Les applications de patrimoine numérique ont été largement développées grâce aux techniques de réalité virtuelle, également appelées Virtual Museum (VM). Les appareils et les contenus numériques augmentent considérablement, ce qui permet le système d’interaction de faire immerger les utilisateurs dans la VM. Afin de développer une application interactive, une interaction est toujours définie avant la création d'une application sur la plate-forme sélectionnée. Cela dépend du contenu et des appareils, ce qui est limité s’il y a le changement d'appareil. A l’heure actuelle, les technologies de la réalité virtuelle évoluent rapidement. Une plate-forme de développement d’application doit supporter l’évolution des périphériques et optimiser les systèmes d’interaction à utiliser dans les ordinateurs virtuels. Cependant, l'organisation des périphériques et la structure du contenu sur une plate-forme ne font toujours pas l'objet d'une gestion efficace pour soutenir une interaction alternative en général.Nous avons proposé une nouvelle méthode pour développer une application de VM qui fournit un modèle de narration numérique pour créer un contenu interactif et un système d’interaction adaptatif dans lequel une application est exportable dans n’importe quel appareil. Nous fournissons aux développeurs des outils d’édition flexibles pour gérer la structure du contenu. L'utilisation des interactions sera interprétée dans une abstraction de haut niveau et exécutée sur un périphérique matériel de bas niveau où les interactions ont été adaptées. La narration spécifie le comportement d'interaction qui peut conduire à une interaction dans une scène virtuelle, même un périphérique peut être commuté. Notre système d'interaction adaptatif supporte l'identification des capacités des appareils et des attentes en matière de narration qui pourraient être sélectionnées pour un système d'apprentissage efficace et pour améliorer le niveau d'immersion. Cette mise en œuvre est utile à déployer non seulement pour le développement d'applications de patrimoine numérique, mais également pour l'ingénierie industrielle où un contenu interactif et un travail collaboratif sont nécessaires. / Digital heritage applications have been widely developed through Virtual Reality (VR) technologies as known as Virtual Museum (VM). Devices and digital contents are significantly increasing which support interaction system to immerse users into VM. In order to develop interactive application, interaction is always defined before creating application up to selected platform. It depends on a given content and devices which is limited when considering switching devices. Nowadays VR technologies is rapid changing, a platform to develop application should support devices changing and also to optimize interaction system to be used in VM. However, both devices organization and contents structure on a platform is still lacking efficient management to support alternative interaction in general.We proposed a novel method for developing a VM application providing digital storytelling template to create interactive content and adaptive interaction system where an application is exportable into any device. We provide flexible editing tools for developer to manage the content structure. The interaction usage will be interpreted into a high-level abstraction and run on a low-level hardware device where interactions have been adapted. Storytelling will specify interaction behavior which can drive interaction in a virtual scene even device may be switched. Our adaptive interaction system supports to identify devices capabilities and storytelling expectation which could be selected for efficiency learning system and improve level of immersion. This implementation is useful to deploy not only for the development of digital heritage applications, but also for industrial engineering where interactive content and collaborative working are required.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet Européen intégré VERE (Virtual Embodiement and Robotics re-Embodiement). Il s'agit de proposer une architecture logicielle intégrant un ensemble de stratégies de contrôle et de retours informationnels basés sur la "fonction tâche" pour incorporer (embodiment) un opérateur humain dans un humanoïde robotique ou un avatar notamment par la pensée. Les problèmes sous-jacents peuvent se révéler par le démonstrateur suivant (auquel on souhaite aboutir à l'issue de cette thèse). Imaginons un opérateur doté d'une interface cerveau-ordinateur ; le but est d'arriver à extraire de ces signaux la pensée de l'opérateur humain, de la traduire en commandes robotique et de faire un retour sensoriel afin que l'opérateur s'approprie le "corps" robotique ou virtuel de son "avatar". Une illustration cinématographique de cet objectif est le film récent "Avatar" ou encore "Surrogates". Dans cette thèse, on s'intéressera tout d'abord à certains problèmes que l'on a rencontré en travaillant sur l'utilisation des interfaces cerveau-ordinateur pour le contrôle de robots ou d'avatars, par exemple, la nécessité de multiplier les comportements ou les particularités liées aux retours sensoriels du robot. Dans un second temps, nous aborderons le cœur de notre contribution en introduisant le concept d'interface cerveau-ordinateur orienté objet pour le contrôle de robots humanoïdes. Nous présenterons ensuite les résultats d'une étude concernant le rôle du son dans le processus d'embodiment. Enfin, nous montrerons les premières expériences