Les processus de conception industriels font de plus en plus appel à l'utilisation de maquettes numériques. La manipulation d'objets complexes requiert alors l'utilisation d'interfaces à retour d'effort afin de rendre l'interaction plus intuitive. D'autre part, ces processus de conception et de développement s'inscrivent de plus en plus dans une démarche de travail collaboratif.Dans ce contexte, nous proposons d'étudier une architecture distribuée en vue de manipuler des objets dans un environnement virtuel.Afin de garantir la stabilité du système, nous détaillons ensuite deux méthodes dérivées du domaine de la téléopération. La première repose sur les couplages virtuels proportionnels dérivés dans le cas de retards faibles. La seconde est basée sur les variables d'onde quelque soit le retard. Nous proposons, enfin, d'enrichir le retour d'effort en ajoutant de l'haptique événementielle que nous nous proposons d'évaluer.

Ce travail de recherche doctorale étudie l’influence de la stimulation tactile de l’interface lors de l’évaluation en ligne du produit. A travers un plan d’expériences composé d’une étude exploratoire au design de recherche mixte et de trois expérimentations, nous cherchons à identifier, dans un premier temps, l’effet de l’absence d’interaction directe avec le produit (étude exploratoire) puis nous testons l’effet du type de test de produits sur la préférence d’achat du consommateur (i.e. physique vs. virtuel) (étude 1). Dans un deuxième temps, nous étudions l’effet de la stimulation tactile directe de l’interface sur la perception de similarité du test et l’influence de cette dernière sur l’évaluation du produit. En particulier, nous testons deux effets: celui de la congruence entre la stimulation tactile de l’interface et la texture du produit (étude 2) puis celui de la familiarité des textures (étude 3). D’une part, nous montrons que le consommateur est à la recherche d’interaction sensorielle lors de son interaction virtuelle avec les produits, ce qui lui permet de considérer cette expérience virtuelle comme plus réaliste, notamment au niveau sensoriel (étude exploratoire). Nous montrons également que le consommateur préfère l’expérience virtuelle du produit malgré le manque significatif d’interactions sensorielles, notamment tactiles (étude 1). D’autre part, nous montrons que l’interaction des textures entre l’interface et le produit influence négativement la similarité perçue du test (étude 2) tandis que, lorsque les textures ne sont pas familières, l’interaction des textures influence positivement la similarité perçue (étude 3). A partir de ces résultats, nous concluons que le consommateur est à la recherche de stimulation tactile lors de son expérience virtuelle avec le produit afin de satisfaire son besoin de toucher et d’enrichir son expérience sensorielle en ligne. En particulier, l’effet positif de l’interaction des textures, lorsque la stimulation n’est pas familière, sur la similarité perçue du test suggère que les consommateurs considèrent l’information tactile comme suffisante pour percevoir une similarité sensorielle à celle obtenue en magasin. / Our doctoral research examines the influence of tactile stimulation in online product evaluation. With an exploratory study and three experiments, we aim at identifying the effect of the absence of direct product touch (exploratory study), and then concentrate on the effect of the type of product testing on the consumer’s preference for purchasing (physical vs. virtual) (study 1). Next, we look at the influence of the interface tactile stimulation on the perceived product test similarity, of which the latter positively influences the online product evaluation. In particular, we test two types of effect: the congruence (study 2) and the familiarity of the textures (study 3). On the one hand, our results show that consumers are seeking a higher sensory input into online environments while interacting with products, especially from a tactile perspective (exploratory study). Results also highlight that consumers prefer the online product experience, even though they regret the absence of products' tactile sensations (study 1). On the other hand, we demonstrate that the interaction between the interface's direct tactile stimulation and the product's texture negatively influence the perceived similarity of product testing when textures fit, whereas when the textures are unfamiliar, the interaction of texture positively influences the perceived similarity of product testing. From these results, we conclude that consumers are in need of tactile input into virtual product experiences to satisfy their need for touch, and enhance their online sensory experiences. Notably, the positive effect of the interaction of textures, in an unfamiliar tactile stimulation, suggests that consumers consider the direct tactile stimulation as not being sufficient enough to provide useful information, but they assimilate it to a real product testing from a tactile perspective.

