Dans des situations où la perception visuelle est fortement contrainte ou déficiente, il est nécessaire de rendre perceptible l'information dans une modalité non visuelle, tout en prenant en compte des capacités sensorielles et mnésiques humaines. Par exemple, un non-voyant, souhaitant prendre connaissance d'un itinéraire, devra le parcourir de façon non visuelle et le mémoriser. Cependant, outre l'aspect matériel, la mise en œuvre de solutions alternatives (non visuelles) demeure confrontée aux capacités cognitives de l'utilisateur (compréhension, mémorisation, intégration de plusieurs informations, etc.). L'objet de cette thèse est de contribuer à la conception de techniques d'interactions permettant d'optimiser la transmission non visuelle d'informations. A ces fins, j'ai exploré l'apport de la multimodalité comme moyen d'optimisation permettant d'outrepasser les limites de la mémorisation. Je me suis concentré sur l'étude des techniques d'interaction basées sur les modalités auditives et tactiles, en limitant au maximum l'utilisation de la parole, afin de concevoir des techniques pour des environnements différents (flexibilité), d'optimiser l'utilisation de canaux perceptifs (exploitation des propriétés du son dans des messages audio pour transmettre plus d'informations, par exemple), d'éviter de limiter mes techniques par la barrière de la langue ou de sa compréhension et enfin, pour explorer d'autres solutions que la synthèse vocale seule. Les travaux de ma thèse ont mené à la conception, à l'implémentation et à l'évaluation de techniques d'interaction multimodale non visuelle, en réponse à différents contextes, dont, en particulier, ceux de la transmission d'informations de type <valeur>, <position> (couple de coordonnées) et <itinéraire> (séquence de couples direction-distance). Pour parvenir à concevoir mes interactions, j'ai, tout d'abord, effectué une revue de la littérature, afin d'en extraire les principaux facteurs de conception de techniques d'interaction dédiées à la transmission non visuelle d'information. Puis, j'ai organisé ces facteurs sous la forme d'un cadre d'analyse, sur lequel je me suis appuyé pour concevoir chacune de mes techniques. Trois expériences distinctes ont permis d'évaluer l'influence de facteurs de conception sur l'efficacité des interactions et la satisfaction des utilisateurs vis-à-vis des techniques. Je peux, notamment, citer l'implication des utilisateurs (actif ou passif), la présence d'aides explicites", la transmission de plusieurs informations en parallèle et la modalité principale utilisée et, le type de codage dans lequel est encodée l'information. / In situations where the visual perception is strongly constraint or deficient, it is necessary to make perceptible the information with a "not visual form" while taking into account human sensory and mnesic capacities. For example, a blind person wishing to acquaint an itinerary must read it under a non visual form and memorize it. However, besides the material aspect, the implementation of alternatives (non-visual) still faces to the cognitive abilities of the user (comprehension, memorization, integration of various information, etc.). The purpose of this thesis is to contribute to the design of interaction techniques allowing to optimize the transmission not visual of the information. For these purposes, I explored the feature of multimodality as a means of optimization, allowing of exceeding the memorization limits. I focused on the study of interaction techniques based on auditory and tactile modalities and by minimizing the use of the speech, in order to develop techniques for different environments (flexibility), optimize the use of perceptual channels (operating the properties of sound in audio messages to transmit more information, for example), avoid limiting my techniques by the language barrier or understanding and finally, to explore alternatives to the synthesised voice alone. The works of my thesis led to the design, to the implementation and to the evaluation of interaction techniques "non-visual" and "multiform", in answer to different contexts, whom in particular those of the information transmission of type <value>, <position> (pair of coordinates) and <itinerary> (sequence of couples direction-distance). To achieve design my interactions, I have made a review of literature in order to extract the main factors of design of interaction techniques dedicated to the transmission not visual of the information. Then, I have organized these factors in an analytical framework on which I have relied to design each of my techniques. Three separate experiments were led to evaluate the influence of design factors on the effectiveness of interactions and satisfaction towards users of technology. I can give some of them, the involvement of users (active or passive), the presence of explicit help, the transmission of several information in parallel, the main modality used and the type of coding in which is encoded the information.