concernant le contrôle d'un robot humanoïde en interface cerveau-ordinateur utilisant l'électrocorticographie, une technologie d'acquisition des signaux cérébraux implantée dans la boîte crânienne. / This thesis is part of the European project VERE (Virtual Embodiment and Robotics re-Embodiment). The goal is to propose a software framework integrating a set of control strategies and information feedback based on the "task function" in order to embody a human operator within a humanoid robot or a virtual avatar using his thoughts. The underlying problems can be shown by considering the following demonstrator. Let us imagine an operator equipped with a brain-computer interface; the goal is to extract the though of the human operator from these signals, then translate it into robotic commands and finally to give an appropriate sensory feedback to the operator so that he can appropriate the "body", robotic or virtual, of his avatar. A cinematographic illustration of this objective can be seen in recent movies such as "Avatar" or "Surrogates". In this thesis, we start by discussing specific problems that we encountered while using a brain-computer interface for the control of robots or avatars, e.g. the arising need for multiple behaviours or the specific problems induced by the sensory feedback provided by the robot. We will then introduce our main contribution which is the concept of object-oriented brain-computer interface for the control of humanoid robot. We will then present the results of a study regarding the role of sound in the embodiment process. Finally, we show some preliminary experiments where we used electrocorticography (ECoG)~--~a technology used to acquire signals from the brain that is implanted within the cranium~--~to control a humanoid robot.

A travers une enquête réalisée auprès de plus de 2 400 étudiants provenant de 19 filières différentes, nous avons étudié l'outil Internet comme outil révélateur d'une identité réelle, non pas tant à travers les différentes expressions identitaires que le sujet utilise et les différents territoires virtuels qu’il emprunte qu’à travers les raisons qu’il invoque pour s’y connecter. Partant de l’hypothèse selon laquelle le cyberespace est non seulement un espace de communication et d’interaction, mais aussi un espace psychologique, c'est-à-dire un espace symbolique et un lieu d’expression identitaire, notre travail a pour objectif de déterminer les motivations profondes qui se greffent ou qui se substituent à celles que l'individu évoque habituellement pour justifier sa connexion. Le cadre théorique pluridisciplinaire, qui constitue les deux premières parties de notre travail, se situe au confluent de trois approches. La première porte sur l’étude du territoire en tant que facteur constitutif de l’identité individuelle et collective. La seconde s’articule autour des travaux centrés sur l’étude du concept d’identité, limitée à celle du sujet et de son fonctionnement psychologique. La troisième met l’accent sur les travaux qui concernent la mise en place et la pratique des médias informatisés, et plus spécifiquement d’Internet, ainsi que sur les transformations sociétales qu’elles génèrent et la plasticité identitaire qu’elles révèlent.Notre enquête occupe la troisième partie de notre travail. Elle nous a permis, d’une part, de recueillir les réflexions de nos sujets, autour de quatre thèmes : la représentation qu’ils se font d’Internet, les craintes ou les espoirs que ce nouvel outil de communication leur inspire, les incidences sociales qu’il est susceptible d’engendrer, et les modifications spatiales qu’il peut générer. Et, d’autre part, d’étudier l’outil Internet comme médiateur-réflecteur dans le processus de la construction identitaire et les mécanismes psychologiques qu’il révèle. / Through a student survey carried out from more than 2 400 people in 19 different college courses, we analyzed the Internet as a tool revealing real identity, nothing so much as the different identity expressions and virtual territories a subject can use, than the reasons he invokes for connecting to the Internet. Starting from the hypothesis that the cyberspace is not only a communication and interaction space, but also a psychological or symbolic one, as well as an identity expression place, our work aims to determine the deeper motives which come along or replace the motivations the individual puts forward to justify his connection. The multidisciplinary theoretical frame of the two first parts of our work is at the junction of three approaches. The first one is based upon the territory study as a constituent factor of the individual and collective identity. The second one deals with the study of identity concept works, restricted to the individual scope and his psychological mode. The third one stresses upon works about the setting up and practice of computer-mediated communication, more specifically the Internet, as well as, consequently, the generated societal mutations, and the brought out plasticity of identity.Our survey is developed in the third part of our work. It enabled us on the one hand, to gather our students’ thoughts according to four themes: their own representation of the Internet, their fears or hopes about this new communication tool, the social impact it could generate, and the space transformations it could cause. On the other hand, to study the Internet tool as a mediator / reflector in the identity building process and psychological mechanisms it brings out.

