La construction montre un retard de productivité par rapport à l’industrie. Pour y remédier, le monde de la construction met en place le processus BIM (Building Information Modeling). Celui-ci repose sur l’utilisation d’une maquette numérique 3D, reproduction du bâtiment, contenant toutes les informations nécessaires à sa réalisation. Cependant, les ingénieurs ont remonté des difficultés dans l’utilisation du BIM. La maquette contient énormément d’éléments provenant de plusieurs intervenants. Le côté collaboratif de la réalisation d’un bâtiment n’est pas pris en considération, les éléments ne sont pas classés par corps de métier, tous les corps de métier travaillent sur la même maquette. Le processus BIM propose la même méthode de travail aux différents types de métiers de la construction. Cette thèse propose une méthodologie d’interaction adaptée aux maquettes numériques de bâtiments. Le but est d’offrir un environnement adapté à tout type de métier du bâtiment tout en respectant des procédés de conception actuelle. Ce travail propose une étude sur la visualisation des connaissances métiers ainsi qu’une interaction avec des dispositifs immersifs pour la construction. Dans un premier temps, ce manuscrit propose d’étudier la classification des divers éléments d’une maquette BIM en utilisant l’apprentissage automatique, assister la visualisation des données en utilisant les modèles de saillance et une interface reposant sur la collaboration. Dans un second temps, deux salles de réalité virtuelle dédiées à la construction seront décrites. Plusieurs applications immersives développées seront présentées. / The construction show a lack of efficiency to compare to other industries. This is explained by the insufficiency to computerize the design of building. In answer, the world of architecture set up a new process called BIM (Building Information Modeling). This process is based on a3D virtual mock up containing every information needed for the construction. During the implementation of this process, difficulties of interaction has been noted by the BIM users.BIM models are hard to observe and manage, explained by the fact that these models contain a large amount of information. Moreover, the collaborative idea of the BIM is not considered in the actual method. BIM process proposes the same scheme for all the construction profile. This thesis proposes an adapted methodology of interaction for the inspection of architectural projects, using artificial intelligence tools or more particularly virtual reality technologies. The purpose is to offer an adapted environment, considering the profile of each BIM user, while keeping the actual design method. Firstly, this document describes the creation of virtual reality rooms dedicated to the construction. Secondly, it deals with the development of algorithms allowing the classification of components from BIM model, an adaptive system of visualization and a process to handle the model. These development are based on the consideration of the profile of the user, the trade of the user.

Die Wandelbarkeit von Anlagen im Kontext der Industrie 4.0 führt dazu, dass zukünftig Fertigungsmodule unterschiedlicher Hersteller interagieren müssen – es entsteht eine heterogene Modullandschaft. Das erfordert Lösungen für die automatisierungstechnische Einbindung und den flexiblen Austausch von weiteren, herstellerfremden und bislang unbekannten Modulen. Es werden Lösungskonzepte zur Umsetzung eines strukturierten und herstellerunabhängigen Engineering-Konzepts für Plug & Produce in einer heterogenen Landschaft von Fertigungsmodulen benötigt. Im Rahmen dieser Arbeit stellen die Autoren eine Architektur vor, wie dieses Ziel erreicht werden kann. Der Fokus liegt dabei auf der Steuerungsarchitektur, der Informationsmodellierung und der Virtuellen Inbetriebnahme als Grundlage für das gemischt real-virtuelle Engineering. Das vorgestellte Konzept basiert auf einer Anforderungsanalyse und ist prototypisch umgesetzt.