Le développement des logiciels et leur restructuration deviennent de plus en plus complexes à cause de l'adoption massive des architectures parallèles, ce qui nécessite une expertise considérable de la part des développeurs. Bien que des nombreux modèles et langages de programmation permettent de créer des programmes efficaces, ils n'offrent pas de support spécifique à la restructuration des programmes existants afin d'en augmenter l'efficacité. En même temps, les approches automatiques sont trop conservatives et insuffisamment précises pour atteindre une partie substantielle de la performance du système sans que le développeur aie à fournir des informations sémantiques supplémentaires. Pour répondre à ces défis, nous adoptons l'approche de la restructuration interactive des programmes qui lie la manipulation semi-automatique des programmes avec la visualisation des logiciels. Dans cette thèse, l'approche de restructuration interactive est illustrée par l'extension du modèle polyédrique - une représentation des programmes moderne et puissante - pour permettre la manipulation de haut niveau ainsi que par la conception et l'évaluation d'une interface visuelle à manipulation directe pour la restructuration des programmes. Cette interface visualise l'information qui n'était pas immédiatement accessible dans la représentation textuelle et permet de manipuler des programmes sans en réécrire le code. Nous proposons également une représentation de l'optimisation de programme, calculée automatiquement, telle que le développeur puisse la comprendre et réutiliser facilement ainsi que la modifier d'une manière textuelle ou visuelle dans le cadre du partenariat homme-machine. Afin de représenter plusieurs aspects de la restructuration des programmes, nous concevons et évaluons une nouvelle interaction qui permet de communiquer l'information supplémentaire et non-cruciale pour la tâche à accomplir. Après une étude empirique de la distribution d'attention des développeurs face aux représentations textuelles et visuelles des programmes, nous discutons des implications pour la conception des outils d'aide à la programmation dans le cadre du modèle d'interaction instrumentale. La restructuration interactive des programmes est supposée faciliter la manipulation des programmes dans le but d'optimisation, la rendre plus efficace et plus largement adopté. / Software development and program manipulation become increasingly complex with the massive adoption of parallel architectures, requiring significant expertise from developers. While numerous programming models and languages allow for creating efficient programs, they fall short at helping developers to restructure existing programs for more effective execution. At the same time, automatic approaches are overly conservative and imprecise to achieve a decent portion of the systems' performance without supplementary semantic information from the developer. To answer these challenges, we propose the interactive program restructuring approach, a bridge between semi-automatic program manipulation and software visualization. It is illustrated in this thesis by, first, extending a state-of-the-art polyhedral model for program representation so that it supports high-level program manipulation and, second, by designing and evaluating a direct manipulation visual interface for program restructuring. This interface provides information about the program that was not immediately accessible in the code and allows to manipulate programs without rewriting. We also propose a representation of an automatically computed program optimization in an understandable form, easily modifiable and reusable by the developer both visually and textually in a sort of human-machine partnership. To support different aspects of program restructuring, we design and evaluate a new interaction to communicate supplementary information, not critical for the task at hand. After an empirical study of developers' attention distribution when faced with visual and textual program representation, we discuss the implications for design of program manipulation tools in the instrumental interaction paradigm. We expect interactive program restructuring to make program manipulation for optimization more efficient and widely adopted.

Ce mémoire a pour objectif l'étude des interactions qui interviennent dans les environnements où plusieurs surfaces d'affichage et dispositifs de pointage sont mis à disposition du ou des utilisateurs, que ces environnements soient distribués ou non. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux techniques de type drag-and-drop dans le contexte du mur-écran.<br /><br />Le drag-and-drop est une technique très répandue qui atteint ses limites dans certaines conditions d'utilisation. Ces limites peuvent être physiques -- avec des écrans interactifs par exemple -- ou dues à l'implémentation. D'une part, ce mémoire propose plusieurs évolutions du drag-and-drop, avec comme objectif de dépasser les limites physiques du drag-and-drop. En particulier, il devient possible de dépasser les limites de la loi de Fitts ainsi que les limites physiques des surfaces d'affichage. Un ensemble de techniques de types drag-and-drop issues de l'état de l'art ou proposées dans ce mémoire font l'objet d'études utilisateurs. A l'issue de ces études, deux techniques ressortent principalement : le push-and-pop et le push-and-throw accéléré.<br /><br />D'autre part, afin de dépasser les limites dues à l'implémentation du drag-and-drop, nous proposons un modèle d'implémentation pour le drag-and-drop et l'ensemble de ses évolutions. Ce modèle d'implémentation s'appuie sur le modèle d'interaction instrumentale. Ce modèle d'implémentation est mis en oeuvre dans l'API PoIP, elle-même utilisée dans l'application Orchis. Grâce à ce modèle, il est possible d'effectuer des opérations de type drag-and-drop distribuées, la technique d'interaction pouvant être personnalisée en fonction des contraintes matérielles ou des préférences de l'utilisateur.