Ce travail s’intéresse aux transmissions ultralarge bande (ULB) dans les réseaux sans fils. La diversité spatiale est introduite par l’utilisation du système multiple-input multiple-output (MIMO) comme une technique efficace pour lutter contre l’évanouissement dû aux trajets multiples dans les communications sans fils. Mais, souvent l’intégration d’antennes multiples au niveau de l’émetteur ou du récepteur est coûteuse. Comme alternative, nous proposons d’utiliser la diversité coopérative qui garantit des gains de diversité spatiale en exploitant les techniques MIMO traditionnelles sans avoir besoin d’antennes multiples. L’objectif est d’introduire la diversité coopérative aux systèmes de transmission ULB. Nous considérons deux techniques d’accès multiple avec des schémas de modulation différents (time hopping pulse position modulation TH-PPM et direct sequence binary phase shift keying DSBPSK) avec le protocole de coopération decode-and-forward (DF). Nous utilisons le récepteur Rake afin d’exploiter la diversité de trajet multiple et analysons les statistiques de variable de décision à la sortie de ce récepteur. Nous présentons des résultats de simulation de la performance en termes de taux d’erreur binaire (TER) du système étudié sous différents canaux UWB compte tenu de la norme IEEE 802.15.4a. Ces résultats montrent que la coopération avec des relais améliore significativement les performances de transmission ULB, et que le gain de diversité augmente proportionnellement avec le nombre de relais. En présence d’IAM, la performance du système se dégrade de manière significative, mais l’avantage de la coopération est encore modérément efficace. La performance dans ce cas est limitée en termes de diversité achevée parce que le canal entre la source et le relais en présence d’IAM devient moins favorable. C’est pourquoi nous proposons d’utiliser la technique de sélection d’antenne au relais afin d’améliorer la fiabilité du canal source-relais. Cette solution permet d’améliorer la performance grâce au gain de la diversité d’antennes multiples disponibles au relais toute en n’utilisant qu’une seule chaîne radiofréquence (RF), qui conduit à une réduction des coûts et de la complexité. / This work focuses on the ultra wideband (UWB) transmission in wireless networks. Spatial diversity is introduced by the use of multiple-input multiple-output (MIMO) system as an effective technique to overcome multipath fading in wireless communications. But the integration of multiple antennas at the transmitter or receiver is often costly. As an alternative, we propose to use the cooperative diversity that provides spatial diversity gains by exploiting the traditional MIMO techniques without the need for multiple antennas. The objective is to introduce cooperative diversity to UWB transmission systems. We consider two multiple access techniques with different modulation schemes (time hopping pulse position modulation TH-PPM and direct sequence binary Phase Shift Keying DS-BPSK) with the cooperation protocol decode-and-forward (DF). We use the Rake receiver to exploit multipath diversity and analyze the decision variable statistics at the output of the receiver. We present simulation results of the BER performance of the proposed system under different UWB channel given the IEEE 802.15.4a standard. Our results show that the cooperation with the relay significantly improves the performance of UWB transmission, and that the diversity gain increases with the number of relays. In the presence of MAI, the overall system performance degrades significantly, but the benefit of cooperation is still moderately effective. The performance in this case is limited in terms of attainable diversity that the source-relay link becomes worse when MAI is present. That is why we propose to use antenna selection at the relay receiver in order to improve the reliability of the source-relay link. This solution is shown to improve the performance by exploiting the diversity of the available antennas at the relay, while using a single Radio Frequency (RF) chains. This leads to reduced cost and complexity.