Die Masterarbeit untersucht, inwiefern sich virtuelle Panoramatouren, welche mit der Software H5P erstellt werden, zur Vorbereitung auf Hochschulpraktika eignen. Neben lerntheoretischen Grundlagen betrachtet die Arbeit daher insbesondere den Forschungsstand zum E-Learning mit virtuellen Touren. Weiterhin stellt sie die E-Learning-Software H5P vor. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Inhaltstyp »Virtuelle Tour (360°) (Virtual Tour)«. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Konzeption und prototypische Entwicklung einer solchen virtuellen Tour zur Praktikumsvorbereitung. Der Prototyp wird weiterhin evaluiert. Basierend auf den Ergebnissen der Untersuchung werden Empfehlungen zum Einsatz des H5P-Inhaltstyps »Virtuelle Tour (360°) (Virtual Tour)« in der Praktikumsvorbereitung abgeleitet.:Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Teil I Lernen mit virtuellen Touren: Grundlagen und Stand der Forschung 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Ziele der Arbeit 1.3 Methodisches Vorgehen und Aufbau der Arbeit 2 Begriffe 2.1 Lernen 2.2 E-Learning 2.3 Virtuelle Touren 2.4 H5P 2.5 Praktikum 3 Grundlagen der Lernforschung 3.1 Lerntheorien 3.2 Kognitive Aspekte des Lernens 3.3 Situiertes Lernen 3.4 Motivationale Aspekte des Lernens 4 E-Learning mit virtuellen Touren 4.1 Präsenz und Immersion 4.2 Forschungsstand: E-Learning mit virtuellen Touren 4.3 Virtuelle Panoramatouren 5 Die Software H5P 5.1 Einordnung in die Geschichte des E-Learnings 5.2 H5P-Inhaltstyp »Virtuelle Tour (360°) (Virtual Tour)« Teil II Konzeption, prototypische Entwicklung und Evaluation einer virtuellen Panoramatour zur Praktikumsvorbereitung 6 Vorgehensweise 6.1 Panoramatour zur Vorbereitung auf Praktika im Drucksaal 6.2 Definition von Anforderungen 6.3 Methodisches Vorgehen 7 Konzeptions- und Entwicklungsprozess 7.1 Konzeption der Tour 7.2 Umsetzung des Prototyps 8 Evaluierung des Prototyps 8.1 Vorbereitung 8.2 Durchführung 8.3 Auswertung und Diskussion der Ergebnisse 8.4 Methodenkritik 8.5 Schlussfolgerungen 9 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang Inhaltsverzeichnis USB -Stick Eidesstaatliche Erklärung / This master thesis examines to what extent virtual panoramic tours, which are created with the software H5P, are suitable for the preparation of university practical courses. In addition to learning theoretical basics, the thesis therefore reviews the state of research on e-learning with virtual tours. Furthermore, it provides an insight into the e-learning software H5P. Special attention is given to the content type 'Virtual Tour (360°) (Virtual Tour)'. The focus of the work is the conception and prototypical development of such a virtual tour for internship preparation. Furthermore the prototype is evaluated. Based on the results of the study, recommendations for the use of the H5P content type 'Virtual Tour (360°)' in internship pre-training are derived.:Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Teil I Lernen mit virtuellen Touren: Grundlagen und Stand der Forschung 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Ziele der Arbeit 1.3 Methodisches Vorgehen und Aufbau der Arbeit 2 Begriffe 2.1 Lernen 2.2 E-Learning 2.3 Virtuelle Touren 2.4 H5P 2.5 Praktikum 3 Grundlagen der Lernforschung 3.1 Lerntheorien 3.2 Kognitive Aspekte des Lernens 3.3 Situiertes Lernen 3.4 Motivationale Aspekte des Lernens 4 E-Learning mit virtuellen Touren 4.1 Präsenz und Immersion 4.2 Forschungsstand: E-Learning mit virtuellen Touren 4.3 Virtuelle Panoramatouren 5 Die Software H5P 5.1 Einordnung in die Geschichte des E-Learnings 5.2 H5P-Inhaltstyp »Virtuelle Tour (360°) (Virtual Tour)« Teil II Konzeption, prototypische Entwicklung und Evaluation einer virtuellen Panoramatour zur Praktikumsvorbereitung 6 Vorgehensweise 6.1 Panoramatour zur Vorbereitung auf Praktika im Drucksaal 6.2 Definition von Anforderungen 6.3 Methodisches Vorgehen 7 Konzeptions- und Entwicklungsprozess 7.1 Konzeption der Tour 7.2 Umsetzung des Prototyps 8 Evaluierung des Prototyps 8.1 Vorbereitung 8.2 Durchführung 8.3 Auswertung und Diskussion der Ergebnisse 8.4 Methodenkritik 8.5 Schlussfolgerungen 9 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang Inhaltsverzeichnis USB -Stick Eidesstaatliche Erklärung