Il est admis depuis quelque temps déjà qu'une interaction, pour être utile et efficace, doit être pensée "en contexte". Cependant ce contexte reste une notion floue regroupant de nombreux concepts la rendant difficile à exploiter lors de la conception de techniques d'interaction. La présente thèse se concentre sur la partie spatiale du Contexte dans le cadre des environnements de bureau et de la gestion des fenêtres.Nous avons tout d'abord conçu et implémenté un ensemble de techniques d'interaction regroupées sous l'ap- pellation PowerTools. Ces interactions ont comme particularité de conserver la disposition des éléments à l'écran et de garder l'interaction localisée autour du point d'attention de l'utilisateur. Deux de ces techniques, DeskPop et StackLeafing s'intéressent plus particulièrement à la navigation entre les fenêtres (et le bureau) pendant une interaction de glisser-déposer. DeskPop permet de révéler et d'interagir avec l'espace du bureau sans pour autant déplacer ou cacher les fenêtres. StackLeafing elle, propose d'utiliser le non-chevauchement des fenêtres pour les regrouper en couches et ainsi pouvoir parcourir l'ensemble des fenêtres plus rapidement que par la simple inspec- tion individuelle. TimeShift pour sa part propose une méthode de déclenchement des historiques de copier-coller et glisser-déposer permettant de conserver l'interaction autour du point d'attention de l'utilisateur. La conception des PowerTools nous a conduit à effectuer trois études plus théoriques portant sur le contexte spatial et qui ont donné lieu à des expériences utilisateurs en laboratoire.La première de ces études considère l'acquisition de cibles surgissantes ou animées où nous faisons varier le délai d'apparition et d'animation. Il s'avère que l'animation ou l'apparition soudaine d'une cible reste très proche au niveau des performances du pointage classique (cible statique toujours affichée) pour des délais d'apparition ou d'animation très court (en dessous de 200 ms). Cependant, le cas non statique conduit à plus d'erreurs et, dès que le délai dépasse 200 ms, on observe des différences de performance avec le cas statique. Ces résultats montrent que des techniques telles que StackLeafing et DeskPop qui conservent les cibles potentielles statiques et visibles possèdent un avantage par rapport aux techniques classiques.La seconde étude porte sur la profondeur en gestion des fenêtres. Elle a pour but de déterminer si l'application d'un effet graphique sur les fenêtres peut aider les utilisateurs à mieux percevoir la profondeur de couches de fenêtres comme utilisé dans la technique StackLeafing. Cette étude compare trois effets, appelés indices visuels de profondeur : ombres, flou, et luminosité. Ces indices sont appliqués à des scènes composées de fenêtres disposées en couches (ensemble de fenêtres ne se recouvrant pas), les indices de flou et de luminosité étant appliqués de manière plus forte pour les couches plus profondes. Les sujets devaient alors déterminer le nombre total de couches de la scène. L'expérience montre que l'indice le plus efficace est la luminosité.Enfin, la conception de TimeShift à également porté à notre attention la difficulté d'intégrer de nouvelles tech- niques d'interaction dans un environnement existant. Dans le cas de l'implémentation des historiques de copier- ou-déplacer, nous avons utilisé des interactions "temporisées". Pour généraliser ces interactions temporelles, nous proposons que l'utilisateur communique avec le système par la reproduction de motifs rythmiques. Nous avons défini un vocabulaire propice à l'interaction homme-machine puis nous avons mené des expériences utilisateurs pour évaluer les capacités de reproduction et de mémorisation d'association de rythmes à des commandes. Les ex- périences montrent que le type d'interaction rythmique que nous proposons est effectivement adapté à l'Interaction Homme-Machine.La proposition de départ de cette thèse était de modifier le moins possible la disposition des éléments affichés et de conserver l'interaction autour du point d'attention de l'utilisateur afin de conserver le contexte et la mémoire spatiale de ce dernier. Nous avons tout d'abord conçu et intégré un ensemble de techniques dans un environnement réel. Puis, nous avons élaboré et mené des expériences en laboratoire afin de mieux comprendre les implications des choix de conception.