Le développement des technologies d’information et de communication et leur introduction dans le système d’enseignement supérieur en Russie et en France vise à contribuer à l’amélioration de la qualité de la formation universitaire. Les établissements supérieurs français et russes mènent des recherches dans le domaine de l’enseignement en ligne dans toutes les filières. Dans ce contexte, la formation des compétences socioculturelles des étudiants-linguistes dans un environnement francophone d’apprentissage Moodle conduit à la confrontation à des problématiques actuelles et importantes pour les sciences de l’éducation. L’objectif de notre recherche est de faire ressortir et expliquer la spécificité de la formation des compétences socioculturelles dans un environnement Moodle. Cet objectif nous a amené à préciser les composantes des compétences socioculturelles à partir de l’analyse des modèles de ces compétences représentées dans des ouvrages russes et francophones. La nécessité de développer toutes les composantes en même temps et utiliser pleinement le potentiel de l’environnement virtuel ont justifié l’élaboration de l’approche intégrative incluant les idées des chercheurs français dans ce domaine. Pour appliquer l’approche intégrative, nous avons procédé à l’analyse des caractéristiques de l’environnement Moodle en utilisant les paramètres psychodiagnostics élaborés par les pédagogues russes et en liant ces caractéristiques aux composantes des compétences socioculturelles. Après avoir construit le cadre théorique de la recherche, nous avons appliqué la méthodologie de l’expérience pédagogique pour argumenter l’efficacité de la formation des compétences socioculturelles dans un environnement francophone d’apprentissage Moodle. Pour cet objectif, un cours virtuel Portrait socioculturel de la France a été créé, mis en place et introduit dans le parcours de formation des étudiants-linguistes à l’Université d’Etat de Tomsk. Ces résultats obtenus sont importants pour la formation des étudiants surtout dans les conditions de l’éloignement géographique. Outre le cours virtuel dans Moodle, nous avons explicité des conseils pour les étudiants et des recommandations pour les enseignants-tuteurs concernant le travail dans un environnement francophone d’apprentissage. / The development of information and communication technologies and introduction in the system of Higher Education in Russia and in France contribute to the improvement of the quality of university education. Universities in France and Russia conduct researches in the field of online education in all disciplines. In this context, the formation of the sociocultural competency of students-linguists in a French-speaking learning environment Moodle becomes important problematic for education sciences. The objectif of our research is to highlight and explain the specificity of the formation of sociocultural competency in the virtual environment Moodle. This objective has led us to specify the components of the sociocultural competency by analyzing the models of this competency represented in Russian and French research. The necessity to develop all the components at the same time and make full use of the potential of the virtual environment led us to develop the integrative approach based on the ideas of the french researchers in this area. To apply the integrative approach, we did the analysis of the characteristics of the environment Moodle by using psychodiagnostics criteria developed by Russian scientists and by linking these characteristics to the components of the sociocultural competency. We constructed the theoretical framework of research and next we applied it to argue the effectiveness of formation of sociocultural competency in a French-speaking learning environment Moodle. For this aim, a virtual course Portrait socio-cultural of the France was created, developed and introduced in the process of the formation of the students-linguists at the Tomsk State University. In addition to the virtual course in Moodle, we have developed student tips and recommendations for tutors working in a French-speaking learning environment Moodle