Nous nous intéressons au problème de la spécification du séquencement des actions dans un environnement virtuel collaboratif. Il s’agit de définir puis de contrôler ce qui peut ou doit se passer au cours de la simulation dans un contexte potentiellement multiutilisateur. Ceci passe, entre autres, par la spécification (puis l’exécution) d’un ensemble de scénarios possibles lors d’une session de simulation ainsi que par la distribution des actions réalisables entre les différents acteurs (réels ou virtuels) intervenant dans la simulation.Nous présentons #SEVEN, un modèle fondé sur les réseaux de Petri, permettant de décrire des agencements temporels et causaux des actions dans un environnement. #SEVEN est ensuite utilisé pour répondre aux problèmes de la spécification de l’ensemble des scénarios possibles et de la distribution des actions entre les acteurs. Les propriétés de #SEVEN en font un modèle capable de s’adapter facilement aux besoins de la spécification de scénarios notamment, car il permet de fournir différents niveaux de guidage. Il peut par exemple définir précisément les actions à réaliser et l’ordre qu’elles doivent avoir ou encore indiquer les changements d’état de l’environnement devant avoir lieu sans préciser les actions nécessaires. Ensuite, nous abordons le problème de la distribution des actions en proposant un modèle d’équipe permettant de modéliser les comportements et règles liés à l’organisation d’un groupe d’acteur. Ce modèle permet de faire évoluer les possibilités d’action offertes aux acteurs au cours de la simulation suivant leurs compétences, leur position dans l’équipe, les ressources auxquelles ils ont accès. / We are interested in the problem of the specification of the sequencing of actions in collaborative virtual environments. It is about defining, then controlling what must or can occur during the simulation in a potentially multi-user context. It is done, partly by the specification (and the execution) of a set of possible scenarios during a simulation session, and partly by the distribution of the feasible actions between the different actors (reals or virtuals) in the simulation.We present #SEVEN, a Petri nets based model, allowing to describe causal and temporal sequencing of actions in an environment. #SEVEN is then used to answer to the problem of the specification of the possible scenarios and of the distribution of the actions between the actors. #SEVEN’s properties made it a model able to be adapted to the needs of the specification of scenarios, especially because it can provide different guidance levels. As an example, it can define precisely the actions that need to be performed or indicates the changes that must occur in the state of the environment without defining precisely the actions to perform. Then, we address the problem of the distribution of the actions from perspective of the role theory, proposing a team model allowing to model the behaviours and rules related to a group of actors. This model allows to make evolve the possibilities of actions offered to the actors during the simulation depending on their abilities, their position in the team or the resources they have access to.

Dans des environnements de réalité virtuelle, les relations spatiales entre les objets transmettent les connaissances fondamentales sur l'environnement, par exemple la direction (« à gauche », « à droite »), la distance (« proche », « loin »), la topologie (« disjoint », « en contact »), et la projection (« entre », « entourée par »). La modélisation des relations spatiales est essentielle dans une grande variété d'applications de réalité virtuelle, tel que des environnements d'apprentissage humain, des musées virtuels, des systèmes d'aides à la navigation. Cependant, les relations spatiales ont été considérées comme des informations abstraites et donc, difficiles à spécifier. Afin d'aborder cette question, cette thèse propose une approche pour modéliser les relations spatiales entre les objets virtuels dans des environnements de réalité virtuelle. Nous formalisons un modèle formel des relations spatiales dédié aux environnements de réalité virtuelle. Ensuite, nous proposons un langage et un cadre pour spécifier les relations spatiales à un niveau conceptuel. Enfin, nous appliquons notre modèle pour spécifier les relations spatiales dans deux applications réelles : TPPhysique – un environnement d'apprentissage humain des exercices de physiques, et BrestCoz – une application pour visiter le port de Brest au 18ème siècle. Nous montrons que le langage proposé est une base pertinente pour spécifier des contraintes spatiales liées aux activités des agents et des utilisateurs dans les environnements de réalité virtuelle. / Within Virtual Reality Environments (VREs), spatial relationships among objects convey fundamental knowledge about the environment, namely direction ("left", "right", "front of"), distance ("near", "far"), topology ("inside", "disjoint"), and projection ("between", "surrounded by"). Modelling spatial relationships is critical in a variety of applications of VREs, such as human learning environments, virtual museums, or navigation-aids systems. However, spatial relationships have been considered as abstract information and thus, difficult to specify. Addressing this issue, this thesis proposes an approach to model spatial relationships among virtual objects in VREs. First, we formalise a formal model of spatial relationships dedicated to VREs. Second, we provide a language and a framework to specify spatial relationships at a conceptual level. Finally, we apply our model to specify spatial relations in two real applications: Virtual Physics Laboratory -- a VRE for learning physics, and BrestCoz -- an application for visiting Brest harbour in the 18th century. We claim that the proposed language is a relevant basis to specify spatial constraints related to activities of agents and users within VREs.