People who suffer Social Anxiety Disorder (SAD) are under substantial personal distress and endure impaired normal functioning in at least some parts of everyday life. Next, to the personal suffering, there are also the immense public health costs to consider, as SAD is the most common anxiety disorder and thereby one of the major psychiatric disorders in general. Over the last years, fundamental research found cognitive factors as essential components in the development and maintenance of social fears. Following leading cognitive models, avoidance behaviors are thought to be an important factor in maintaining the developed social anxieties. Therefore, this thesis aims to deepen the knowledge of avoidance behaviors exhibited in social anxiety, which allows to get a better understanding of how SAD is maintained. To reach this goal three studies were conducted, each using a different research approach. In the first study cutting-edge Virtual Reality (VR) equipment was used to immerse participants in a virtual environment. In this virtual setting, High Socially Anxious (HSA) individuals and matched controls had to execute a social Approach-Avoidance Task (AAT). In the task, participants had to pass a virtual person displaying neutral or angry facial expressions. By using a highly immersive VR apparatus, the first described study took the initial step in establishing a new VR task for the implicit research on social approach-avoidance behaviors. By moving freely through a VR environment, participants experienced near real-life social situations. By tracking body and head movements, physical and attentional approach-avoidance processes were studied. The second study looked at differences in attention shifts initiated by gaze-cues of neutral or emotional faces. Comparing HSA and controls, enabled a closer look at attention re-allocation with special focus on social stimuli. Further, context conditioning was used to compare task performance in a safe and in a threatening environment. Next to behavioral performance, the study also investigated neural activity using Electroencephalography (EEG) primarily looking at the N2pc component. In the third study, eye movements of HSA and Low Socially Anxious (LSA) were analyzed using an eye-tracking apparatus while participants executed a computer task. The participants’ tasks consisted of the detection of either social or non-social stimuli in complex visual settings. The study intended to compare attention shifts towards social components between these two tasks and how high levels of social anxiety influence them. In other words, the measurements of eye movements enabled the investigation to what extent social attention is task-dependent and how it is influenced by social anxiety. With the three described studies, three different approaches were used to get an in-depth understanding of what avoidance behaviors in SAD are and to which extent they are exhibited. Overall, the results showed that HSA individuals exhibited exaggerated physical and attentional avoidance behavior. Furthermore, the results highlighted that the task profoundly influences attention allocation. Finally, all evidence indicates that avoidance behaviors in SAD are exceedingly complex. They are not merely based on the fear of a particular stimulus, but rather involve highly compound cognitive processes, which surpass the simple avoidance of threatening stimuli. To conclude, it is essential that further research is conducted with special focus on SAD, its maintaining factors, and the influence of the chosen research task and method. / Menschen, die unter einer sozialen Angststörung leiden, stehen unter erheblicher persönlicher Belastung und leiden teilweise unter Beeinträchtigung der normalen Funktionsfähigkeit. Neben den persönlichen Belastungen sind auch die immensen Kosten für das Gesundheitswesen zu berücksichtigen, da die soziale Angststörung eine der häufigsten psychiatrischen Störungen ist. Die Grundlagenforschung hat kognitive Faktoren als wesentliche Komponenten bei der Entwicklung und Aufrechterhaltung sozialer Ängste identifiziert. Nach führenden kognitiven Modellen