Inventées au milieu des années 1980, nous assistons actuellement au développement à grande échelle des interfaces tactiles multipoints. Par comparaison avec la souris, les écrans multipoints nécessitent un nouveau processus d'étude afin de comprendre les changements apportés par cette technologie. Le travail déjà effectué avec d'autres périphériques d'entrée doit être repris à zéro afin de formuler de nouvelles théories pour la création d'interfaces tactiles multipoints. La manipulation à trois dimensions (3-D) d'un objet nécessite le contrôle de six degrés de liberté. Trois sont responsables de la position de l'objet et trois contrôlent son orientation. Dans ce mémoire, nous nous focalisons sur la manipulation 3-D d'un objet à l'aide de surfaces tactiles multipoints. Plus précisément, nous avons étudié le lien entre le périphérique d'entrée (ici la surface multipoint) et la tâche à effectuer (ici la manipulation 3-D). En premier lieu, nous avons introduit une taxonomie pour la représentation des techniques d'interaction 3-D spécifiques aux écrans multipoints. Cette taxonomie nous a permis de mettre en avant l'influence des stratégies de conception des techniques en termes d'intégration de degrés de liberté. Par la suite, nous avons mené une étude concernant les techniques d'interactions permettant le positionnement 3-D d'un objet. Nous avons présenté deux nouvelles techniques, tirant profit des capacités offertes par les écrans multipoints. L'évaluation de ces techniques nous révéla des conclusions quant à la coordination de l'utilisateur dans la réalisation de la tâche. Enfin, nous avons introduit une nouvelle technique d'interaction de manipulation 3-D. Cette technique a été évaluée plus rapide que les techniques existantes et nous avons pu déterminer les raisons expliquant cette performance accrue. Ces travaux, qui s'intéressent à la coordination de l'utilisateur lors de la réalisation de tâches 3-D à l'aide de surfaces multipoints, recommandent une approche favorisant la séparation des degrés de liberté, dans le but de pouvoir paralléliser les actions de l'utilisateur afin de tirer profit de la bande passante d'entrée plus importante offerte par les écrans multipoints.

Dans un environnement virtuel, l’interaction fait partie des éléments essentiels qui permettent de procurer à l’utilisateur immersion et sentiment de présence. L’une des tâches essentielles que l’on souhaite effectuer est l’action de se déplacer. Pour adresser ce problème, on distingue deux approches. La recherche du réalisme consiste à tenter de reproduire le réel. Dans le cas du déplacement, cela consiste à donner la possibilité à l’utilisateur de marcher, ou de se servir d’un véhicule. Paradoxalement, cette solution qui semble si simple et naturelle nécessite en pratique l’utilisation de machines complexes et encombrantes, conçues pour faire ressentir à l’utilisateur qu’il se déplace, tout en maintenant sa position dans un périmètre délimité. Les métaphores ou les techniques d’interactions sont des mécanismes abstraits qui permettent de réaliser des tâches ambitieuses de manière efficace. Par exemple un rayon de sélection sortant de l’index de l’utilisateur est une technique d’interaction. C’est la transposition au domaine de la réalité virtuelle du concept d’interface graphique que l’on trouve dans les ordinateurs de bureau. On retrouve donc des problématiques d’intuitivité et d’ergonomie. Dans cette thèse, c’est cette approche qui a été retenue. Pour une plus grande intuitivité, nous proposons l’utilisation de périphériques nomades, avec une nouvelle technique d’interaction appelée Space Scrolling, utilisant un smartphone comme périphérique d’entrée et tirant parti de la gestuelle tactile familière des smartphones. Pour résoudre le problème du cyber-malaise, nous avons élaboré deux techniques, Head Lock et Avatar Follow. Dans Head Lock, on cherche à optimiser les rotations car c’est la composante de déplacement qui influe le plus sur le mal du simulateur. Dans Avatar Follow, on ajoute une couche de gestion automatique de la dynamique des déplacements afin d’empêcher les accélérations brutales. Nos différentes techniques de déplacement, ont été évaluées. Nous avons mis en évidence l’existence de catégories d’utilisateurs aux comportements et perceptions diamétralement opposés, novices et experts ou familiers, tout en leur apportant des solutions de déplacement adaptées. / In a virtual environment, interaction is one of the essential elements to provide the user immersion and feeling of presence. One of the most essential task one would