Au fil des années, la nécessité de tirer profit de données géospatiales, dans tous domaines d’application, a été bien établie et les innovations dans l’utilisation de ces données ne se dénombrent plus. Cependant, les outils géomatiques traditionnels utilisés afin d’exploiter ces données, malgré leur évolution technologique remarquable des dernières années, comportent des lacunes au niveau de la visualisation, de l’interaction et de leur capacité de collaboration qui peuvent limiter la compréhension de l’espace par un public utilisateur non-expert. Pour répondre à ces limites, la technologie de réalité augmentée offre des possibilités intéressantes en ce qui a trait à la visualisation et l’interaction avec les données géospatiales 3D. Malgré les récentes avancées technologiques dans ce domaine, ce type d’application demeure peu exploré, particulièrement en contexte géospatial, ce qui fait en sorte que le développement de systèmes de réalité augmentée reste un processus laborieux et expérimental. Considérant ceci, nous proposons une étude établissant les bases du développement de systèmes interactifs et collaboratifs de réalité augmentée géospatial. Pour cette étude, nous avons choisi de retenir le contexte d’application du design et de l’aménagement urbain, un domaine dans lequel l’interaction et la visualisation de l’espace jouent un rôle central. La première partie de ce travail présente les résultats de la recherche conceptuelle et littéraire menée préalablement au développement de notre prototype. La deuxième partie présente le prototype développé en suivant la méthodologie Unified Process pour le développement logiciel ainsi que les résultats de la phase d’expérimentation du prototype menée par la suite. À la lumière des travaux réalisés, il nous est apparu évident que la réalité augmentée présente un potentiel très intéressant pour répondre aux limites des outils traditionnels mais que la réalisation d’une solution complète nécessiterait l’intervention d’une quantité de ressources qui dépasse le cadre d’un travail de maitrise. / Over the years, the usefulness of geospatial data, in any given field, has been well established and countless innovations in the usage of such data have appeared. However, traditional geomatic tools used for the exploitation of data, despite their remarkable technological evolution in recent years, still contain certain limits concerning 3D visualization, interaction and their collaboration capacity that can limit spatial comprehension by a public of non-expert users. To overcome these limits, augmented reality technologies demonstrate interesting possibilities regarding the interaction and visualization of 3D geospatial data. In spite of the recent technological advances, these types of applications remain poorly explored, especially in geospatial contexts. Consequently, the development of geospatial augmented reality systems remains a laborious and experimental process. Considering this, we propose a study to establish the basis for the development of geospatial interactive and collaborative augmented reality systems. We have chosen to inscribe this study in the urban design and planning context, a domain of application for which the interaction and visualization of space plays a central role. The first part of this study presents the results of our literary and conceptual research, undertaken prior to the development of our prototype. The second part presents the prototype developed following the Unified Process methodology for software development as well as the results of the prototype experimentation step conducted afterwards. This research project completed, it appears obvious to us that augmented reality presents an interesting potential to overcome the limits of traditional geomatic tools. However, the realization of a complete solution would require the intervention of a larger pool of resources that are unavailable in the scope of a master’s project.

Ce mémoire présente les résultats d'une recherche ayant pour but d'explorer l'utilisation d'un simulateur pour accélérer l'évolution de contrôleurs d'un robot mobile exécutant une tâche visuelle au sein d'un environnement de réalité augmentée. La tâche retenue pour effectuer la démonstration de l'intégration du système évolutionnaire consiste à suivre une ligne au sol à l'aide d'une caméra. La réalisation de ce projet a nécessité le développement d'une plate-forme de robot mobile compacte, d'une capacité de calcul suffisante pour être complètement autonome. Ce robot est destiné à un environnement synthétique généré à l'aide d'un projecteur à cristaux liquides. La modélisation du robot dans cet environnement a permis l'élaboration d'un simulateur pouvant être déployé sur une grappe d'ordinateurs permettant une accélération considérable de l'évolution grâce à la parallélisation de l'évaluation de la performance des contrôleurs. Les meilleurs contrôleurs obtenus au terme de l'évolution, employant la technique de programmation génétique, ont été transférés avec succès sur le robot.