wird angenommen, dass Vermeidungsverhalten ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung der entwickelten sozialen Ängste ist. Die vorliegende Arbeit hatte als Ziel, einen tieferen Einblick in das Vermeidungs- verhalten von sozial Ängstlichen zu bekommen, um ein umfangreicheres Verständnis für die Aufrechterhaltung von sozialen Angststörungen zu bekommen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden drei Studien durchgeführt. In der ersten Studie wurde modernstes Virtual Reality (VR) Equipment eingesetzt, um die Versuchsteilnehmer in eine virtuelle Umgebung eintauchen zu lassen. In dieser virtuellen Realität mussten Hoch-Sozialängstliche (HSÄ) und Kontrollprobanden einen sozialen Approach-Avoidance Task (AAT) durchführen. In dieser Aufgabe mussten die Teilnehmer eine virtuelle Person passieren, welche einen neutralen oder wüten- den Gesichtsausdruck zeigte. Mit der Verwendung eines hochgradig immersiven VR Systems, unternahm die Studie den ersten Schritt zur Etablierung einer neuartigen VR Aufgabe für die implizite Erforschung des Verhaltens bei sozialer Vermeidung. Mithilfe von nahezu unbeschränkter Bewegung, durch eine virtuelle Umgebung, er- lebten die Teilnehmer realitätsnahe soziale Situationen. Die zweite Studie untersuchte Unterschiede in der Aufmerksamkeitsverschiebung, die durch die Beobachtung von neutralen oder emotionalen Gesichtern aus- gelöst wurde. Hierbei wurde das Verhalten von HSÄ und Niedrig-Sozialängstliche (NSÄ) verglichen, um den Einfluss von sozialer Ängstlichkeit bei Neuzuweisung von Aufmerksamkeit in Bezug auf soziale Reize zu messen. Zusätzlich wurde Kontextkonditionierung verwendet, um die Aufmerksamkeitsverschiebung in einer sicheren und einer bedrohlichen Umgebung zu vergleichen. Neben dem Aufmerksamkeitsverhalten untersuchte die Studie auch die neuronale Aktivität mittels Electroencephalography (EEG), wobei vor allem die N2pc-Komponente untersucht wurde. In der dritten Studie wurden die Augenbewegungen von HSÄ und NSÄ ana- lysiert, während die Teilnehmer eine Computeraufgabe durchführten. Zu den Auf- gaben, gehörte das Erkennen von sozialen oder nicht-sozialen Reizen in komplexen visuellen Darstellungen. Ziel der Studie war es, Aufmerksamkeitsverschiebungen in Richtung sozialer Komponenten zwischen den beiden Aufgaben zu vergleichen. Darüber hinaus wurde untersucht, welchen Einfluss die soziale Angst auf diesen Prozess hat. Mit anderen Worten, die Messungen der Augenbewegungen ermöglichte zu untersuchen, inwieweit die soziale Aufmerksamkeit aufgabenabhängig ist und wie diese Abhängigkeit von sozialer Angst beeinflusst wird. Mit den drei Studien wurden drei unterschiedliche Ansätze verwendet, um besser zu verstehen, welches Vermeidungsverhalten Individuen mit sozialer Angststörung ausführen und wie ausgeprägt dieses ist. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass HSÄ eine verstärkte Vermeidung im Verhalten und Aufmerksamkeit aufweisen. Darüber hinaus zeigen die Resultate, dass die instruierte Aufgabe einen wesentlichen Einfluss auf die Aufmerksamkeitsverteilung hat. Zusammenfassend deuten alle Ergebnisse darauf hin, dass das Vermeidungsverhalten in der sozialen Angststörung sehr komplex ist. Dieses basiert hierbei nicht einfach nur auf der Angst vor einem bestimmten Reiz, sondern beinhaltet hochkomplexe kognitive Prozesse, die über eine einfache Flucht-Reaktionen hinausgehen. Abschließend ist es unerlässlich, dass weitere Forschungen über die soziale Angststörung, ihre Erhaltungsfaktoren und den Einfluss der gewählten Forschungsaufgabe und -methode durchgeführt werden.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Die Zunahme an Komplexität und Vernetzung von modernen Technologien in Fabriken stellt die zukünftigen Ingenieure und Ingenieurinnen vor größer werdende Herausforderungen. Es ist die Aufgabe, insbesondere der Fachhochschulen, entsprechend praxisorientierte Lehransätze zu realisieren und so die Fachkräfte von morgen auszubilden. Zur Erreichung dieses Ziels stellt dieser Beitrag ein Konzept vor, bei welchem Studierende im Verlauf eines Bachelorstudiums eigenständig wichtige technologische Aspekte einer Smart Factory anwenden und ihre eigene digitale Fabrik erstellen.

