La collaboration entre plusieurs personnes peut prendre plusieurs formes, et la technologie soutient depuis longtemps ces pratiques. Mais lorsque la collaboration doit se faire à distance, est-elle aussi bien assistée par la technologie ? Dans ce travail, je soutiens l'idée selon laquelle le succès d'un système de télécommunications ne dépend pas de sa capacité à imiter une collaboration colocalisée, mais dans sa capacité à faciliter les pratiques collaboratives découlant des caractéristiques spécifiques de la technologie. J'explore cet argument en utilisant un mur d'écrans en tant que technologie collaborative. J'ai commencé par observer des collaborateurs effectuer leur travail quotidien à distance en utilisant des prototypes. Ensuite j'ai conduit des expériences et j'ai trouvé que les utilisateurs peuvent interpréter avec précision les instructions déictiques à distance et le regard direct quand un collaborateur à distance est affiché par une vidéo, même si celle-ci n'est pas placée directement devant l'observateur. À partir de ces résultats, j'ai créé CamRay, un outil de télécommunication qui utilise une rangée de caméras pour enregistrer le visage des utilisateurs lorsqu'ils parcourent physiquement les données le long de l'écran et présente cette vidéo sur un autre mur d'écrans distant par dessus le contenu existant. Je propose deux possibilités pour afficher la vidéo: Follow-Local, où le flux vidéo de l'utilisateur distant suit l'utilisateur local, et Follow-Remote où il suit l'utilisateur distant. Je montre que Follow-Remote préserve les relations spatiales entre le collaborateur à distance et le contenu de l'écran, créant ainsi la possibilité de désigner les objets par des gestes de pointage, tandis que Follow-Local facilite les conversations grâce à un face-à-face virtuel qui transmet plus facilement la communication gestuelle. Finalement, je me base sur ces résultats pour guider la conception de futurs systèmes de communications à distance entre murs d'écrans, et dégager des considérations à suivre lorsque des capacités de communication à distance sont ajoutées à de nouvelles technologies. / Collaboration can take many forms, for which technology has long provided digital support. But when collaborators are located remotely, to what extent does technology support these activities? In this dissertation, I argue that the success of a telecommunications system does not depend on its capacity to imitate co-located conditions, but in its ability to support the collaborative practices that emerge from the specific characteristics of the technology. I explore this using wall-sized displays as a collaborative technology. I started by observing collaborators perform their daily work at a distance using prototypes. I then conducted experiments and found that people can accurately interpret remote deictic instructions and direct gaze when performed by a remote collaborator through video, even when this video is not placed directly in front of the observer. Based on these findings, I built CamRay, a telecommunication system that uses an array of cameras to capture users' faces as they physically navigate data on a wall-sized display, and presents this video in a remote display on top of existing content. I propose two ways of displaying video: Follow-Local, where the video feed of the remote collaborator follows the local user, and Follow-Remote, where it follows the remote user. I find that Follow-Remote preserves the spatial relations between the remote speaker and the content, supporting pointing gestures, while Follow-Local enables virtual face-to-face conversations, supporting representational gestures. Finally, I summarize these findings to inform the design of future systems for remote collaboration across wall-sized displays.

