Thèse (M.Inf.) -- Université du Québec à Chicoutimi, programme en extension de l'Université du Québec à Montréal, 2006. / La p. de t. porte en outre: Mémoire présenté à l'Université du Québec à Montréal comme exigence partielle de la maîtrise en informatique offerte à l'Université du Québec à Chicoutimi en vertu d'un protocole d'entente avec l'Université du Québec à Montréal. CaQCU Bibliogr.: f. 146-151. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Habilitation - Universität, Stuttgart. / Includes bibliographical references (p. [249]-275) and index.

Ce mémoire présente les concepts et la réalisation d’outils de visualisation d’information dans un objectif d’aide à la compréhension de systèmes complexes. L’implantation des différents outils proposés a été réalisée dans le cadre du projet IMAGE mené au centre RDDC Valcartier. L’objectif principal de ce projet est de fournir une méthodologie et des outils afin d’aider à la compréhension de systèmes complexes. Le concept proposé par IMAGE repose principalement sur la synergie de quatre principes, soit la représentation, la scénarisation, la simulation et l’exploration. Nous nous attarderons ici essentiellement à l’aspect exploration. On propose d’abord une version desktop non immersive du module d’exploration. Différents outils de visualisation ont été développés à l’aide de l’outil de développement graphique Eye-Sys. Un ensemble d’affichages graphiques interactifs est proposé et s’inspire notamment de plusieurs techniques dans le domaine de la visualisation d’information. Ensuite, une version immersive des outils de visualisation a été réalisée. À partir de différents concepts de réalité virtuelle connus comme la stéréoscopie off-axis, des outils de visualisation ont été adaptés pour que l’on puisse les utiliser de façon immersive dans un environnement virtuel de type CAVE. On propose également l’intégration de différents périphériques de contrôle comme une télécommande sans fil et une tablette PC afin de faciliter la navigation dans l’environnement et la manipulation des différents outils de visualisation développés.

Le projet IMAGE vise à offrir des outils aux utilisateurs pour augmenter et accélérer la compréhension de situations complexes. En utilisant des technologies de pointe et des concepts de réalité virtuelle, un environnement virtuel immersif a été développé. Ce mémoire présente la deuxième version du projet IMAGE et se concentre sur les aspects visuels et immersifs de l'environnement. Les outils de visualisation et de manipulation sont conçus dans le but d'offrir de nouvelles possibilités dans l'analyse de situations complexes. La première version du projet (IMAGE VI) est tout d'abord présentée. Par la suite, une revue des différents concepts utilisés dans le projet est effectuée. Après une présentation du module Exploration, principale plateforme développée dans le cadre d'IMAGE V2, la problématique de la représentation des simulations dans un environnement immersif est abordée. La solution proposée, nommée arbre multichronique, est une manière de visualiser de l'information dans un espace virtuel et sera ensuite expliquée en détails. Finalement, une évaluation du système ainsi qu'une discussion sur le développement du projet complètent le mémoire.

L'un des plus grands défis de la réalité augmentée consiste à aligner parfaitement les informations réelles et virtuelles pour donner l'illusion que ces informations virtuelles font partie intégrante du monde réel. Pour ce faire, il faut estimer avec précision la position et l'orientation de l'utilisateur, et ce, en temps réel. L'augmentation de scènes extérieures est particulièrement problématique, car il n'existe pas de technologie suffisamment précise pour permettre d'assurer un suivi de la position de l'utilisateur au niveau de qualité requis pour des applications en ingénierie. Pour éviter ce problème, nous nous sommes attardés à l'augmentation de panoramas omnidirectionnels pris à une position fixe. L'objectif de ce projet est de proposer une méthode robuste et automatique d'initialisation permettant de calculer la pose de panoramas omnidirectionnels urbains pour ainsi obtenir un alignement parfait des panoramas et des informations virtuelles. / One of the greatest challenges of augmented reality is to perfectly synchronize real and virtual information to give the illusion that virtual information are an integral part of real world. To do so, we have to precisely estimate the user position and orientation and, even more dificult, it has to be done in real time. Augmentation of outdoor scenes is particularly problematic because there are no technologies accurate enough to get user position with the level of accuracy required for application in engineering. To avoid this problem, we focused on augmenting panoramic images taken at a fixed position. The goal of this project is to propose a robust and automatic initialization method to calculate the pose of urban omnidirectional panoramas to get a perfect alignment between panoramas and virtual information.