Introduction : Les nouvelles technologies qui permettent de capter et d’analyser les mouvements des utilisateurs ne cessent de se développer et représentent un potentiel intéressant dans le domaine de la santé. Grâce à l’essor de ces nouvelles technologies, des systèmes de réalité virtuelle (RV) clefs en main intègrent les services de réadaptation, et les études démontrent leur capacité à optimiser la rééducation motrice et l’évaluation des clients présentant des troubles du contrôle moteur. Le marché de la RV est ainsi en pleine expansion, et l’ajout d’informations haptiques permettant de modéliser les caractéristiques physiques des entités virtuelles représente un intérêt considérable pour améliorer l’écologie des environnements virtuels (EVs) et le transfert des apprentissages aux activités quotidiennes. Toutefois, l’effet de l’ajout de ces informations sur le comportement moteur des sujets demeure très peu connu. L’objectif principal de cette thèse était ainsi d’évaluer l’impact de l’ajout d’informations haptiques, par un mécanisme parallèle entrainé par câbles (robot à câbles), sur le contrôle moteur de sujets sains, lors de la réalisation de tâches complexes et fonctionnelles dans des EVs. Les deux hypothèses principales étaient que cet ajout améliore le contrôle du mouvement lors de tâche de manutention d’objet ayant des contraintes environnementales statiques, et modifie les stratégies locomotrices proactives en présence de contraintes dynamiques. Méthode : Le comportement moteur de participants sains a été analysé lors de la réalisation de deux tâches. En premier lieu, une tâche de manutention de caisse nécessitant la préhension et le déplacement d’une caisse à partir d’une posture debout a été étudiée. Celle-ci a été réalisée dans un environnement réel et dans des EVs, en absence et en présence d’informations haptiques, relatives aux contraintes physiques de l’étagère et de la caisse manipulée, fournies grâce à un robot à câbles (Chapitre 3, N=12). En second lieu, une tâche nécessitant l’évitement d’avatars au cours de la marche sur un tapis roulant a été réalisée en présence et en absence de risque de contact physique avec les avatars, délivré par un robot à câbles (Chapitre 4, N=10). Les EVs étaient vus au travers d’un visiocasque. Résultats : La première étude a démontré une amélioration des paramètres spatiaux du mouvement réalisé dans l’EV en présente d’informations haptiques, au cours des différentes phases de la tâche de manutention (préhension, montée et descente de la caisse). L’organisation spatiale du mouvement était ainsi plus similaire à ce qui était observé dans un environnement réel, avec un meilleur respect des contraintes environnementales (éloignement plus important de la caisse avec l’étagère, trajectoire plus longue). De plus, le contrôle du mouvement était influencé par la demande de précision requise pour ne pas toucher les étagères en présence d’informations haptiques uniquement. La deuxième étude a démontré la mise en place de stratégies motrices plus précautionneuses pour éviter les avatars lors de l’ajout d’informations haptiques. Les participants tendaient à anticiper plus précocement l’évitement des avatars. Ils maintenaient une distance minimale plus importante avec les avatars et conservaient un espace péripersonnel plus large, indépendamment de l’angle d’approche de l’avatar. Conclusion : L’ajout d’informations haptiques dans les EVs impacte les stratégies motrices proactives des participants sains aussi bien lors de la tâche de manutention de caisse que de locomotion avec évitement d’avatars. Les résultats suggèrent que l’ajout d’informations haptiques favorise la prise en compte des entités virtuelles lors de la planification mouvement. Ces informations haptiques imposent en effet des restrictions plus réalistes dans les possibilités d’actions fournies par les EVs, et modifient probablement l’évaluation des conséquences que