Notre recherche concerne les nouvelles approches qui améliorent l’exploration 3D dans des environnements virtuels pour les utilisateurs. De ce fait, nous nous focalisons sur la conception de nouvelles techniques d’interaction 3D transversales, qui sont simples, efficaces et bénéficient de la nouvelle périphérique d’entrée, comme les interfaces tactiles. Notre approche permet aux utilisateurs d’effectuer une interaction 3D complexes à l’aide d’entrée touche simple et multiples. Les utilisateurs effectuer des gestes en utilisent des touches simple et des esquisses pour interagir avec le contenu. Pour faire des conclusions sur la facilité d’utilisation de nos interfaces nous évaluons les techniques d’interaction en menant des études utilisateurs. Ensuite, nous adoptons des techniques traditionnelles et d’illustration de visualisation pour mettre en avant des caractéristiques différentes de l’objet en cible tout en préservant les informations de contexte. En outre, nous proposons de nouvelles méthodes de collaboration entre les utilisateurs qui interagissent avec les données 3D en utilisant la technologie divers, comme des périphériques mobiles de petite taille et des environnements virtuels immersifs. / Our research concerns the investigation of new approaches that enhance 3D exploration in virtual environments for users. Thereby, we concentrate on design of novel transversal 3D interaction techniques that are simple, efficient and benefit from new input technology, like tactile interfaces. Our approach allows users to perform complex 3D interaction using single and multiple 2D touch input. Users carry out simple touch, stroke or sketch-based gestures to interact with content. To draw conclusions about the usability of our interfaces we evaluate the interaction techniques by conducting users studies. In addition, we adopt different traditional and illustrative visualization techniques to highlight object characteristics in focus while preserving context information. Furthermore, we propose new methods for collaboration between users, who interact together with 3D data using varying technology, from small mobile devices to immersive virtual environments.

La texture des surfaces est tactilement perçue principalement par les vibrations générées lors du glissement de nos doigts sur celles-ci. Malgré sa prévalence quotidienne, l'étude de l'interaction du doigt avec une texture, dans le cadre de la réalité virtuelle, n'a pas été approfondie en détail. Cette thèse explore une partie des facteurs qui contribuent à la mécanique de l'interaction entre un doigt et une surface avec pour objectif sa reproduction artificielle. L'enregistrement et la reproduction des textures tactiles sont premièrement discutés, accompagnés de la conception d'un appareil capable de précisément mesurer la force d'interaction émanant de la friction d'un doigt qui glisse. Le même dispositif piézoélectrique fut employé pour déformer à haute vitesse le bout du doigt, dans le but de reproduire la présence d'une texture. Ce travail est une nouvelle approche pour simuler la rugosité et la texture d'une surface virtuelle. La question de l'enregistrement et de la reproduction des surfaces texturées a motivé l'étude du comportement mécanique du bout du doigt. Cette étude révèle que le bout des doigts se comporte comme un ressort élastique dans les basses fréquences, et qu'après une fréquence de coupure d'environ 100 Hz, la réponse est dominée par l'amortissement visqueux, un fait qui n'a jamais été directement observé auparavant. Ensuite, les spécificités des signaux vibratoires créés par le frottement d'un doigt sur plusieurs textures furent analysées. L'expression des fluctuations de la force de friction en fonction de l'espace plutôt que du temps, indique que plusieurs caractéristiques du signal peuvent jouer un rôle majeur dans la perception tactile des textures. Cette thèse met en lumière l'importance de la mécanique et de la biomécanique pendant l'exploration haptique des surfaces et leur potentielle contribution à la perception. Collectivement, les résultats présentés dans cette thèse sont utiles pour la conception de meilleurs systèmes de réalité virtuelle et à d'autres applications.

Ce travail de thèse porte sur la conception et la réalisation d'un nouveau concept d'interface tactile compacte, portable, légère, à faible coût et à haute résolution. Cette interface, dédiée aux personnes aveugles et malvoyantes, est à la base d'une nouvelle approche d'aide à la mobilité basée sur la substitution/suppléance visuo-tactile.<br /><br />En s'appuyant sur la psychophysiologie du sens du toucher associée à une technologie d'actionnement de type Alliages à Mémoire de Forme (AMF), un dispositif mécatronique a été conçu et réalisé pour générer, via le toucher, des sensations de contact à l'extrémité des doigts. Le prototype est constitué d'une matrice de 64 micro-actionneurs en AMF de 1,5 mm de diamètre offrant des courses maximales de 1,4 mm chacun. L'espacement entre les actionneurs est de 2,6 mm. Les efforts développés par chaque actionneur sont de l'ordre de 300 mN. Enfin, la bande passante maximale sans dégradation des performances est de 1,5 Hz. Le dispositif réalisé est compact et ne pèse que 200 g. Ses faibles dimensions (un cube de 8 cm de côté) le rendent facilement portable par l'utilisateur. L'interface est en mesure d'afficher un grand nombre d'informations binaires sur sa matrice 8 x 8. Par ailleurs, ses conceptions mécanique et électronique de commande peuvent être facilement redimensionnées pour un nombre supérieur d'actionneurs tout en conservant un faible coût. <br /><br />Des études psychophysiques conduites sur des sujets voyants montrent la pertinence de l'information transmise via l'interface et démontrent l'intérêt du dispositif réalisé pour l'assistance aux personnes aveugles et malvoyantes.