like to achieve is the act of displacement. To address this problem, there are two approaches. The quest for realism involves trying to reproduce the reality. In the case of displacement, it consist in allowing the user to walk, or to use a vehicle. Paradoxically, this solution which seems so simple and natural requires in practice the use of complex and cumbersome machines, designed to make the user feel that he is moving, while keeping his position in a defined area. Interaction techniques or metaphors are abstract mechanisms to carry out ambitious task effectively. For example, pointing at and object with a selection ray which extend a finger, is an interaction technique. This is the transposition to the field of virtual reality of the concept of graphical interface that can be found in desktop computers. We thus encounter the same problems of intuitiveness and ergonomics. For better intuitiveness, we propose the use of nomad devices, with a new interaction technique called Space Scrolling, using a smartphone as the input device and taking advantage of the familiar smartphone touch gestures. In order to solve the problem of cyber-sickness, we developed two techniques, Head Lock and Avatar Follow. With Head Lock, we seek to optimize the rotations because it is the part of displacement that most affects the simulator sickness. With Avatar Follow, we add a layer of automatic management of dynamic movements to prevent brutal accelerations. Our different navigation techniques, were evaluated. We have demonstrated the existence of categories of users with diametrically opposed behaviors and perceptions, novices and experts or familiar, while providing tailored travel solutions.

Ces travaux de recherche doctorale s'inscrivent dans le domaine de l'Interaction Homme-Machine (IHM) en informatique ambiante avec, comme sujet d'étude, le couplage de ressources d'interaction. Coupler deux ressources, c'est l'action de les lier de manière à ce qu'elles opèrent conjointement pour fournir de nouveaux services. En réponse au foisonnement d'exemples et de techniques d'interaction ad hoc, cette étude propose une définition formelle de la notion de couplage, un cadre analytique ainsi qu'un intergiciel pour l'expérimentation. Le cadre d'analyse inclut d'une part, une taxonomie qui permet de comprendre l'espace problème et d'identifier des pistes de recherche encore inexplorées, et d'autre part des outils formels couvrant le cycle de vie d'un couplage, la composition de couplages, et les techniques d'interaction pour que l'utilisateur puisse façonner son espace interactif par le biais de couplages.

Les travaux de cette thèse en informatique s'inscrivent dans le domaine de l'interaction homme-machine (IHM). Le sujet de ce mémoire concerne l'utilisation d'une nouvelle forme d'ordinateur appelée table interactive. Il s'agit d'une table dont le plateau est à la fois un écran et une surface de détection multi-tactile. Les tables interactives ouvrent de nouveaux usages de l'informatique en permettant des applications multi-utilisateurs en coprésence. Les utilisateurs d'une même table interactive ont naturellement envie d'interagir simultanément sur la surface partagée. Cette simultanéité est toutefois difficile à observer dans un contexte collaboratif et non artificiel. Les études existantes n'ont pas suffisamment analysé les problèmes rencontrés ni cherché comment le système peut aider à gérer les accès simultanés.Notre approche a consisté à étudier les interactions simultanées en nous orientant vers des situations originales où la couche applicative du système exerce une forte pression sur le rythme d'utilisation. Nous justifions ainsi l'utilisation d'un jeu vidéo comme outil d'exploration et d'expérimentation. Ce mémoire retrace la conception et le développement de RealTimeChess, un jeu pour 2 à 4 joueurs, adapté aux caractéristiques des tables interactives, et inspiré des échecs dans une version s'affranchissant du tour par tour. Nous rapportons les résultats d'expériences menées sur des groupes de 2 à 4 participants en situations de coopération et de compétition, qui ont permis de mettre en évidence des problèmes de gênes physiques et d'accessibilité aux objets distants ; de perception des informations importantes en contexte dynamique ; et de contrôle du rythme de l'interaction.Ce mémoire expose en outre les leçons apprises au niveau de l'interaction simultanée de plusieurs utilisateurs, des aspects de territorialité, des comportements collaboratifs et enfin en proposant des recommandations de Game Design pour tables interactives.