représente le contact avec les entités virtuelles. Il serait pertinent de poursuivre l’étude de l’influence de ces informations afin de proposer à des clients ayant des déficiences motrices des environnements encore plus écologiques, qui favorisent l’évaluation et la prise en compte des risques implicites que représentent les entités environnementales. / Introduction: New technologies that capture and analyze user movement are constantly developing and represent a great potential in healthcare. Thanks to the recent technological advances, turnkey virtual reality (VR) systems are progressively integrated into the rehabilitation setting, and studies have demonstrated their ability to optimise sensorimotor rehabilitation and clinical assessment of people with motor control disorders. The market for VR is growing and adding haptic feedback that provides physical characteristics to virtual entities represents a great potential to improve the ecological validity of virtual environments (VE) and to the transfer of learning to daily tasks. However, the impact that adding haptic feedback has on motor behavior remains poorly understood. The main objective of this thesis was to assess the impact of adding haptic feedback, using a novel cable-driven parallel robot, on the motor control of healthy participants during complex, functional tasks in VEs. The two mains hypotheses were that haptic feedback improves motor control during a handling task with static environmental constraints and modifies proactive locomotor strategies in the presence of dynamic constraints. Method: The motor behavior of healthy participants was analysed during two tasks. First, a manual handling task was studied during which participants grasped and moved a crate while standing. This task was realised in a real environment and in VEs with the absence and the presence of haptic information. The latter simulated the physical constraints of the shelf and the crate to be manipulated using a cable-driven robot (Chapter 3, N=12). Second, avatar avoidance tasks were realised when participants walked on a self-paced treadmill in the absence and then in the presence of a risk of physical contact with avatars. Contact was simulated by a cable-driven robot (Chapter 4, N=10). VEs were viewed through a head mounted display for all tasks. Results: The first study showed that adding haptic feedback to the VE improved spatial parameters of movement realised in a VE during all phases of movement (reaching, ascent and descent phases). The spatial organisation of movement was closer to those observed in a physical environment, and better respected environmental constraints (higher clearances from the shelf and longer trajectories). Moreover, movement control was influenced by task precision required to avoid any contact with the shelf in the presence of haptic feedback only. The second study demonstrated that when avoiding avatars in VR, more cautious behavior was measured in the presence of potential physical contact. Participants tended to start their avoidance strategy earlier and increased minimum clearance along with a larger personal space regardless of the avatar’s approach angle. Conclusion: Adding haptic feedback in VEs impacts the proactive motor strategies of healthy participants during a manual handling task as well as a locomotor task involving the avoidance of avatars. These results suggest that adding haptic feedback enhances one’s consideration of virtual entities during movement planning. Haptic information imposes more realistic restrictions on the actions afforded by EVs, and likely modifies the perceived consequences of potential contact with virtual entities. It will be important to continue to study the impact of haptic feedback within VEs to provide even more ecological environments to people with motor deficits in order to improve assessment and the consideration of implicit risks posed by the environment.