Ce mémoire couvre le développement d'une interface bimanuelle pour IMAGE v2, une application de simulation visuelle interactive aidant à la compréhension de situations complexes. Cette interface est centrée sur l'utilisateur et est développée principalement pour les environnements immersifs, environnements dans lesquels IMAGE v2 doit être déployé. Il s'agit d'une interface gestuelle, car l'utilisateur devra interagir avec les objets de l'application à l'aide de ses mains. Deux variantes de l'interface ont été implémentées, l'une requérant l'utilisation d'une seule main et l'autre permettant d'utiliser les deux mains. Ces deux variantes ont été comparées dans une étude sur un groupe d'utilisateurs qui devaient exécuter une série de tâches avec chaque variante de l'interface, le temps étant mesuré. L'étude a montré que l'interface bimanuelle augmente significativement la performance et la précision des utilisateurs. / This thesis covers the conception of a bimanual interface for IMAGE v2, an application of visual interactive simulation aiming to help in understanding complex situations. This interface is user-centric and is developed principally for virtual immersive environments, environments in which IMAGE v2 is to be used. It is a gestural interface because users will interact with the application by using their hands. Two variants of the interface have been implemented, the first requiring the user to use only one hand and the other allowing the use of both hands. Those two variants were compared in a study on a group of users who executed a series of tasks with each variant of the interface, time being measured. This study showed that the bimanual interface increased significantly the performance and precision of the users.

Ce travail de recherche pour la réduction du stress physiologique a été effectué initialement auprès de personnes n'ayant pas de troubles neurodégénératifs en vue de soutenir le projet visant à résorber l'anxiété des personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer, qui se trouvent à un stade avancé, qui ont perdu leur motricité et qui ne peuvent donc plus se promener dans la nature, ou en forêt. L'exposition à la nature permet non seulement de se sentir mieux émotionnellement, mais elle contribue également au bien-être physique, en réduisant la tension artérielle, la fréquence cardiaque, la tension musculaire et la production d'hormones de stress. L'exposition à la nature à l'aide de technologies de réalité virtuelle pourrait donc apporter des avantages en termes de bien-être émotionnel aux personnes qui ne peuvent pas accéder à l'extérieur. L'article 1 présente une revue de la littérature, qui montre que bien qu'il existe un corpus comparant les effets entre la nature réelle et la nature virtuelle, il n'y a pas beaucoup d'études qui ont comparé l'effet relatif entre la nature reproduite avec différentes techniques de développement en réalité virtuelle. Plus précisément, si les différences en termes d'exploration active ou passive, la richesse de la scène ou son dynamisme, pourraient affecter le potentiel thérapeutique de ces environnements simulés, n'apparaît pas encore clairement. L'article 2 présente une étude auprès des adultes en bonne santé a été réalisée pour tester les effets de 10 min d'exposition à la nature virtuelle dans une forêt. L'objectif était d'évaluer si l'exploration d'une forêt virtuelle pouvait induire un état de connexion avec la nature, améliorer le confort des utilisateurs et réduire leur stress. Il a été émis l'hypothèse que l'exploration d'un environnement forestier virtuel à travers un visiocasque aurait un effet thérapeutique sur les manifestations de stress physiologique, dans un premier temps, chez l'adulte sans troubles neurodégénératifs. / This research work for the reduction of physiological stress was initially carried out with people without neurodegenerative disorders in order to support the project aimed at reducing the anxiety of people with Alzheimer's disease, who are located at an advanced stage, who have lost their motor skills and who can no longer walk in nature, or in the forest. Exposure to nature not only makes you feel better emotionally, but it also contributes to physical well-being, by reducing blood pressure, heart rate, muscle tension and the production of stress hormones. Exposure to nature using virtual reality technologies could therefore bring emotional well-being benefits to people who cannot access the outdoors. Article 1 presents a review of the literature, which shows that although there is a body of work comparing the effects between real and virtual nature, there are not many studies that have compared the relative effect between nature reproduced with different development techniques in virtual reality. More precisely, whether the differences in terms of active or passive exploration, the richness of the scene or its dynamism, could affect the therapeutic potential of these simulated environments, is not yet clear. Article 2 presents a study in healthy adults was performed to test the effects of 10 min of exposure to virtual nature in a forest. The objective was to assess whether exploring a virtual forest could induce a state of connection with nature, improve user comfort and reduce stress. It was hypothesized that the exploration of a virtual forest environment through a head-mounted display would have a therapeutic effect on the manifestations of physiological stress, initially in adults without neurodegenerative disorders.