De grands ensembles de données sont de plus en plus utilisés dans divers domaines professionnels, tels que la médecine, la sociologie et l'économie. Ceci pose de nombreux défis dans leurs utilisations pour, par exemple, les classifier et la prise de décision. Pour cela nous n'avons pas seulement besoin d'algorithmes élaborés pour leur traitement, il faut aussi que les utilisateurs puissent visualiser et interagir avec les données pour pouvoir les appréhender et éventuellement corriger ou vérifier les traitement fait par les machines. Cette thèse explore cette problématique en étudiant l'interaction d'utilisateurs avec de grands ensembles de données sur des murs d'écrans.Le corps humain est fait pour interagir avec le monde physique, du microscopique aux grandes échelles. Nous pouvons naturellement nous coordonner pour voir, entendre, toucher et nous déplacer pour interagir avec l'environnement à diverses échelles. Au-delà d'un individu, les êtres humains collaborent en communicant et en se coordonnant. En suivant la définition de Dourish, l'Interaction Incorporée encourage les concepteurs d'interaction de profiter de l'expérience existante du monde physique des utilisateurs lors de la conception de l'interaction avec les interfaces numériques.Je soutiens que les grands espaces interactifs permettent une interaction incorporée de l'utilisateur avec des données répartis dans l'espace, en tirant parti des capacités physiques des utilisateurs, comme la marche, l'approche et l'orientation. Au-delà d'un simple utilisateur, ces environnements permettent aussi à plusieurs utilisateurs d'interagir ensemble en utilisant la communication verbale et gestuelle tout en ayant une conscience de la présence physique de chacun. Alors que dans le cadre mono-utilisateur, de nombreuses recherches portent sur la transformation d'actions physiques en modalités d'entrées, le cas des relations entre plusieurs utilisateurs a été très peu étudié. Dans cette thèse, je présente tout d'abord une expérience qui évalue formellement l'avantage pour un utilisateur d'exécuter une tâche de manipulation de données sur un grand mur d'écrans par rapport à un ordinateur de bureau. Cette expérience montre que les mouvements physiques de l'utilisateur l'aide à naviguer dans une grande surface de données, et permet de surpasser les techniques de navigation existantes sur un ordinateur de bureau tels que les techniques de Focus+Contexte. Avec la même tâche expérimentale, j'étudie ensuite la manipulation de données collaborative avec un mur d'écrans, en imposant différents styles de collaboration, de étroitement couplées à lâche. L'expérience mesure l'effet de l'introduction d'une technique d'interaction partagée, dans lequel les collaborateurs effectuent chacun une partie d'une action pour émettre une commande. Les résultats montrent les avantages d'une telle technique en termes d'efficacité, d'engagement des utilisateurs, ainsi que de fatigue physique. Enfin, j'explore le concept d'augmentation de l'interaction humain-à-humain avec des techniques d'interaction partagées, et je propose un espace de conception pour ces techniques pour facilité la manipulation de données collaborative. Je présente la conception, la mise en œuvre et l'évaluation d'un ensemble de ces techniques, ainsi que les travaux futurs qui en découlent. / Large data sets are used acceleratingly in various professional domains, such as medicine and business. This rises challenges in managing and using them, typically including sense-making, searching and classifying. This does not only require advanced algorithms to process the data sets automatically, but also need users' direct interaction to make initial judgment or to correct mistakes from the machine work. This dissertation explores this problem domain and study users' direct interaction with scattered large data sets. Human body is made for interacting with the physical world, from micro scope to very large scales. We can naturally coordinate ourselves to see, hear, touch and move to interact with the environment in various scales. Beyond individual, humans collaborate with each other through communication and coordination. Based on Dourish's definitioncite{2001:AFE:513034}, Embodied Interaction encourages interaction designers to take advantage of users' existing skills in the physical world, when designing the interaction with digital artefacts. I argue that large interactive spaces enable embodied user interaction with data spread over space, by leveraging users' physical abilities such as walking, approaching and orienting. Beyond single users, co-located environments provide multiple users with physical awareness and verbal gestural communication. While single users' physical actions have been augmented to be various input modalities in existing research, the augmentation of between-user resources has been less explored. In this dissertation, I first present an experiment that formally evaluates the advantage of single users performing a data manipulation task on a wall-sized display, comparing to on a desktop computer. It shows that using users' physical movements to navigate in a large data surface, outperforms existing digital navigation techniques on a desktop computer such as Focus+Context. With the same experimental task, I then study the interaction efficiency of collaborative data manipulation with a wall-sized display, in loosely or closely coupled collaboration styles. The experiment measures the effect of providing a Shared Interaction Technique, in which collaborators perform part of an action each to issue a command. The results conclude its benefits in terms of efficiency, user engagement as well as physical fatigue. Finally, I explore the concept of augmenting human-to-human interaction with shared interaction techniques, and illustrate a design space of such techniques for supporting collaborative data manipulation. I report the design, implementation and evaluation of a set of these techniques and discuss the future work.