La course à l'innovation dans la technologie des dispositifs électriques, induit de nouvelles contraintes sur les fonctionnalités des systèmes de CAO en Génie Electrique. Ils doivent permettre l'analyse fine des comportements multiphysiques des dispositifs électriques. Cette puissance, nécessaire en terme de modélisation, se traduit aussi par une complexité en terme de maîtrise par l'utilisateur. Par conséquent, les techniques d'interaction homme - machine, qui avaient été longtemps considérées comme d'intérêt secondaire dans le domaine de Pélectrotechnique, deviennent aussi importantes que les modèles physiques. L'objectif de notre travail est de développer des méthodes d'exploration et d'Interface homme - machine, naturelles et faciles à comprendre, afin de facilité l'utilisation des logiciels de simulation en électrotechnique. Pour arriver à cet objectif, nous nous sommes inspirés des activités intervenant dans un laboratoire d'expérimentation en électrotechnique. Dans un premier temps, nous avons modélisé un vrai laboratoire en dégageant les rôles du dispositif électrique à étudier, des manipulations à mettre en places, des protocoles d'expérimentation, .... Après cela, nous avons développé un système interactif, le Laboratoire Virtuel d'Expérimentation en Électrotechnique (LVEE), bâti sur le modèle d'un laboratoire réel, et dans lequel le fonctionnement du dispositif électrique est obtenu à l'aide des logiciels de simulation. La contribution de la technologie de Réalité Virtuelle a été prise en considération pour fournir l'interaction intuitive et la visualisation naturelle des comportements physiques des dispositifs électriques.

La navigation à la première personne en Environnement Virtuel (EV) est essentielle à beaucoup d'applications de Réalité Virtuelle (RV), comme les simulations d'entraînement ou les visites virtuelles de musées ou de projets architecturaux. Les techniques de navigation doivent fournir un moyen efficace et écologique d'explorer les EV. De plus, comme dans toute autre application de RV, l'immersion des utilisateurs est aussi primordiale pour obtenir une bonne simulation. Dans cette thèse, nous avons proposé des nouvelles techniques d'interaction 3D et de retour sensoriel pour améliorer la navigation. Ainsi, nos contributions peuvent être découpées en deux parties : (1) une nouvelle technique d'interaction pour une navigation efficace et écologique en RV et (2) de nouvelles techniques de retour sensoriel conçues pour améliorer l'immersion et la sensation de marche des utilisateurs durant la navigation. Pour chacune des techniques proposées, nous avons conduit des évaluations poussées afin de valider que nos techniques atteignent leurs objectifs. Dans la première partie, nous avons proposé une nouvelle technique de navigation pour la RV, le Shake-Your-Head (SYH). Cette technique suit les mouvements de la tête de l'utilisateur lorsqu'il marche sûr place devant son écran afin de produire une navigation simulant la marche, ainsi que les sauts ou ramper. Nous avons trouvé que notre technique peut être utilisée efficacement sur des trajectoires complexes et est simple d'apprentissage. De plus, cette technique a été très appréciée par les utilisateurs. Dans la seconde partie, nous avons proposé une technique, les King Kong Effects (KKE), pour simuler les informations visuelles et vibrotactiles produites à chaque pas. Nous avons également proposé de nouveaux Mouvements de Caméra (MC) améliorés pour simuler les mouvements de la têtes lors de la marche, de la course et du sprint. De plus, nos MC sont adaptés à l'âge, au genre, au poids et à la condition physique de l'humain virtuel, ainsi qu'à la pente dans l'EV. Les KKE améliorent la sensation de marcher dans l'EV et ont également été très appréciés des utilisateurs. De plus, nous avons montrés que les différents paramètres des MC sont correctement perçus par les utilisateurs.