Mixed, augmented, and virtual reality, collectively known as extended reality (XR), allows users to immerse themselves in virtual environments and engage in experiences surpassing reality's boundaries. Virtual humans are ubiquitous in such virtual environments and can be utilized for myriad purposes, offering the potential to greatly impact daily life. Through the embodiment of virtual humans, XR offers the opportunity to influence how we see ourselves and others. In this function, virtual humans serve as a predefined stimulus whose perception is elementary for researchers, application designers, and developers to understand. This dissertation aims to investigate the influence of individual-, system-, and application-related factors on the perception of virtual humans in virtual environments, focusing on their potential use as stimuli in the domain of body perception. Individual-related factors encompass influences based on the user's characteristics, such as appearance, attitudes, and concerns. System-related factors relate to the technical properties of the system that implements the virtual environment, such as the level of immersion. Application-related factors refer to design choices and specific implementations of virtual humans within virtual environments, such as their rendering or animation style. This dissertation provides a contextual framework and reviews the relevant literature on factors influencing the perception of virtual humans. To address identified research gaps, it reports on five empirical studies analyzing quantitative and qualitative data from a total of 165 participants. The studies utilized a custom-developed XR system, enabling users to embody rapidly generated, photorealistically personalized virtual humans that can be realistically altered in body weight and observed using different immersive XR displays. The dissertation's findings showed, for example, that embodiment and personalization of virtual humans serve as self-related cues and moderate the perception of their body weight based on the user's body weight. They also revealed a display bias that significantly influences the perception of virtual humans, with disparities in body weight perception of up to nine percent between different immersive XR displays. Based on all findings, implications for application design were derived, including recommendations regarding reconstruction, animation, body weight modification, and body weight estimation methods for virtual humans, but also for the general user experience. By revealing influences on the perception of virtual humans, this dissertation contributes to understanding the intricate relationship between users and virtual humans. The findings and implications presented have the potential to enhance the design and development of virtual humans, leading to improved user experiences and broader applications beyond the domain of body perception. / Mixed-, Augmented- und Virtual Reality, welche im allgemeinen auch als Extended Reality (XR) bezeichent werden, ermöglichen es Nutzern, sich in virtuelle Umgebungen zu begeben und Erlebnisse jenseits der Grenzen der Realität zu erfahren. Virtuelle Menschen sind in solchen virtuellen Umgebungen allgegenwärtig, können für zahlreiche Zwecke genutzt werden und haben das Potenzial das tägliche Leben erheblich zu beeinflussen. Durch die Verkörperung virtueller Menschen bietet XR die Möglichkeit, die Sichtweise auf uns selbst und andere zu beeinflussen. In dieser Funktion dienen virtuelle Menschen als ein Stimulus, dessen Wahrnehmung für Forscher, Anwendungsdesigner und Entwickler grundlegend ist. Diese Dissertation untersucht den Einfluss individueller, systembezogener und anwendungsbezogener Faktoren auf die Wahrnehmung virtueller Menschen in virtuellen Umgebungen, wobei der Fokus auf der potenziellen Nutzung als Stimuli im Bereich der Körperwahrnehmung liegt. Individiuelle Faktoren umfassen Einflüsse, die auf Merkmalen des Nutzers basieren, wie dessen Erscheinungsbild, Einstellungen und Bedenken zum eigenen Körper. Systembezogene Faktoren beziehen sich auf die technischen Eigenschaften des Systems, das die virtuelle Umgebung implementiert, wie beispielsweise den Grad der Immersion. Anwendungsbezogene Faktoren beziehen sich auf Designentscheidungen und spezifische Implementierungen virtueller Menschen innerhalb virtueller Umgebungen, wie deren Darstellungs- oder Animationsstil. Diese Dissertation präsentiert einen kontextuellen Rahmen und einen Überblick über die relevante Literatur zu den genannten Faktoren. Um bestehende Forschungslücken zu adressieren, beinhaltet sie fünf empirische Studien, die quantitative und qualitative Daten von insgesamt 165 Teilnehmern analysieren. Die Studien nutzten ein eigens entwickeltes XR-System, das es Nutzern ermöglicht, schnell generierte, fotorealistisch personalisierte virtuelle Menschen zu verkörpern, deren Körpergewicht realistisch verändert und mit verschiedenen immersiven XR-Displays beobachtet werden kann. Die Ergebnisse der Dissertation zeigten, unter anderem, dass die Verkörperung und Personalisierung virtueller Menschen als selbstbezogene Faktoren dienen, welche die Wahrnehmung des Körpergewichts virtueller Menschen je nach Körpergewicht des Nutzers moderieren. Sie zeigten auch ein Display-Bias, welches die Wahrnehmung virtueller Menschen erheblich beeinflusst. Beispielsweise lagen die Unterschiede in der Körpergewichtswahrnehmung zwischen den verschiedenen XR-Displays bei bis zu neun Prozent. Basierend auf den Ergebnissen der Arbeiten wurden Implikationen für das Anwendungsdesign abgeleitet, welche Empfehlungen zur Rekonstruktion, Animation, Körpergewichtsanpassung und Methoden zur Schätzung des Körpergewichts virtueller Menschen enthalten, aber auch die allgemeine Benutzererfahrung adressieren. Durch die Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Wahrnehmung virtueller Menschen trägt diese Dissertation zum Verständnis der komplexen Beziehung zwischen Nutzern und virtuellen Menschen bei. Die präsentierten Ergebnisse und Implikationen haben das Potenzial, das Design und die Entwicklung virtueller Menschen zu verbessern und skalieren ebenfalls auf Anwendungen jenseits des Bereichs der Körperwahrnehmung.