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.

Cette recherche-création associe la mobilité numérique immersive et la composition musicale interactive. Elle développe une approche de création en art numérique propre à favoriser l’engagement et prolonger l’expérimentation d’un dispositif artistique dans un espace public extérieur. Nous nous intéressons à l’être-ensemble numérique en réalité mixte, où présence physique et virtuelle se superposent et s’hybrident. Poursuivant et renouvelant d’anciennes traditions culturelles participatives, notre création, ScnVir offre une scène virtuelle de réalité mixte et un design d’interaction favorisant l’émergence d’expériences artistiques participatives. Notre hypothèse est que l’être-ensemble numérique, à travers ses indices communiqués par l’agentivité de groupe, favorise l’engagement et prolonge l’expérienced’un dispositif d’art numérique. Ce qui suppose que l’être-ensemble numérique émerge en fournissant des indices associés à cet état et que la simulation située est une technologie qui permet de matérialiser de tels indices au sein d’un dispositif artistique. Afin de poursuivre cette recherche, nous avons établi une démarche de recherche-création interdisciplinaire incluant l’art numérique, le design d’interaction et la géomatique, qui comporte des objectifs d’ordres conceptuel, méthodologique et artistique. Nous avons déterminé et validé des phases de l’être-ensemble numérique (l’être-là, l’hymersion et l’interaction de groupe) et des indices de l’être-ensemble numérique en simulation située (la proximité, la sociabilité, la coordination des mouvements, la réussite d’une mission). Pour la réalisation du projet, nous avons conçu un design d’interaction basé sur des mouvements simples mettant en œuvre de tels indices. Nous avons élaboré une méthodologie de création et créé une œuvre artistique appliquant les phases de l’être-ensemble numérique dans un dispositif artistique en simulation située. Pour valider notre recherche, nous avons élaboré une méthodologie hybride combinant une approche quantitative et qualitative d’analyse. Les résultats attestent que tous les participants ont accédé à la première phase de l’être-ensemble numérique, l’être-là et que tous les participants ont accédé, au moins partiellement, à la seconde phase de l’être-ensemble numérique, l’hymersion. La réussite de la seconde phase de l’être-ensemble numérique valide que notre dispositif favorise bien l’engagement des participants dans l’expérience, car l’hymersion nécessite l’engagement. Du point de vue de l’interaction de groupe, soit la troisième phase, nos résultats mettent en évidence denombreux indices de l’être-ensemble numérique et un taux de succès de la mission cachée mitigé (28 %), ce qui nous permet d’affirmer que des formes d’être-ensemble numérique ont émergé de notre dispositif. Cependant, les participants n’ont pas tous réussila mission cachée qui nous servait de validation quantitative de l’émergence de l’être-ensemble numérique, car les conditions expérimentales, l’implémentation du design d’interaction et notre démarche de validation démontrent des faiblesses. D’autre part, la présence de nombreux indices de l’être-ensemble numérique atteste que la simulation située est une technologie propre à mettre en œuvre l’agentivité de groupe. Ces résultats démontrent que la mise en œuvre de l’être-ensemble numérique au sein d’un dispositif artistique est possible. Pour y parvenir, des conditions sont à respecter: les phases de l’être-ensemble numérique doivent être rencontrées; le dispositif doit permettre la communication d’indices comportementaux par l’agentivité de groupe; les interactions de groupe doivent être médiatisées dans l’interface par des contenus médiatiques adaptés. Les résultats observés établissent que notre dispositif offre une expérimentation d’assez longue durée et donc favorise la prolongation de l’expérimentation d’un dispositif d’interaction gestuelle simple. Ainsi, nos résultats nous permettent d’affirmer que l’être-ensemble numérique favorise l’engagement et prolonge la participation à un dispositif d’art numérique dans l’espace public. Du point de vue artistique, notre démarche de création est satisfaisante, car elle offre des événements à la fois imprévisibles et significatifs, connectés à l’expérience des utilisateurs, propre à l’expression musicale et artistique. La diffusion de notre projet dans un festival reconnu valide l’intérêt de notre démarche de création