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.

Visualizations in the most general sense of external, physical representations of information are older than the invention of writing. Generally, external representations promote external cognition and visual thinking, and humans developed a rich set of skills for crafting and exploring them. Computers immensely increased the amount of data we can collect and process as well as diversified the ways we can represent it visually. Computer-supported visualization systems, studied in the field of information visualization (infovis), have become powerful and complex, and sophisticated interaction techniques are now necessary to control them. With the widening of technological possibilities beyond classic desktop settings, new opportunities have emerged. Not only display surfaces of arbitrary shapes and sizes can be used to show richer visualizations, but also new input technologies can be used to manipulate them. For example, tangible user interfaces are an emerging input technology that capitalizes on humans' abilities to manipulate physical objects. However, these technologies have been barely studied in the field of information visualization. A first problem is a poorly defined terminology. In this dissertation, I define and explore the conceptual space of embodiment for information visualization. For visualizations, embodiment refers to the level of congruence between the visual elements of the visualization and their physical shape. This concept subsumes previously introduced concepts such as tangibility and physicality. For example, tangible computing aims to represent virtual objects through a physical form but the form is not necessarily congruent with the virtual object. A second problem is the scarcity of convincing applications of tangible user interfaces for infovis purposes. In information visualization, standard computer displays and input devices are still widespread and considered as most effective. Both of these provide however opportunities for embodiment: input devices can be specialized and adapted so that their physical shape reflects their functionality within the system; computer displays can be substituted by transformable shape changing displays or, eventually, by programmable matter which can take any physical shape imaginable. Research on such shape-changing interfaces has so far been technology-driven while the utility of such interfaces for information visualization remained unexploited. In this thesis, I suggest embodiment as a design principle for infovis purposes, I demonstrate and validate the efficiency and usability of both embodied visualization controls and embodied visualization displays through three controlled user experiments. I then present a conceptual interaction model and visual notation system that facilitates the description, comparison and criticism of various types of visualization systems and illustrate it through case studies of currently existing point solutions. Finally, to aid the creation of physical visualizations, I present a software tool that supports users in building their own visualizations. The tool is suitable for users new to both visualization and digital fabrication, and can help to increase users' awareness of and interest in data in their everyday live. In summary, this thesis contributes to the understanding of the value of emerging physical representations for information visualization.

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.

Les visualisations, dans le sens général de représentations externes et physiques de données, sont plus anciennes que l'invention de l'écriture. De manière générale, les représentations externes encouragent la cognition et la pensée visuelle, et nous avons développé des savoir-faire pour les créer et les exploiter. La révolution informatique a augmenté la quantité de données qu'il est possible de collecter et de traiter, et a diversifié les façons de les représenter visuellement. Les systèmes de visualisation assistés par ordinateur, et étudiés dans le domaine de la visualisation d'information, sont aujourd'hui si puissants et complexes que nous avons besoin de techniques d'interaction très sophistiqués. Grâce au développement des possibilités technologiques au-delà des ordinateurs de bureau, un large éventail d'utilisations émerge. Non seulement des surfaces d'affichage de formes et de tailles variées permettent de montrer des visualisations plus riches, mais aussi des dispositifs d'entrée de nouvelle génération peuvent être utilisés qui exploitent les aptitudes humaines à manipuler les objets physiques. Cependant, ces technologies sont peu étudiées dans le contexte de la visualisation d'information. Tout d'abord, un premier problème découle d'une terminologie insuffisante. Dans cette thèse, je définis et étudie entre autres le concept de corporalisation (embodiment) pour la visualisation d'information. Concernant les visualisations, la corporalisation réfère à la congruence entre les éléments visuels d'une visualisation et leurs formes physiques. Ce concept intègre des concepts déjà connus tels que la tangibilité. Par exemple, l'interaction tangible s'attache à la représentation d'objets virtuels par des objets physiques. Mais en réalité, leur forme physique n'est pas nécessairement congruente avec