Comprendre le mouvement humain mobilise des chercheurs de nombreuses disciplines scientifiques : physiologie, biomécanique, neurosciences comportementales, anatomie fonctionnelle, les sciences du sport... Mes travaux s'inscrivent donc dans une démarche pluridisciplinaire d'analyse/synthèse du mouvement humain. Pour mener à bien cette démarche, une première tâche consiste à modéliser et à simuler le système moteur ainsi qu'un ensemble d'hypothèses. L'objectif est de disposer d'une représentation numérique du problème. Les mouvements simulés doivent ensuite être confrontés à des données expérimentales pour valider à la fois les hypothèses, le modèle et la méthode de simulation. Mon travail s'organise en trois principales contributions qui entrent dans cette approche d'analyse/synthèse. La première contribution concerne le développement de nouvelles méthodes de modélisation et de simulation de mouvements permettant de tester des connaissances issues des sciences expérimentales. La méthode doit aussi être capable de calculer très rapidement des mouvements afin d'intégrer les personnages simulés dans des environnements interactifs, comme en réalité virtuelle, par exemple. Pour modéliser et simuler un mouvement naturel, il faut être capable de gérer des contraintes cinématiques (pour tenir compte de la géométrie de son environnement), cinétiques (pour gérer la répartition de ses masses dans l'espace), dynamiques (les lois de la mécanique s'appliquent évidemment aussi) et d'autres que nous regrouperons sous le terme de " style " (lié à des aspects psychologiques, sociologiques...). Nous avons proposé une nouvelle représentation du mouvement humain qui simplifie grandement la résolution de contraintes cinématiques et cinétiques à partir d'un mouvement initial (issu d'un système de mesures ou conçu manuellement). L'hypothèse est que les mouvements mesurés vérifient intrinsèquement la plupart des contraintes citées précédemment. Il est ensuite possible d'ajouter ou de modifier certaines de ces contraintes pour simuler l'adaptation du système moteur à de nouvelles situations. La deuxième contribution concerne la définition d'un protocole de validation des mouvements simulés. C'est un problème difficile car le mouvement humain implique un grand nombre de degrés de liberté et de pas de temps, ce qui conduit à un espace de dimension énorme. Comment ramener cela à une valeur unique de distance ? Les méthodes classiques utilisent des erreurs moyennes, des corrélations ou des correspondances temporelles entre courbes. Cependant, ces valeurs quantifiables ne reflètent pas toujours le réalisme des mouvements simulés si on demande à des sujets d'en juger la qualité. En réalité virtuelle, plusieurs travaux cherchent à évaluer la sensation d'être présent dans un environnement simulé. Nous avons donc proposé de juger du réalisme du mouvement en faisant interagir des sujets réels avec des entités simulées. Ces travaux ont été menés dans le cadre particulier du duel gardien-tireur mais pourraient être étendus à un cas plus général. La troisième contribution concerne une étude transversale de la locomotion bipède via une approche de type analyse/synthèse. L'objectif de ce travail est de déduire complètement un mouvement de locomotion à partir d'un ensemble de données anatomiques et d'hypothèses générales issues de la biomécanique et des neurosciences. Une application évidente concerne la cherche de locomotions possibles pour des espèces fossiles. Fondamentalement, le problème revient à gérer un espace très important de postures possibles à chaque pas de temps et à en extraire une séquence qui soit comparable à ce qu'une créature réelle aurait naturellement produit. Nos travaux ont donc abouti à un une plate-forme de tests d'hypothèses locomotrices (minimisation d'énergie, de la dérivée de l'accélération, de la distance à une posture de référence...). L'entrée principale de cette plate-forme est la description de l'anatomie de la créature et une série d'empreintes à suivre.

Les architectures multiprocesseurs de systèmes sur puce permettent de réaliser un nombre croissant de fonctions en logiciel, ce qui multiplie le nombre d'interfaces entre le logiciel et le matériel. Cette interface est représentée de différentes façons au sein des modèles, selon leur niveau d'abstraction : à haut niveau, un canal abstrait est utilisé ; plus près de l'implémentation, plusieurs composants d'adaptation et de communication composent l'interface. La conception assistée des systèmes multiprocesseurs repose donc sur la maîtrise de l'interface logiciel-matériel à plusieurs niveaux d'abstraction. Dans cette thèse, le concept de service est utilisé pour abstraire les caractéristiques de communication et de performance des interfaces. Une structure de données permet de capturer ces caractéristiques et de développer des outils d'analyse et de génération d'interfaces. Une étude de cas illustre l'exploration d'architecture par la génération de prototypes virtuels en SystemC.