et de la simulation située pour la création numérique. Les perspectives de développement artistiques sont extraordinaires.Mots clés: être-ensemble numérique, réalité mixte, simulation située, art numérique, design d’interaction, musique interactive, scène virtuelle, interaction gestuelle, interaction de groupe, agentivité de groupe. / This research associate immersive digital mobility and interactivemusic composition. We develop an approach to creation that encourages engagement and prolongs the experimentation of an artistic installation in an outdoor public space. We are interested in digital togetherness in mixed reality, where physical and virtual presence overlap and hybridize. Continuing and renewing ancient participatory cultural traditions, our creation, ScnVir offers a virtual scene of mixed reality and interactive design that promotes the emergence of participatory artistic experiences. Our hypothesis is that digital togetherness, through its clues communicated by group agency, favors engagement and extends the experience of a digital art installation. This assumes that the digital togetherness emerges by providing clues associated with this state and that the situated simulation is a technology that makes it possible to materialize such clues within an artistic installation. In order to continue this research, we have established an interdisciplinary research-creation approach including digital art, interaction design and geomatics, which includes conceptual, methodological and artistic objectives. We have determined and validated phases of the digital togetherness (the being-there, the hymersion and the group interaction) and the indices of the digital togetherness in situated simulation (proximity, sociability, the coordination of movements, the success of a mission). For the realization of the project, we designed interactivity based on simple movements using such indices. We have developed a creative methodology and created an artistic work applying the phases of digital togetherness in an artistic installation in situated simulation. To validate our research, we have developed a hybrid methodology combining a quantitative and qualitative analysis approach. The results show that all the participants have reached the first phase of the digital togetherness, the being-there and that all the participants have acceded, at least partially, to the second phase of the digital togetherness, the hymersion. The success of the second phase of digital togetherness validates that our device promotes the commitment of the participants in the experience, because hymersion requires commitment. For the third phase involving group interaction, our results highlight many digital togetherness indices and a mitigate success (28%) for the hidden mission, which allows us to affirm that some forms of digital togetherness have emerged from our installation. However, not all the participants succeeded in the hidden mission that served us as a quantitative validation of the emergence of digital togetherness, because the experimental conditions, the implementation of interaction design and our validation process demonstrate weaknesses. On the other hand, the presence of numerous indices of the digital togetherness attests that the situated simulation is a effective technology to implement the group agency. These results demonstrate that the implementation of digital togetherness within an artistic installation is possible. To achieve this, conditions must be respected: the phases of the digital togetherness must be met; the installation must allow the communication of behavioral indices by the group agency; group interactions must be mediated in the interface by appropriate media content. The observed results establish that our installation offers an experiment of rather long duration and thus favors the prolongation of the experimentation of a device of simple gestural interaction. Thus, our results allow us to affirm that digital togetherness promotes engagement and prolongs participation in a digital art installation in the public space. From an artistic point of view, our creative process is satisfactory because it offers both unpredictable and significant events, connected to the user experience, adapted to musical and artistic expression. The diffusion of our project in a recognized festival validates the interest of our approach of creation for the digital creation. The prospects for artistic development are extraordinary.