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

Les avancées technologiques des programmes de simulation et des ordinateurs commerciaux rendent la simulation en temps réel de procédés complexes plus accessible au public. La simulation en temps réel nous permet de ressentir les vraies dynamiques d'un modèle physique qui pourrait être trop difficile ou trop coûteux à réaliser en réalité. Le concept présenté, dans ce mémoire, porte sur l'utilisation de la simulation en temps réel pour réaliser des laboratoires virtuels interactifs et versatiles. En génie électrique, on pourrait prendre comme exemple les laboratoires de machines électriques où il est difficile en salle de classe de démontrer les dynamiques et les envergures des machines rencontrées dans l'industrie. Le laboratoire virtuel de ce cours serait une représentation complète de la table physique dans l'environnement de simulation, à la différence que l'on pourrait modifier les machines à volonté pour avoir par exemple des machines plus proches de la réalité industrielle. Dans un premier temps, les objectifs et contraintes des laboratoires d'enseignement sont présentés. On en déduira les objectifs que doivent remplir les laboratoires virtuels en temps réel. Ensuite, on introduira la conception de la structure que doit respecter le modèle de simulation pour permettre la réalisation d'un laboratoire "bac à sable". Une réflexion doit être apportée pour que le modèle permette à l'utilisateur de réaliser le maximum d'expériences différentes tout en restant intuitif. Des composants permettant d'atteindre les objectifs déterminés ont été développés. Ils ont été créés pour permettre leur modification durant la simulation, apportant ainsi une plus grande versatilité une fois la simulation créée. Enfin, l'étendue des possibilités que proposent les laboratoires virtuels en temps réels sera présentée. Des expériences seront réalisées sur deux laboratoires créés dans le cadre de ce mémoire. Le premier traite du cours d'électrotechnique fondamental, où divers essais sur les transformateurs et les charges passives peuvent être réalisés. Le deuxième porte sur un réseau d'usine où le démarrage des machines de grande puissance et leurs interactions sont présentés. / Technological advances in simulation programs and commercial computers make real-time simulation of complex processes more accessible to the general public. Real-time simulation allows us to experience the true dynamics of a physical model that might be too difficult or too expensive to realize in reality. The concept presented in this memoire focuses on the use of real-time simulation to create interactive and versatile virtual laboratories. In electrical engineering, we could take, as an example, the electrical machine laboratories where it is difficult in the classroom to demonstrate the dynamics and scale of machines encountered in the industry. The virtual lab in this course would be a complete representation of the physical workbench with in the simulation environment. With the difference that the machines could be modified at will, for example, to be closer to the reality of the industry. First, the objectives and constraints of the teaching laboratories are presented, from wich we will deduce the objectives that must be fulfilled by real-time virtual laboratories. Then, we will introduce the design of the structure that the simulation model must respect to allow the realization of a "sandbox" type laboratory. The model must allow to realize a maximum of different experiments while remaining intuitive. Components allowing to reach the determined objectives have been developed. They were created to allow their modification during the simulation, thus bringing a greater versatility once the simulation is created. Finally, the extent of the possibilities offered by real-time virtual laboratories will be presented. Experiments will be performed on two labs created for this memoire. The first deals with the fundamental electrical engineering course, where various tests on transformers and passive loads can be performed. The second deals with a factory grid where the starting of large machines and their interactions are presented.