La perte de vision périphérique (vision tubulaire) a pour conséquence de nombreux déficits qui réduisent fortement l'autonomie des personnes qui en sont atteintes et par conséquent leur qualité de vie. Nombre de ces déficits témoignent d'une cognition spatiale dégradée mettant en jeu des relations étroites entre vision périphérique et représentations spatiales. Le double objectif de ce travail de thèse consiste à mieux comprendre la nature de ces relations et, sur la base de ces connaissances, contribuer à l'émergence de dispositifs d'assistance plus adaptés et performants, capables de suppléer l'absence de vision périphérique. Dans un premier temps, je me suis intéressé au rôle de la vision périphérique dans la construction de représentations spatiales égocentrées. J'ai d'abord collaboré à une expérience de psychophysique impliquant la détection en vision périphérique de cibles visuelles situées soit droit-devant, soit excentrées par rapport à l'axe du corps. En mesurant les temps de réaction nous avons pu démontrer que les sujets humains répondaient plus rapidement aux cibles présentées droit-devant qu'aux cibles excentrées. J'ai pris en charge une deuxième étude complémentaire portant sur le lien entre ce traitement sensoriel privilégié du droit-devant en vision périphérique et la dynamique des saccades oculaires de recentrage. En comparant les dynamiques de pro-saccades et d'anti-saccades de recentrage ou d' " excentrage ", j'ai pu mettre en évidence que la supériorité dynamique des saccades de recentrage guidées par la vision périphérique reposait à la fois sur des facteurs sensoriels et oculomoteurs. Ces travaux révèlent l'intégration précoce de signaux visuels et oculomoteurs en vision périphérique, pouvant servir à localiser les éléments visuels par rapport à soi et à privilégier le traitement des éléments situés dans l'axe droit-devant. Dans un deuxième temps, mes travaux ont abordé l'influence de la vision périphérique dans les représentations spatiales allocentrées. Pour étudier l'implication de la vision périphérique dans le codage allocentré, j'ai réalisé une expérience impliquant une tâche de pointage vers des cibles visuelles en vision centrale, accompagnées ou non d'indices visuels à différentes distances en vision périphérique. Les résultats obtenus montrent que des indices visuels capturés par la vision périphérique peuvent effectivement contribuer au codage allocentré d'une cible fixée, et ce même lorsque ces indices périphériques doivent être extraits de scène visuelles complexes en moins de 200 ms. Dans une étude complémentaire, j'ai montré que l'utilisation de ces indices allocentrés situés en périphérie avait un véritable rôle fonctionnel, accélérant les recherches visuelles. Ainsi, ces travaux révèlent une implication fonctionnelle forte de la vision périphérique dans l'extraction des relations spatiales entre éléments présents dans l'environnement visuel. J'ai voulu, durant la dernière partie de ma thèse, initier le développement d'un dispositif d'assistance dont la finalité est de suppléer les fonctions spatiales, égocentrées et allocentrées, de la vision périphérique. Comme preuve de concept, mon travail a consisté à concevoir et développer un dispositif tactile placé sur le poignet et capable de communiquer la position spatiale d'objets d'intérêt pour en simplifier leurs recherches visuelles. Les résultats obtenus chez des sujets sains avec un champ visuel artificiellement réduit (10°) montrent que l'interface tactile permet d'accélérer par trois la vitesse de recherche visuelle. Des résultats similaires ont été observés chez une personne atteinte de glaucome (champ visuel de 10x15°). Ma thèse pluridisciplinaire permet d'apporter un nouvel éclairage sur l'implication de la vision périphérique dans la construction de représentations spatiales, et elle propose de nouvelles pistes pour le développement de dispositifs d'assistance adaptés aux personnes atteintes de vision tubulaire. / The loss of peripheral vision (tunnel vision) leads to numerous deficits, reducing both independence and quality of life. These deficits reflect spatial cognition impairments, and highlight the close relationship between peripheral vision and spatial representations. This thesis has two main objectives: reaching a better understanding of the nature of these relationships, and using the acquired knowledge in order to propose adaptive, performant and innovative assistive devices able to overcome the peripheral loss. At first, I address the role of peripheral vision in egocentric space coding. I collaborated in a psychophysics experiment, involving detection of visual objects placed in peripheral vision. The visual objects formed similar images on the retina and differed only with respect to their egocentric location: either straight-ahead or eccentric with respect to the head/body midline. We found that straight-ahead objects elicit consistently shorter behavioral responses than eccentric objects. I took in charge a second study evaluating the link between the privileged sensory processing of the straight ahead direction and the dynamic of ocular saccades. Comparison between centripetal and centrifugal pro-saccades and anti-saccades revealed that the superior dynamic of centripetal saccades comes from both sensory and oculomotor factors. These works reveal the early integration of both visual and oculomotor signals in peripheral vision, leading to egocentric representations in which the straight ahead direction is highlighted. Secondly, I investigated the influence of peripheral vision in extracting allocentric spatial representations. In order to assess the role of peripheral vision in allocentric coding, I performed a memory-based pointing task toward previously gazed targets, which were briefly superimposed with visual cues placed at different eccentricities. The results showed that visual cues in peripheral (>10°) vision can contribute to the allocentric coding of a fixated target. A complementary experiment showed that these peripheral allocentric cues play a functional role, notably by facilitating visual searches. These works highlight the importance of peripheral vision in extracting functional spatial relationships between distant elements of the visual environment. Finally, I wanted to promote the development of new assistive devices, able to substitute both egocentric and allocentric spatial functions of the peripheral vision. As a proof of concept, I designed and evaluated a tactile interface mounted on wrist, communicating the spatial location of specific objects and facilitating visual search. Results showed that healthy subjects with artificial tunnel vision (10°) were able to increase by three visual search speeds thank to this tactile interface. Similar results were obtained on a glaucoma subject (field of view 10x15°). My multidisciplinary thesis highlights new roles of peripheral vision in spatial representations and proposes an innovative solution to develop assistive device for tunnel vision.