l'objet virtuel. Un second problème découle du peu d'exemples convaincants d'interfaces tangibles appliquées à la visualisation d'information. Dans le domaine de la visualisation d'information, les écrans standard et les dispositifs d'entrée génériques tels que la souris, sont toujours les plus courants et considérés comme les plus efficaces. Cependant, aussi bien la partie affichage que la partie contrôle fournit des possibilités de corporalisation : les dispositifs d'entrée peuvent être spécialisés et adaptés de façon à ce que leur forme physique ressemble à leur fonction; les écrans peuvent être rendus déformables ou, dans l'avenir, être composés d'une matière programmable capable de prendre n'importe quelle forme imaginable. Mais la recherche sur les écrans et matières déformables est pour l'instant principalement dirigée par l'innovation technologique sans tenir compte des applications possibles à la visualisation d'information. Dans cette thèse, j'propose la corporalisation comme principe de conception pour la visualisation d'information. Je démontre l'efficacité et l'utilisabilité des dispositifs d'entrée corporalisés ainsi que des affichages corporalisés, en présentant trois expériences contrôlées. Par la suite, je présente un modèle d'interaction conceptuel et un système de notation visuelle pour décrire, comparer et critiquer différents types de systèmes de visualisation, et j'illustre l'utilisation de ce modèle à partir d'études de cas. Enfin, je présente un outil de conception pour aider à la création de visualisations physiques. Cet outil s'adresse à des utilisateurs novices en visualisation d'information et en fabrication numérique, et peut contribuer à sensibiliser ces utilisateurs à l'intérêt d'explorer des données qui les concernent dans leur vie quotidienne. En résumé, cette thèse contribue à la compréhension de la valeur ajoutée des interfaces physiques pour la visualisation d'information. / Visualizations in the most general sense of external, physical representations of information are older than the invention of writing. Generally, external representations promote external cognition and visual thinking, and humans developed a rich set of skills for crafting and exploring them. Computers immensely increased the amount of data we can collect and process as well as diversified the ways we can represent it visually. Computer-supported visualization systems, studied in the field of information visualization (infovis), have become powerful and complex, and sophisticated interaction techniques are now necessary to control them. With the widening of technological possibilities beyond classic desktop settings, new opportunities have emerged. Not only display surfaces of arbitrary shapes and sizes can be used to show richer visualizations, but also new input technologies can be used to manipulate them. For example, tangible user interfaces are an emerging input technology that capitalizes on humans' abilities to manipulate physical objects. However, these technologies have been barely studied in the field of information visualization. A first problem is a poorly defined terminology. In this dissertation, I define and explore the conceptual space of embodiment for information visualization. For visualizations, embodiment refers to the level of congruence between the visual elements of the visualization and their physical shape. This concept subsumes previously introduced concepts such as tangibility and physicality. For example, tangible computing aims to represent virtual objects through a physical form but the form is not necessarily congruent with the virtual object. A second problem is the scarcity of convincing applications of tangible user interfaces for infovis purposes. In information visualization, standard computer displays and input devices are still widespread and considered as most effective. Both of these provide however opportunities for embodiment: input devices can be specialized and adapted so that their physical shape reflects their functionality within the system; computer displays can be substituted by transformable shape changing displays or, eventually, by programmable matter which can take any physical shape imaginable. Research on such shape-changing interfaces has so far been technology-driven while the utility of such interfaces for information visualization remained unexploited. In this thesis, I suggest embodiment as a design principle for infovis purposes, I demonstrate and validate the efficiency and usability of both embodied visualization controls and embodied visualization displays through three controlled user experiments. I then present a conceptual interaction model and visual notation system that facilitates the description, comparison and criticism of various types of visualization systems and illustrate it through case studies of currently existing point solutions. Finally, to aid the creation of physical visualizations, I present a software tool that supports users in building their own visualizations. The tool is suitable for users new to both visualization and digital fabrication, and can help to increase users' awareness of and interest in data in their everyday live. In summary, this thesis contributes to the understanding of the value of emerging physical representations for information visualization.