Les avancées technologiques des programmes de simulation et des ordinateurs commerciaux rendent la simulation en temps réel de procédés complexes plus accessible au public. La simulation en temps réel nous permet de ressentir les vraies dynamiques d'un modèle physique qui pourrait être trop difficile ou trop coûteux à réaliser en réalité. Le concept présenté, dans ce mémoire, porte sur l'utilisation de la simulation en temps réel pour réaliser des laboratoires virtuels interactifs et versatiles. En génie électrique, on pourrait prendre comme exemple les laboratoires de machines électriques où il est difficile en salle de classe de démontrer les dynamiques et les envergures des machines rencontrées dans l'industrie. Le laboratoire virtuel de ce cours serait une représentation complète de la table physique dans l'environnement de simulation, à la différence que l'on pourrait modifier les machines à volonté pour avoir par exemple des machines plus proches de la réalité industrielle. Dans un premier temps, les objectifs et contraintes des laboratoires d'enseignement sont présentés. On en déduira les objectifs que doivent remplir les laboratoires virtuels en temps réel. Ensuite, on introduira la conception de la structure que doit respecter le modèle de simulation pour permettre la réalisation d'un laboratoire "bac à sable". Une réflexion doit être apportée pour que le modèle permette à l'utilisateur de réaliser le maximum d'expériences différentes tout en restant intuitif. Des composants permettant d'atteindre les objectifs déterminés ont été développés. Ils ont été créés pour permettre leur modification durant la simulation, apportant ainsi une plus grande versatilité une fois la simulation créée. Enfin, l'étendue des possibilités que proposent les laboratoires virtuels en temps réels sera présentée. Des expériences seront réalisées sur deux laboratoires créés dans le cadre de ce mémoire. Le premier traite du cours d'électrotechnique fondamental, où divers essais sur les transformateurs et les charges passives peuvent être réalisés. Le deuxième porte sur un réseau d'usine où le démarrage des machines de grande puissance et leurs interactions sont présentés. / Technological advances in simulation programs and commercial computers make real-time simulation of complex processes more accessible to the general public. Real-time simulation allows us to experience the true dynamics of a physical model that might be too difficult or too expensive to realize in reality.The concept presented in this memoire focuses on the use of real-time simulation to create interactive and versatile virtual laboratories. In electrical engineering, we could take, as an example, the electrical machine laboratories where it is di cult in the classroom to demonstrate the dynamics and scale of machines encountered in the industry. The virtual lab in this course would be a complete representation of the physical workbench with in the simulation environment. With the difference that the machines could be modified at will, for example, to be closer to the reality of the industry. First, the objectives and constraints of the teaching laboratories are presented, from wich we will deduce the objectives that must be fullled by real-time virtual laboratories.Then, we will introduce the design of the structure that the simulation model must respect to allow the realization of a "sandbox" type laboratory. The model must allow to realize a maximum of different experiments while remaining intuitive.Components allowing to reach the determined objectives have been developed. They were created toallow their modification during the simulation, thus bringing a greater versatility once the simulationis created.Finally, the extent of the possibilities oered by real-time virtual laboratories will be presented. Experiments will be performed on two labs created for this memoire. The firrst deals with the fundamental electrical engineering course, where various tests on transformers and passive loads can be performed. The second deals with a factory grid where the starting of large machines and their interactions are presented.

