrant un soutien social adéquat. De plus, aucun n'avait manifesté de signe d'un comportement pathologique. Il est vrai que certaines personnes semblaient tout de même plus vulnérables que d'autres, mais rien ne nous laisse penser qu'on doit y voir un problème. En même temps, il ne faut pas oublier que notre recherche comportait des limites méthodologiques et il faut donc être prudent et continuer à réfléchir au phénomène. Les jeux en ligne sont de plus en plus populaires. De nouveaux jeux sortent à chaque année. Il est donc important de mieux comprendre l'environnement qu'ils offrent et les impacts possibles sur la vie de ceux qui y jouent. Nous espérons que cette recherche vous fera mieux comprendre un de ces jeux: Ultima Online. ______________________________________________________________________________

Malgré les résultats positifs obtenus dans différentes études sur l'emploi de la réalité virtuelle pour le traitement de troubles de santé mentale, l'utilisation de cette technologie se limite essentiellement au domaine de la recherche. Plusieurs facteurs comme les coûts de l'équipement, l'attitude générale face à la réalité virtuelle ou la facilité d'utilisation perçue pourraient expliquer ce phénomène. Au lieu de présumer des facteurs potentiels associés à l'intention d'utilisation de la réalité virtuelle en clinique, il a été décidé de tester comment le Modèle d'acceptation technologique (MAT; Davis, 1989, 1993; Venkatesh, 2000) pouvait être appliqué à la réalité virtuelle. La puissance du MAT à décrire les variables impliquées dans l'intention d'utilisation d'une technologie a été validée à plusieurs reprises. Le MAT avance que l 'intention d'utilisation d'une technologie spécifique est causée par deux facteurs: la facilité d'utilisation perçue et l'utilité perçue. La facilité d 'utilisatioln perçue étant expliquée par des facteurs comme l'anxiété face à l'ordinateur, l'auto-efficacité, la perception de contrôle externe et la motivation intrinsèque. Le but de l'étude est de documenter empiriquement les facteurs pouvant avoir un impact sur l'intention d'utilisation de la réalité virtuelle dans la pratique clinique. Comme on se doit d'avoir une certaine connaissance de la réalité virtuelle pour exprimer une intention de l'utiliser, une population déjà intéressée à utiliser la réalité virtuelle a été ciblée, Les items classiques développés par Davis pour tester le MAT (1989, 1993) auprès de technologies variées ont été adaptés à la réalité virtuelle dans la pratique clinique. Un facteur coûts perçus a été ajouté au modèle proposé. Il est attendu que cette variable joue un rôle dans l'intention d'utilisation. Comme le MAT s'inspire du Modèle d'action raisonné d' Ajzen et Fishbein (1975), le rôle de l'altitude face à la réalité virtuelle comme agent médiateur entre la facilité d'utilisation perçue et l'utilité perçue sur l'intention d'utilisation. L'échantillon de l'étude comprend 141 répondants (58% femmes), d'âge moyen de 39,6 ans et d'expérience clinique moyenne de 11 ans. Les participants proviennent de milieux de pratique clinique variés: publique (31%), privé (22%), directeurs de cliniques ou de laboratoires (21%), etc. Soixante-cinq pourcent de l'échantillon a rempli une version électronique du questionnaire et 35% une version papier. La consistance interne des différentes sous-échelles étaient excellentes (α > .80 to .90). Des analyses d'équation structurelle, faites à l'aide du programme EQS, ont permis de constater que le modèle obtenu possédait de bons indices d'adéquation (NFI = .90, CFI = .98, RMSEA = .045) et que les résultats significatifs de chaque paramètre du MAT révèlent que l'intention d'utilisation de la réalité virtuelle est directement et seulement causée par l'utilité perçue (.95, p < .001). La facilité d'utilisation perçue est significativement causée par les caractéristiques du thérapeute (perception de contrôle externe, anxiété face à l'ordinateur la motivation intrinsèque) et en retour cause de façon significative l'utilité perçue (.78, p< .001). La relation directe entre facilité d'utilisation perçue et l'intention d'utilisation ne s'est pas avérée significative. Les résultats démontrent que l'intention d'utilisation de la réalité virtuelle est exclusivement prédite par l'utilité perçue. D'autres facteurs comme les coûts, l'attitude face à la réalité virtuelle et l'anxiété face à l'ordinateur ne jouent pas un rôle signification dans la décision du clinicien favorable à la réalité virtuelle d'inclure cette technologie dans sa pratique. Les résultats doivent orienter les efforts de dissémination de la réalité virtuelle en mettant l'emphase sur l'utilité de cette technologie. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modèle d'acceptation technologique, Réalité virtuelle, Psychologie, Clinique, Traitement.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Spezifikation und den Entwurf eines Systems der Virtuellen Realitaet. Das Verhalten der Objekte in diesem System basiert dabei auf ausgewählten physikalischen Gesetzmaessigkeiten. Es wurde eine kurze Analyse der am Lehrstuhl verfuegbaren Soft- und Hardware durchgefuehrt, um einen Ausgangspunkt fuer die weiteren Betrachtungen zu gewinnen. Bei Spezifikation und Entwurf des Basissystems wurde Wert auf ein strukturiertes Vorgehen, einen modularen Aufbau und eine gute Erweiterbarkeit für spaetere Arbeiten gelegt. Der praktische Teil der Arbeit realisiert die Implementation eines Experimentalsystems auf einem IBM-kompatiblen Computer unter dem Betriebssystem WindowsNT und der Entwicklungs- umgebung VisualC++ 4.0.

Thèse de doctorat--Informatique et réseaux--Paris--ENST, 2006. / Bibliogr. p. 205-224. Résumé en anglais et en français. Index.

Thesis--Ekonomisk-statsvetenskapliga fakulteten--Åbo Akademi University, 2006. / Bibliogr. p. 327-386.