La compréhension de situations complexes s'avère de plus en plus nécessaire, notamment dans les domaines militaires. En réponse à cette demande, le projet IMAGE, en cours à Recherche et Développement pour la Défense Canada - Valcartier, vise à développer un environnement interactif offrant des outils logiciels aidant à augmenter la vitesse et le niveau de compréhension de l'humain dans de telles situations. Il regroupe quatre grands modules : Scénarisation, Simulation, Exploration et Représentation. Le projet présenté dans ce mémoire a trait au développement d'un prototype pour la partie Exploration, qui regroupe principalement des outils de visualisation. Cette plateforme servira à des expérimentations en psychologie cognitive visant à mesurer l'augmentation de la compréhension offerte par ces outils. L'humain étant au centre de l'environnement développé, certaines théories qui lui sont reliées, touchant notamment la psychologie cognitive, les interfaces personne-machine ainsi que la visualisation d'information, sont d'abord présentées. Une revue de diverses plateformes logicielles existantes, susceptibles d'offrir des fonctionnalités intéressantes pour l'implémentation, est également effectuée. Suite à une évaluation plus approfondie des outils retenus ainsi que plusieurs tests avec ces derniers, une première problématique, ayant trait au transfert de multiples flots de données XML partant du module Simulation vers le module Exploration, est alors abordée; la création de l'application ImageDataServer s'ensuit, faisant usage du framework ACE pour la gestion de multiples connexions et le traitement de données en parallèle. Suite à cette réalisation, des premiers jets de représentations visuelles, basés sur un scénario tactique de convoi militaire, sont développés à partir des données de simulation de ce scénario transférées vers Eye-Sys, une application de visualisation générique. Une scène 3D montrant l'évolution spatiale et temporelle ainsi que les interactions entre les agents de la simulation, véhicules militaires, explosifs et insurgés, y est mise en action grâce à des données provenant d'une base de données MySQL. La vue est également synchronisée à une application de simulation interactive, Multichronia, servant de point de contrôle principal pour l'utilisateur. Une évaluation des performances du système et une discussion sur divers aspects de développement complètent ce mémoire.

Ce travail de thèse de doctorat est placé dans le domaine de la Géovisualisation utilisé pour mettre en œuvre des systèmes de aide à la décision territoriale. Ce travail de recherche est né grâce à l'établissement d’un accord entre l’Université Tor Vergata de Rome, et l’INSA (Institut National des Sciences Appliquées), de Lyon. La co-tutelle de cette thèse est née pour la nécessité d’une approche multidisciplinaire à le sujet de recherche, en profitant des compétences en matière d'urbanisme, de l’environnement et de la modélisation de territoire à l'école doctorale ‘Geoinformazione’ de l'Université de Tor Vergata, et en utilisant d’avantage les compétences dans les systèmes d'information spatiale et de la géovisualisation au laboratoire LIRIS de l'INSA. Malgré ces avantages, l’un des problèmes les plus courants en visualisation de l’information est de représenter les données d’une manière claire et compréhensible. Actuallement il ya peu de fondations scientifiques pour guider les chercheurs dans la conception visuelle de données spatiales ; il existe des méthodes systématiques limitée pour évaluer l'efficacité des solutions proposées. Dans ce travail de recherche de doctorat, des contributions seront fournis à la création d'une méthode d'évaluation systématique pour évaluer et développer des affichages visuels efficaces. Dans ce contexte l’objectif de la recherche était de trouver une méthode simple et empirique - un test en ligne - qui pourrait être facilement reproductible pour differentes scenarios, pour soutenir l’administration publique dans différents contextes et pour différentes tâches. / This PhD research work is placed in the domain of Geovisualization used to implement Territorial Intelligence and decision support systems. This research work was born through the establishment of an agreement between Tor Vergata University, Rome, and INSA (Institut National des Sciences Appliquées), Lyon. The co-supervision of this thesis was born from the necessity of a multidisciplinary approach to the research topic, taking advantage of the skills in urban planning, environment and territory modeling at the Geoinformation doctoral school of Tor Vergata University, and taking advantage of the skills in Spatial Information Systems and Geovisualization at the LIRIS Laboratory of INSA. The motivation that led us to deal with this research topic was the perception of a lack of systematic methods and universally approved empirical experiments in data visualization domain. The experiments should consider different typologies of data, different environmental contexts, different indicators and methods of representations, etc., in order to support expert users in decision making, in the urban and territorial planning and in the implementation of environmental policies. In modern societies, we have to deal with a great amount of data every day and Geovisualization permits the management, exploration and display of big and heterogeneous data in an interactive way that facilitates decision making processes. Geovisualization gives the opportunity to the user to change the visual appearance of the maps, to explore different layers of data and to highlight problems in some areas by the citizens. Despite these advantages, one of the most common problems in Information Visualization is to represent data in a clear and comprehensible way. Spatial data have a complex structure that includes spatial component, thematic attributes, and often the temporal component Actually there are limited scientific foundations to guide researchers in visual design of spatial data, and there are limited systematic and standard methods to evaluate the effectiveness of the solutions proposed. In this Phd research work, some contributions will be provided to the creation of a systematic assessment method to evaluate and to develop effective geovisualization displays. An empirical evaluation test is proposed to assess the effectiveness of some map displays, analyzing the use of three elements of visual design: 1. the spatial indicators to be represented and their context of visualization, 2. the physical dimensions of map displays, 3. the visual variables to represent different layers of information.