L'idée directrice de cette thèse concerne la nécessité philosophique de revoir de façon impérieuse notre perception naïve des rapports que l'image entretient avec la réalité, à la lumière d'une critique des images de notre ère médiatique. Dans un premier chapitre, nous tentons de démontrer que la prolifération technologique de l'image contribue de façon déterminante à provoquer une transformation effective du réel. Les deux chapitres suivants abordent la question de l'envahissement de la FICTION dans notre univers perceptuel et conceptuel, et mettent en l'univers quatrième machines lumière les mutations profondes et variées que médiatique impose à l'expérience humaine. Le chapitre de vision propose une interprétation du rôle des en regard de la secondarisation de l'expérience humaine qu'elles instituent. Nous tentons d'y démontrer que l'effacement du réel, engendré par la technologie, s'articule autour de la notion d'Oubli et débouche sur une triple abolition: celle du Regard, celle du Sens, et enfin celle du Sujet à travers sa fusion avec l'Objet. Le dernier chapitre illustre notre questionnement théorique de fond en proposant un examen du photomontage en tant que pratique esthétique caractéristique de l'expérience "fin de siècle" et révélatrice du caractère mystificateur de toute représentation.

La recherche effectuée dans cette thèse porte sur le problème de la synthèse de vue c'est-à-dire, comment, d'un ensemble de photographies calibrées d'un objet, générer l'image de cet objet d'un point de vue non photographié. On s'intéresse plus particulièrement au rôle que joue la géométrie dans ce problème. Pour explorer cette question, on analyse les deux approches proposées dans la littérature, soit l'approche géométrique et l'approche par images. L'approche géométrique est basée sur la physique et requiert d'inférer la forme de l'objet, sous l'hypothèse de ses propriétés de réflectance et des conditions d'éclairage, en optimisant une mesure de photo-cohérence. La synthèse de vue s'effectue ensuite par la projection de la forme obtenue selon le point de vue et l'éclairage désirés. Le rôle de la géométrie dans cette approche est donc de définir la surface de l'objet pour permettre le calcul de son interaction avec la lumière. L'approche par images propose quant à elle d'effectuer la synthèse de vue directement par interpolation. La fonction à interpoler est le champ de lumière, qui décrit la couleur de tous les rayons de lumière issus de l'objet. Les pixels de chaque photographie constituent les échantillons à utiliser pour calculer l'approximation du champ de lumière. La synthèse de vue s'effectue en évaluant cette approximation en chacun des rayons qui traversent les pixels de l'image à synthétiser pour en obtenir la couleur. En théorie, la forme de l'objet n'est pas nécessaire dans ce cas, ce qui a l'avantage d'éviter l'inférence de cette forme et les hypothèses que son obtention requiert. En contrepartie, l'approche par images nécessite un nombre plus élevé de photographies que l'approche géométrique pour produire une image de qualité visuellement équivalente. Pour mitiger ce défaut, plusieurs chercheurs ont montré comment exploiter la forme de l'objet ou encore une approximation de celle-ci, obtenue par une approche géométrique, pour améliorer la qualité de l'interpolation. Cette forme permet un meilleur choix des rayons à utiliser pour interpoler un rayon inconnu puisque ce choix est maintenant basé sur la géométrie de l'objet. Ils arrivent ainsi à une diminution significative Résumé iii des artefacts autrement visibles lors de la synthèse. Une telle forme utilisée dans le