La numérisation 3D est fréquemment utilisée dans le domaine manufacturier, en particulier pour la fabrication personnalisée de prothèses, d'orthèses ou d'équipement sportif. Pour construire un modèle numérique d'une partie du corps humain, les utilisateurs de scans doivent faire l'acquisition d'une grande quantité de points. Pour des utilisateurs non experts, comme les spécialistes en fabrication de prothèses, obtenir un scan de haute qualité est ardu puisque la prise en main d'un numériseur est souvent complexe. De plus, le client doit rester immobile durant le processus de numérisation, ce qui réduit le temps imparti pour recueillir les données. Avec une approche de représentation du nuage de points moderne et adaptée au temps réel, appelée « champ vectoriel », le modèle est reconstruit en même temps que l'acquisition des points. En utilisant cette approche avec des métriques permettant d'évaluer la qualité du scan, l'utilisateur est informé en temps réel du déroulement de sa numérisation. Les deux métriques implémentées dans ce travail sont : la variation de surface et la classification de la surface parles courbures principales. La rétroaction sur la qualité du scan est affichée par un code de couleurs sur la surface reconstruite. Les expériences démontrent que les métriques, individuellement et/ou combinées, permettent d'afficher les emplacements de distorsions sur des objets ayant différentes géométries. Pour une représentation par champ vectoriel, la variation de surface représente un facteur d'uniformité du nuage de points dans un petit espace 3D, alors que la classification de la surface quantifie localement le type de surface selon une estimation des deux courbures principales à partir de points voisins sur le modèle. L'utilisateur étant informé en temps réel de la qualité de son scan, il peut ajuster la prise en main de son numériseur et optimiser son temps de numérisation. Par exemple, l'utilisateur peut choisir de faire l'acquisition d'une plus grande quantité de points aux endroits sur le modèle étant de mauvaise qualité ou recommencer le processus de numérisation s'il observe que l'intégralité du scan en cours est de qualité médiocre. / n the manufacturing industry, particularly for the customized manufacture of prostheses,orthoses and sports equipment, 3D scanning is frequently used. To build a digital model ofhuman body parts, scan users need to acquire a large number of points. For non-expert users,such as specialists in prosthesis manufactures, obtaining a high quality scan is an arduous task, as the handling of a 3D scanner is often complex. Moreover, the customer has to remain still during the scanning process, which reduces the time available for data collection. With a modern, real-time approach to point cloud representation, called "vector field", themodel is reconstructed while the points are acquired. Using this approach with metrics to assess scan quality, the user is informed in real time of scan progress. The two metrics implemented in this work are the surface variation and the surface classification using principal curvatures. Feedback on scan quality is displayed by colour-coding the reconstructed surface. Experiments show that metrics, individually or both combined, can be usedto display distortions on objects with different shapes. For a vector field representation, the surface variation represents a uniformity factor of the point cloud in a small 3D space, while the surface classification establish the surface class according to an estimate of the two principal curvatures from neighbouring points on the model. As the user is informed in realtime of scan quality, they can adjust the scanner's handling andoptimize scan time. For example, the user can choose to acquire a greater number of points inareas of the model thatare of poor quality, or restart the scanning process if the entire scanis of mediocre quality.