Des études récentes ont montré qu'avec l'aide des scènes créées à partir d'environnements naturels tels que les forêts, nous pouvons avoir un impact significatif sur la réduction voire l'amélioration des symptômes de diverses maladies, dont la plus importante est la maladie d'Alzheimer. Les effets de ces études ont été recherchés au fil des ans et des résultats très prometteurs ont été obtenus. De nos jours, l'une des choses qui peut être très étonnante et intéressante est l'expérience de ces environnements naturels par la synthèse des scènes informatiques, notamment via les environnements de réalité virtuelle. Plus le niveau d'immersion de ces environnements naturels conçus en réalité virtuelle est élevé et meilleur, plus il peut contribuer à améliorer les symptômes du patient. L'une des méthodes nouvelles et innovantes pour concevoir et construire des environnements naturels tels que les forêts est l'utilisation de données des scanners laser, qui nous fournissent des résultats très réalistes. Pour cette raison, dans cette étude, nous présentons une forêt virtuelle dérivée de données LiDAR terrestre et améliorée grâce à des techniques d'effets spéciaux.

Ce travail porte sur la simulation de champs sonores de haute qualité pour des applications graphiques interactives. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressé à trois problèmes : le calcul interactif des effets de l'occultation des ondes sonores par des obstacles, l'intégration du son dans un système d'animation et de réalité virtuelle et la simulation adaptative des réflections du son dans des environnements réverbérants. Nous présentons une méthode originale permettant d'approcher les effets des obstacles sur la propagation des ondes sonores. Cette méthode qualitative est fondée sur le calcul de l'obstruction des premiers ellipsoïdes de Fresnel. Pour cela nous utilisons le rendu câblé des cartes graphiques spécialisées pour effectuer un calcul interactif entre une source et un récepteur ponctuels dans des environnements généraux. Une extension plus quantitative, basée sur la théorie de Fresnel-Kirchhoff est également décrite. Nous décrivons également un système interactif de simulation acoustique. Il permet le rendu synchronisé du son et de l'image dans le cadre d'applications d'animation de synthèse et de réalité virtuelle. Nous y avons intégré notre approche de traitement des occultations sonores. Nous présentons comment d'autres effets, comme les réflections spéculaires du son ou l'effet Doppler sont également pris en compte. Enfin, nous introduisons une technique originale de simulation adaptative fondée sur un formalisme proche de la radiosité hiérarchique utilisée en synthèse d'images. Elle permet de prendre en compte efficacement des réflections globales spéculaires et diffuses dans le cadre d'échanges énergétiques dépendants du temps. La solution obtenue est indépendante du point d'écoute et ouvre la porte à des applications de parcours interactifs de l'environnement virtuel. En outre, la complexité du processus peut être contrôlée, permettant des applications plus quantitatives, comme la prévision des qualités acoustiques de lieux d'écoute. Ces trois contributions peuvent permettre de réaliser un système de simulation complet d'une scène sonore virtuelle pouvant être utilisé dans une variété d'applications. Celles-ci ne se limitent toutefois pas à l'acoustique, mais peuvent être étendues à la simulation de propagation d'ondes radioélectriques pour la téléphonie mobile ou les réseaux sans fils.