but d'améliorer l'interpolation porte le nom de proxy, pour la distinguer de la forme de l'objet à laquelle elle n'a pas nécessairement à correspondre. L'utilisation d'un proxy correspond à une approche hybride, dès lors que l'obtention du proxy nécessite les hypothèses de l'approche géométrique. De ce fait, l'approche hybride limite malheureusement la portée de l'approche par images, qui autrement s'applique directement sans supposition au sujet de l'objet. L'idée principale de cette thèse vise remédier à cette situation en montrant que l'obtention d'un proxy n'a pas à s'appuyer sur l'approche géométrique et en partager les hypothèses. Plutôt que tenter d'obtenir un proxy qui approxime la forme de l'objet, on propose un proxy qui améliore directement la qualité de l'interpolation. La caractérisation de la forme recherchée viendra de l'analyse de la borne de l'erreur d'interpolation, issue de la théorie de l'approximation. Il deviendra clair qu'un proxy correspond à une reparamétrisation du domaine du champ de lumière qui en influence la régularité. Un proxy adapté mène à un champ de lumière régulier, ce qui diminue l'erreur d'interpolation et explique la diminution des artefacts visibles lors de la synthèse. On clarifie ainsi le rôle de la géométrie dans l'approche par images. Cette analyse suggère donc d'opter pour un proxy dont la forme maximise la régularité du champ de lumière correspondant, ce que l'on proposera de faire ensuite. Pour permettre cette recherche, on développe une mesure de régularité, appelée le contenu fréquentiel. Cette mesure possède plusieurs avantages comparativement aux mesures existantes dans l'approche géométrique, ce que l'on mettra en évidence. On utilisera le contenu fréquentiel pour obtenir des points de la surface qui maximise la régularité du champ de lumière, que l'on appellera surface de paramétrisation optimale. En cherchant à obtenir la surface de paramétrisation optimale, on rencontre divers problèmes d'ordre pratique. Le premier est la sensibilité du contenu fréquentiel aux erreurs de visibilité, ce qui nuit à sa minimisation. On résout ce problème en proposant une approche de minimisation robuste à ces erreurs. Une autre difficulté est que l'ensemble des points obtenus possède des profondeurs aberrantes, issues d'ambiguïtés quant aux profondeurs qui optimisent le contenu fréquentiel. On proposera une procédure de reconstruction de surface robuste basée sur les fonctions de base radiales combinées aux M-estimateurs. Cette procédure sera utilisée pour reconstruire la surface de paramétrisation optimale. Résumé iv La synthèse de vue d'objets divers à l'aide de la surface de paramétrisation optimale montrera qu'il est possible d'obtenir des résultats de qualité visuellement comparable à ceux que l'on obtient en utilisant la surface de l'objet. On explorera davantage les liens entre la surface de paramétrisation optimale et la surface de l'objet. On montre que les deux ne correspondent pas nécessairement, sauf dans le cas d'un objet lambertien texture, où la surface de l'objet atteint le maximum théorique de régularité. Dans ce cas, on évaluera les performances de l'approche proposée en comparant la surface de paramétrisation optimale à celle de l'objet, obtenue par un capteur télémétrique. Dans les autres cas, on montrera que la surface de paramétrisation optimale possède une forme qui tient compte des reflets dans l'objet. Elle mène ainsi à une géométrie originale qui constitue un meilleur proxy que la surface de l'objet elle-même. La surface de paramétrisation optimale est donc un candidat nouveau pour l'étude de la géométrie multi-vues.