Alors que l'évolution des pratiques de fabrication numérique dans les champs de l'art, de l'architecture et du design semble pointer vers l'émergence d'une « nouvelle matérialité », marquée par les développements contemporains de la robotique, de la computation et des sciences des matériaux, les discours entourant l'usage des machines à commande numérique restent trop souvent dominés par une compréhension passive de l'idée de matière. Cette thèse se propose d'actualiser la vision des rapports entre conception numérique et matérialité, en développant des schémas productifs ouverts à l'expression de formes d'agentivité matérielle. Cherchant à dépasser l'articulation prescriptive traditionnelle entre conception et fabrication, elle défend l'idée d'une redistribution de l'autorité vers un réseau d'acteurs productifs autonomes. L'argument développé vise avant tout à mettre à jour des méthodologies pratiques ainsi qu'un cadre conceptuel partageables, susceptibles d'être réinvestis par d'autres praticiens. Cinq expérimentations pratiques, reliées par leurs usages prospectifs de la programmation et de la fabrication numérique, en constituent l'ossature empirique. Mobilisant des auteurs comme Gilbert Simondon et Andrew Pickering, le travail de conceptualisation réalisé permet d'opérer un retour réflexif sur ces expériences, et d'en situer les enjeux au regard d'un certain nombre de précédents historiques, tels ceux de la production numérique non standard et de la cybernétique. / Recent developments in digital fabrication practices across the fields of art, architecture and design have inspired the notion of a “new materiality” — a rethinking of our relationship to the physical world in light of the ever-increasing convergence between robotics, computation and materials science. Yet, the very use of computer-controlled machinery remains, more often than not, envisioned in terms of a passive understanding of matter. This thesis aims at offering an updated vision of the relationship between materiality and design, by developing new production schemes allowing for an expression of material agency. Criticizing the traditional idea of a prescriptive, deterministic link between design and fabrication, the proposed argument reframes authority as a shared resource, spread through a network of productive and autonomous agents. The thesis' main outcomes consist in a set of practical methodologies as well as an encompassing conceptual framework, which may both be reinvested by other practitioners. Informed by and grounded in practice, the research builds on five experiments, adopting a prospective approach towards programming and digital fabrication. Drawing on authors like Gilbert Simondon and Andrew Pickering, the accompanying conceptualization allows for a reflexive discussion of the thesis' practical developments, while situating them in respect to such historical precedents as non standard production and cybernetics.

Le concept de Laboratoire de Fabrication Digitale (Fablabs) est au départ, une plateforme de prototypage industriel pour les entrepreneurs locaux. Elle est introduit rapidement dans le domaine de l'éducation et sert de plus en plus souvent de plate-forme pour l'apprentissage et l'innovation.Avec l'impact actuel des technologies numériques au sein des sociétés, des organisations telles que le Conseil national de recherches (CNR) appellent le secteur de l'éducation à se tourner vers les compétences du 21ème siècle, tandis que le secteur industriel repense la conception et la production afin d’assurer la durabilité (y compris l'éco-conception et l'économie circulaire) et adopter les dernières technologies intégrées dans l’entreprise 4.0.Les plateformes « Fablab » implantées dans les universités (Ub-Fablabs) pourraient donc jouer un rôle essentiel en tant que «plateforme de support» pour répondre à ces demandes.Etant donné qu’il y a eu très peu ou pas de recherche sur les capacités de Ub-Fablabs pour répondre à ces demandes, cette recherche a adopté une double approche :1) étudier et aligner les compétences cognitives, affectives et psychomotrices y compris les compétences opérationnelles (en matière de logiciels, de notion de mécanique, d’électricité et de systèmes embarqués, …) intégrées dans le processus de conception d'Ub-Fablabs.2) Évaluer la capacité d'Ub-Fablabs à préparer les citoyens aux futures évolutions dans la conception et la production.Dans la partie 1 de la recherche, le chercheur a observé de près la conception et la production d'une machine servant à écraser des roches (RMM) pour laquelle l'utilisation d'une gamme de technologies (bois, pierre et matériaux synthétiques) ont été requises.Les activités de conception et de production ont été enregistrées à l'aide de notes de terrain, d'enregistrements vidéo et de photographies. Pour garder la trace des activités de conception et de production, un modèle de processus de conception itératif, le «modèle de conception de Nawita» (NDPM) a été développé et utilisé.Les données ont été analysées à