La réalité virtuelle est une technologie qui permet à un utilisateur d'interagir avec une scène générée par ordinateur. L'environnement virtuel dans lequel évolue le participant doit lui fournir des informations sensorielles pour qu'il puisse effectuer des tâches de façon naturelle. Plusieurs outils logiciels et matériels sont actuellement disponibles sur le marché pour tenir compte des différents aspects d'un environnement virtuel: visualisation immersive, simulation des lois de la physique, émissions sonores, etc. Cependant, aucune application n'a été développée pour intégrer ces différentes technologies dans un seul et même système. Ce projet présente une approche modulaire et flexible qui utilise les principes du multi-îhreading afin de synchroniser les données communes de position, d'orientation et de facteurs d'échelle entre plusieurs sous-systèmes intégrés dans un environnement virtuel multi-sensoriel et distribué. L'application finale comporte cinq soussystèmes qui gèrent tous un aspect de l'environnement virtuel : la synchronisation, la visualisation, la gestion des lois physiques, la distribution sur un réseau et l'intégration des sous-systèmes. Tout d'abord, un module de synchronisation forme le coeur du système en protégeant l'accès asynchrone aux données partagées entre les modules. Un processus de synchronisation en trois étapes permet alors de maintenir la cohérence entre les différents modules. Ensuite, un module de visualisation permet de produire un rendu graphique en trois dimensions de l'environnement virtuel en affichant les géométries et les textures des différents éléments virtuels composant la scène. De plus, un module haptique est utilisé pour appliquer les lois physiques sur les objets. Puis, afin de distribuer les modules sur plusieurs machines d'un réseau ou rendre l'application multi-utilisateurs, un module de distribution sera également ajouté au système final. Enfin, un module d'intégration permet d'interconnecter les modules entre eux en encapsulant les fonctionnalités du module de synchronisation. Ce dernier module permettra de gérer la transmission d'information entre les modules et d'ajouter des comportements de haut niveau au système final comme la navigation, la manipulation d'objets, des interfaces graphiques, etc.

Nos contributions visent à améliorer la collaboration dans les environnements virtuels tant au niveau de l'architecture distribuée qu'au niveau des métaphores de collaboration. Pour garantir que tous les utilisateurs perçoivent le même état de l'environnement virtuel au même moment, nous proposons un premier modèle d'adaptation dynamique de la distribution des données sur le réseau. Nous proposons un deuxième modèle d'architecture logicielle qui sépare les données de l'environnement virtuel de cette partie réseau et des composants spécifiques à chaque utilisateur. Pour permettre à des utilisateurs utilisant des dispositifs matériels différents de collaborer, nous avons défini un troisième modèle qui intègre chaque utilisateur dans l'environnement virtuel en tenant compte de son environnement réel. Dans le cadre du projet ANR Collaviz, ces trois modèles ont permis de mettre en œuvre un framework qui a été utilisé pour réaliser plusieurs expérimentations de collaboration à distance.

Ce mémoire porte sur les jeux de rôle participatifs en environnement virtuel (JRPEV), un phénomène qui, dans le champ des game studies, n’a jamais été défini jusqu’ici. Une définition est donc apportée afin d’établir leur spécificité au regard des environnements virtuels, des jeux vidéo, des MMOG et des jeux de rôle traditionnels (sur table et grandeur nature) tout en mettant en lumière les dimensions qui en font un hybride mi-jeu vidéo, mi-jeu de rôle. Pour ce faire, les JRPEV seront définis en tant que jeux, jeux de rôle, pratiques représentatives de la culture participative (Jenkins 2006) et environnements virtuels. À la suite de cette définition, un modèle théorique flexible sera décrit qui rendra compte de l’expérience vidéoludique des joueurs au sein des JRPEV. Pour ce faire, des alternatives aux notions polémiques et polysémiques de «cercle magique» et «d’immersion», très présentes dans la littérature scientifique portant sur les jeux de rôle et les jeux vidéo, sont d’abord apportées : le cadrage de l’expérience vidéoludique et l’allocation des ressources attentionnelles. De plus, le modèle intègre les styles de jeu et les postures interprétatives privilégiées par les joueurs sur les œuvres dont les JRPEV constituent une adaptation vidéoludique ou sur les textes appartenant à l’architexte (Genette 1982) de ces JRPEV. En effet, ces styles de jeu et ces postures interprétatives contribuent à structurer l’expérience vidéoludique. Enfin, ce modèle inclura la dynamique sociale dans laquelle est vécue l’expérience vidéoludique sur les JRPEV en mobilisant le concept de «communauté herméneutique conflictuelle». Cette entreprise conjoint les perspectives herméneutique et sociocritique dans l’étude de jeux perçus comme une médiation ludique (Genvo 2011) (Henriot 1989), soit comme la rencontre d’une attitude et d’une structure ludiques. Elle repose à la fois sur un travail métathéorique et sur l’observation des jeux de rôle goréens, des JRPEV organisés sur Second Life qui illustreront de manière concrète les spécificités de ce phénomène vidéoludique.