Nous proposons une approche basée sur la géosimulation multi-agent et un outil d’aide à la décision pour supporter l’analyse « What-if » durant la planification des suites d’actions (plans) dans un environnement géographique dynamique. Nous présentons les caractéristiques du raisonnement « What-if » en tant 1) que simulation mentale 2) suivant un processus en trois étapes et 3) basé sur du raisonnement causal qualitatif. Nous soulignons les limites de la cognition humaine pour appliquer ce raisonnement dans le cadre de la planification des suites d’actions dans un environnement géographique dynamique et nous identifions les motivations de notre recherche. Ensuite, nous présentons notre approche basée sur la géosimulation multi-agent et nous identifions ses caractéristiques. Nous traitons en particulier trois problématiques majeures. La première problématique concerne la modélisation des phénomènes géographiques dynamiques. Nous soulignons les limites des approches existantes et nous présentons notre modèle basé sur le concept de situation spatio-temporelle que nous représentons en utilisant le formalisme de graphes conceptuels. En particulier, nous présentons comment nous avons défini ce concept en nous basant sur les archétypes cognitifs du linguiste J-P. Desclés. La deuxième problématique concerne la transformation des résultats d’une géosimulation multi-agent en une représentation qualitative exprimée en termes de situations spatio-temporelles. Nous présentons les étapes de traitement de données nécessaires pour effectuer cette transformation. La troisième problématique concerne l’inférence des relations causales entre des situations spatio-temporelles. En nous basant sur divers travaux traitant du raisonnement causal et de ses caractéristiques, nous proposons une solution basée sur des contraintes causales spatio-temporelles et de causalité pour établir des relations de causation entre des situations spatio-temporelles. Finalement, nous présentons MAGS-COA, une preuve de concept que nous avons implémentée pour évaluer l’adéquation de notre approche comme support à la résolution de problèmes réels. Ainsi, les principales contributions de notre travail sont: 1- Une approche basée sur la géosimulation multi-agent pour supporter l’analyse « What-if » des suites d’actions dans des environnements géographiques virtuels. 2- L’application d’un modèle issu de recherches en linguistique à un problème d’intérêt pour la recherche en raisonnement spatial. 3- Un modèle qualitatif basé sur les archétypes cognitifs pour modéliser des situations dynamiques dans un environnement géographique virtuel. 4- MAGS-COA, une plateforme de simulation et d’analyse qualitative des situations spatio-temporelles. 5- Un algorithme pour l’identification des relations causales entre des situations spatio-temporelles. / We propose an approach and a tool based on multi-agent geosimulation techniques in order to support courses of action’s (COAs) “What if” analysis in the context of dynamic geographical environments. We present the characteristics of “What if” thinking as a three-step mental simulation process based on qualitative causal reasoning. We stress humans’ cognition limits of such a process in dynamic geographical contexts and we introduce our research motivations. Then we present our multi-agent geosimulation-based approach and we identify its characteristics. We address next three main problems. The first problem concerns modeling of dynamic geographical phenomena. We stress the limits of existing models and we present our model which is based on the concept of spatio-temporal situations. Particularly, we explain how we define our spatio-temporal situations based on the concept of cognitive archetypes proposed by the linguist J-P. Desclés. The second problem consists in transforming the results of multi-agent geosimulations into a qualitative representation expressed in terms of spatio-temporal situations and represented using the conceptual graphs formalism. We present the different steps required for such a transformation. The third problem concerns causal reasoning about spatio-temporal situations. In order to address this problem, we were inspired by works of causal reasoning research community to identify the constraints that must hold to identify causal relationships between spatio-temporal situations. These constraints are 1) knowledge about causality, 2) temporal causal constraints and 3) spatial causal constraints. These constraints are used to infer causal relationships among the results of multi-agent geosimulations. Finally, we present MAGS-COA, a proof on concept that we implemented in order to evaluate the suitability of our approach as a support to real problem solving. The main contributions of this thesis are: 1- An approach based on multi-agent geosimulation to support COA’s “What if” analysis in the context of virtual geographic environments. 2- The application of a model proposed in the linguistic research community to a problem of interest to spatial reasoning research community. 3- A qualitative model based on cognitive archetypes to model spatio-temporal situations. 4- MAGS-COA, a platform of simulation and qualitative analysis of spatio-temporal situations. 5- An algorithm to identify causal relationships between spatio-temporal situations.

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.