l'aide d'une analyse de protocole adaptée et les résultats ont été représentés graphiquement.Les résultats ont montré que matérialiser les idées créatives incubées dans la phase 1 du NDPM a déclenché un pic étonnant de compétences cognitives, affectives et psychomotrices dans les étapes 2, 3 et 4 du NDPM. Ces processus et compétences ont sans aucun doute constitués des compétences requises au 21ème siècle.Dans la partie 2 de la recherche, une analyse adaptée des contenus en ligne a été utilisée pour collecter des données provenant de 90% des Ub-Fablabs dans le monde.Une échelle d'indicateurs de capacité Ub-Fablab (Ub-Fablab CIS) a été développée et utilisée pour évaluer quatre aspects potentiels d'Ub-Fablab. Cette échelle est une aide à la compréhension du processus de création. La plate-forme support incite les esprits proactifs à une meilleure intégration des processus de conception et de production.Ces composants sont: i) Infrastructure technologique; ii) Approche pédagogique constructiviste; iii) Collaboration à travers le réseautage numérique et iv) durabilité (y compris l'éco-conception et l'économie circulaire).Les résultats ont révélé que tous les Ub-Fablabs ont une position forte dans la fourniture d'infrastructures technologiques et une forte approche pédagogique constructiviste, mais peuvent avoir besoin d'améliorer leur capacité de collaboration à travers le réseautage et la restauration de la durabilité.Les résultats de cette recherche fournissent une solide réputation pour les Ub-Fablabs à être utilisés pour augmenter les efforts afin d’équiper les citoyens avec des compétences du 21ème siècle et inciter les esprits proactifs à une meilleure intégration et employabilité. / The concept of Digital Fabrication Laboratories (Fablabs), initially an industrial prototyping platform for local entrepreneurships is rapidly finding its way into the education arena and used as a platform for learning and innovation. With the current impact of digital technology on the societies, there are calls from organizations like the National Research Council (NRC) for the education sector to cater for the so-called 21st Century Skills, while the industrial sector to rethink design and production in order to cater for sustainability (inclusive of eco-design and circular economy) and to embrace the latest technologies in preparation for the Industries 4.0. Fablab platforms established in universities (Ub-Fablabs) could therefore play a vital role as a ‘support platform’ to meet these demands.Since there has been very little or no research into the capacities of Ub-Fablabs to meet these demands, this research took a two-fold approach toi) investigate and align cognitive, affective and psychomotor skills (inclusive of mechanical, electrical and embedded software operational skills) embedded in the design process in Ub-Fablabs.ii) assess the capacity of Ub-Fablabs to prepare citizens for the future design and production industries.In part 1 of the research, the researcher closely observed the design and production of a rock milling machine (RMM) where utilisation of a range of wood, stone and synthetic materials technologies were displayed. The design and production activities were recorded using field notes, video-recording and still photography. To keep trace of the design and production activities, an iterative design process model, the ‘Nawita Design Process Model (NDPM) was developed and utilised. Data was analysed using an adapted protocol analysis and results were graphed using pie and bubble-chart graphing. Results showed that materialising the creative ideas incubated in stage 1 of the NDPM unleashed a stunning peak of cognitive, affective and psychomotor skills in stages 2, 3 and 4 of NDPM. These processes and skills are undoubtedly constituted of the 21st Century Skills.In part 2 of the research, an adapted online content analysis was used to collect data from 90% of the Ub-Fablabs worldwide. An Ub-Fablab Capacity Indicator Scale (Ub-Fablab CIS) was developed and used to score on four potential aspects of Ub-Fablab if it has to be used as a support platform to incubate proactive minds for the future integration of design and production industries. These components are i) Technological infrastructure; ii) Constructionist pedagogical approach; iii) Collaboration through digital networking and iv) sustainability (inclusive of eco-design and circular economy). Results revealed that all Ub-Fablabs have a strong stand in providing technological infrastructures and a strong constructionist pedagogical approach, but may need to improve on its capacity for collaboration through networking and catering for sustainability.The findings of this research provides a strong standing for Ub-Fablabs to be utilised to augment efforts to equip citizens with 21st Century skills and incubate proactive minds for the future integration of design and production industries

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.

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.