Nous présentons dans cette thèse notre travail dans le domaine de la visualisation. Nous nous sommes intéressés au problème de la génération des bulletins météorologiques. Étant donné une masse énorme d’information générée par Environnement Canada et un utilisateur, il faut lui générer une visualisation personnalisée qui répond à ses besoins et à ses préférences. Nous avons développé MeteoVis, un générateur de bulletin météorologique. Comme nous avons peu d’information sur le profil de l’utilisateur, nous nous sommes basés sur les utilisateurs similaires pour lui calculer ses besoins et ses préférences. Nous utilisons l'apprentissage non supervisé pour regrouper les utilisateurs similaires. Nous calculons le taux de similarité des profils utilisateurs dans le même cluster pour pondérer les besoins et les préférences. Nous avons mené, avec l’aide d'utilisateurs n’ayant aucun rapport avec le projet, des expériences d'évaluation et de comparaison de notre outil par rapport à celui utilisé actuellement par Environnement Canada. Les résultats de cette évaluation montrent que les visualisation générées par MeteoVis sont de loin meilleures que les bulletins actuels préparés par EC. / We present our work in this thesis in the field of information visualization. We dealt with the problem of the generation of weather forecasts reports. Given the huge amount of information produced by Environment Canada and a wide variety of users, it must generate a customized visualization that meets their needs and preferences. We developed MeteoVis, a weather report generator. Given that we have little information on the user profile, we relied on the choices made by similar users to calculate the needs and preferences of a user. We use unsupervised machine learning techniques to group similar users . We compute a degree of similarity of user profiles in the same cluster to determine the needs and preferences. We conducted, with the help of external users experiments for evaluating and comparing our tool with the current site of Environment Canada. The evaluation results show that the visualizations generated by MeteoVis are significantly better than the current bulletins prepared by EC.

Le développement du multimédia, des capacités de stockage et du matériel de numérisation permet de mettre à disposition sous une forme électronique un nombre toujours croissant de documents " matériels " (journaux, cartes, photographies, peintures, cahiers d'expérimentations, originaux d'œuvres littéraires, rapports, etc.). La numérisation, le stockage et la diffusion de ces matériaux sources ne posent aujourd'hui plus réellement problème. Néanmoins, il s'avère que les utilisateurs ont souvent des difficultés à exploiter ces documents en milieu informatique. Cet état de fait est la conséquence de plusieurs problèmes. Tout d'abord, peu d'outils logiciels permettent aux utilisateurs de réaliser les tâches qu'ils ont l'habitude d‘effectuer avec des documents papiers (annoter, comparer, associer des idées, etc.). Ensuite, l'accès à l'information dans un espace informationnel de vaste envergure s'avère être un problème non trivial. Les utilisateurs éprouvent des difficultés à trouver les données recherchées, à comprendre leur organisation et leurs relations, ainsi qu'à collecter et organiser celles jugées intéressantes afin de pouvoir les retrouver plus rapidement par la suite.<br />A cette problématique de l'utilisation des documents en milieu informatique, nous proposons deux approches complémentaires issues des domaines de l'interaction homme-machine et de la visualisation d'information.<br />La première approche repose sur le concept de lecture active qui vise à transformer le " lecteur " en " acteur " en lui permettant d'enrichir interactivement les documents qu'il est en train de lire par un ensemble de signes graphiques (surlignages, cerclages, etc.) et d'informations textuelles (notes, commentaires, etc.). L'idée consiste à permettre aux utilisateurs de construire leur propre système de repérage afin de faciliter la compréhension et la réutilisation des documents. Une attention particulière est portée à la manière d'associer ces méta-données " ajoutées " (que nous nommons, d'une manière générique, " annotations ") aux documents sources au moyen de liens hypertextes, ainsi qu'à leur codage informatique dans un format normalisé (dérivé de XML).<br />La seconde approche consiste à faciliter l'exploration d'espaces documentaires en exploitant les capacités perceptives et mémorielles humaines au moyen de techniques interactives de visualisation. Nous proposons tout d'abord un système de navigation qui repose sur un fort couplage entre vues globales et vues locales pour aider à trouver les documents. Les vues globales montrent l'organisation de l'espace d'information et en permettent un survol rapide. Elles sont utilisées pour atteindre des zones d'intérêts. Les vues locales présentent le contenu de plusieurs documents en contexte afin d'aider l'utilisateur à les comparer et à choisir celui qu'il va consulter. Nous proposons ensuite un environnement visuel de gestion de bookmarks dans le but de pouvoir retrouver le plus simplement possible les documents préalablement consultés. Les utilisateurs organisent leurs bookmarks de la même manière qu'ils le feraient avec un ensemble de documents papiers sur un bureau. Ils définissent interactivement leur propre organisation conceptuelle de l'espace documentaire en se basant sur des propriétés visuelles et spatiales. Ces propriétés aideront les utilisateurs à retrouver plus efficacement les documents sauvegardés par une stimulation de leurs capacités mémorielles.