La réalité virtuelle est un domaine en plein essor actuellement. Un des sujets de recherche dans ce domaine concerne l'immersion et la sensation de présence en environnement virtuel. Pour augmenter l'immersion, les chercheurs se sont intéressés aux retours sensoriels comme le retour sonore, haptique ou tactile. Très peu de recherches ont été réalisées sur les retours olfactifs. Ce travail traite de l'intégration du retour olfactif en environnement virtuel. Dans un premier temps, différentes expériences ont été réalisées afin de mettre en place une méthodologie permettant de caractériser les types de diffuseurs. Les résultats ont montré que la subjectivité des sujets entraîne l'obligation de calibrer un diffuseur avant de l'utiliser dans une application. Ce document présente une taxinomie du choix de diffuseurs en fonction de différents paramètres comme les techniques d'interaction définies par D.A. Bowman et al. ou les interfaces de visualisation. Ce travail a permis également une première évaluation du retour olfactif sur deux points : la sensation de présence du sujet et la mémorisation d'objets ou d'événements.

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration de modèles de haut-niveau de systèmes pluridisciplinaires à base d'électronique. L'objectif est de réaliser des prototypes virtuels de ces systèmes et de vérifier formellement leur comportement dès les premières étapes du cycle de conception. Grâce à une approche descendante et au formalisme HiLeS, nous réalisons des représentations hiérarchiques qui associent des réseaux de Petri à un ensemble de blocs et de canaux interagissant mutuellement. Nous avons développé l'outil HiLeS Designer pour rendre utilisable le formalisme avec plusieurs améliorations opérationnelles telles que le couplage avec un outil d'analyse de réseaux de Petri (TINA) et la compatibilité avec VHDL-AMS. Nous proposons donc, une plate-forme de conception amont autour de l'outil HiLeS Designer avec des passerelles vers TINA et VHDL-AMS. L'utilisation de cette plate-forme nous a permis d'identifier plusieurs perspectives de développement, notamment vers la conduite de projet.

Dans le cadre du geste communicatif, la langue des signes française (LSF) constitue un sujet d'étude privilégié, par la richesse que lui confère précisément son statut de langue. Notre étude vise à obtenir un système de synthèse de phrases en LSF à partir d'une représentation textuelle intermédiaire, dans l'optique d'une traduction globale du français en signes. Issue des traits linguistiquement pertinents, une grammaire formelle est proposée pour spécifier le signe, avec pour principe la décomposition en primitives formationnelles (configurations manuelles, mouvement, ...). La description hiérarchique obtenue inclut des caractéristiques spatio-temporelles (points corporels, symétrie des articulateurs, répétition); une étude poussée des profils de vitesse a par ailleurs été effectuée pour représenter finement la dynamique du mouvement. Au niveau du discours interviennent les processus grammaticaux propres aux langues gestuelles : le paramétrage des signes permet, outre de décrire des items lexicaux génériques, de prendre en charge les mécanismes de localisation ou de référence pronominale. Afin de marquer le type de clause, l'expressivité non-manuelle – notamment faciale – est de première importance. Le système a été intégralement implanté pour aboutir à l'animation d'un signeur virtuel. L'exigence de configurations naturelles pour les chaînes articulaires a nécessité le développement d'un modèle réaliste pour l'avatar, et de méthodes spécifiques de cinématique inverse pour l'orientation et le positionnement manuels. L'ensemble, de l'analyseur syntaxique au module de génération graphique tridimensionnelle, constitue un prototype performant d'obtention de phrases signées. Doté d'une interface graphique, il laisse entrevoir (comme le prouve un exemple illustratif) toute une gamme d'applications pour lesquelles la vidéo n'est pas adaptée, tirant principalement profit de la compacité de l'encodage et de la rapidité avec laquelle sont produits les signes.