Classiquement la réalité augmentée consiste en l'annotation d'objets fixes pour un utilisateur en mouvement au sein d'un environnement réel. Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'utilisation de la réalité augmentée dans le but de décrire des objets dynamiques dont le comportement n'est que peu prévisible. Nous nous intéressons tout particulièrement aux problèmes posés par la nature dynamique de l'environnement en ce qui concerne: 1°/ la description du réel (adapter les explications fournies par le guide virtuel à l'évolution de l'environnement) ; 2°/ la perception du réel (percevoir l'environnement à expliquer en temps réel à l'aide de caméras).<br>La description du réel consiste en la génération d'un exposé par le guide virtuel. Cette génération repose sur deux points: des connaissances a priori sous la forme d'explications et un comportement décrit par un automate hiérarchique. Nous considérons la visite guidée comme l'évolution conjointe du comportement du guide virtuel et des explications qu'il fournit aux visiteurs. Une explication permet de décrire l'enchaînement d'éléments de discours sur un sujet donné à l'aide d'un graphe. Chacun de ces éléments décrit une unité de discours indivisible décrivant l'utilisation des différentes modalités (parole, gestes, expression, ...) sous la forme d'un script. L'exécution d'un graphe d'explication est effectuée par le comportement qui intègre la notion d'interruption. Lorsqu'un processus d'explication est interrompu, il est suspendu et le sujet courant de la visite guidée est réévalué. Cette réévaluation repose sur l'utilisation d'un ensemble d'experts votant pour les différentes explications disponibles selon un point de vue particulier. Ce vote se base sur le contexte courant de la visite guidée (historique, temps écoulé/restant, ...) et l'état de l'environnement réel. <br>La perception consiste en la construction et la mise à jour d'une représentation de l'environnement. Ceci est effectué en temps réel par la coopération de différentes routines de perception. La complexité de l'environnement observé (quantité d'informations et variations des conditions d'éclairage) empêchent une analyse complète du flux vidéo. Nous proposons de surmonter ce problème par l'utilisation de stratégies de prise d'information adaptées. Ces stratégies de perception sont mises en oeuvre par certaines routines au travers du choix et du paramétrage des traitements qu'elles effectuent. Nous présentons un ensemble minimal de routines nécessaires à la construction d'une représentation de l'environnement exploitable dans le cadre de la description de cet environnement. Ce système repose sur la mise en oeuvre de trois stratégies de perception: la vigilance qui coordonne des traitements de détection dans le temps et dans l'espace; le suivi qui se charge de mettre à jour les propriétés spatiales des entités existantes dans la représentation; la reconnaissance dont le rôle est d'identifier ces entités. L'efficacité des stratégies de perception suppose une interaction entre la prise de décision (génération de l'exposé) et la perception (construction d'une représentation de l'environnement) de notre acteur virtuel autonome. Nous proposons de mettre en oeuvre cette interaction au travers de la représentation de l'environnement et des requêtes effectuées par le processus de prise de décision sur cette représentation.<br>Nous avons mené des expérimentations afin mettre en évidence le fonctionnement des différents aspects de notre proposition et de la valider des conditions contrôlées. Ces travaux sont appliqués à un cas concret d'environnement réel dynamique complexe au sein du projet ANR SIRENE. Cette application met en évidence les questions liées à notre problématique et montre la pertinence de notre approche dans le cadre de la présentation d'un aquarium marin d'Océanopolis.

Ce travail se situe dans le cadre de la réalisation d'environnements de formation utilisant la réalité virtuelle. Plus précisément, il s'intègre dans le projet MASCARET (Multi Agent System for Collaborative and Realistic Environment for Training) dont l'objectif est de développer un environnement virtuel pour la formation au travail procédural et collaboratif.<br /><br />Dans ce contexte, nous soutenons la thèse qu'il est possible d'intégrer un système tutoriel intelligent (ITS) générique et adaptatif dans un environnement virtuel afin de fournir une aide pédagogique à l'apprenant et une assistance pédagogique au formateur.<br /><br />Cette thèse débute par une étude montrant l'intérêt mutuel de la réalité virtuelle et des ITS pour l'apprentissage de compétences, et identifie les difficultés de leur intégration. Plus précisément, elle souligne la nécessité d'une représentation abstraite, indépendante de l'exercice à réaliser, manipulable pour la prise de décision pédagogique et liée à la représentation d'un univers 3D.<br /><br />Notre proposition est un système multi-agents permettant d'analyser l'action réalisée par l'apprenant par le biais d'un environnement virtuel informé. Le système dégage un ensemble d'informations, appelé situation pédagogique, considéré pertinent pour la prise de décision pédagogique. Notre étude se focalise alors sur un agent pédagogique qui propose des assistances au formateur en utilisant la situation pédagogique. L'abstraction utilisée permet des assistances concrètes liées au domaine, à l'exercice et à l'environnement virtuel. Le modèle comportemental de l'agent pédagogique se base sur un système de classeurs hiérarchique. Grâce à ce modèle, l'agent s'adapte au couple apprenant-formateur en modifiant son comportement pédagogique par le biais d'un mécanisme d'apprentissage artificiel, basé sur un renforcement fourni par le formateur.<br /><br />Ces travaux sont appliqués dans le cadre du projet GASPAR (Gestion de l'Activité aviation et des Sinistres sur Porte-avions par la Réalité virtuelle). L'application simule l'activité aviation sur un porte-avions.

Les systèmes industriels sont de plus en plus miniaturisés et intégrés. Ils font cohabiter sur le même substrat différentes disciplines techniques (électronique analogique et numérique, optique, mécanique, thermique, différents capteurs ...). Le cycle de conception traditionnel en V ne répond plus aux exigences industrielles et beaucoup de problèmes restent à identifier et à résoudre pour avancer dans ce domaine. Les phénomènes perturbateurs prennent de plus en plus d'importance à mesure que la taille des systèmes diminue. Leur conception doit en tenir compte dés le début de la démarche.<br /> L'évolution industrielle dans ce domaine passe par la fourniture de procédures réalistes et productives pour améliorer le cycle de conception. Le Prototypage Virtuel constitue une voie intéressante pour cela en offrant la possibilité de réduire les temps et les coûts de développement par la formalisation, la capitalisation et la réutilisation de modèles informatiques directement simulables, ainsi que par l'application d'une méthodologie rigoureuse quant à leur conception. Parmi les langages de description matériels utilisables, VHDL-AMS semble un des plus adaptés. En effet, il permet de modéliser les systèmes multidisciplinaires de manière native et offre des possibilités de modélisation à haut niveau d'abstraction. De plus, ce langage se déploie de plus en plus au sein des industries, ce qui génère un nouveau public d'utilisateurs, n'ayant pas de connaissances des HDLs, pour lesquels la nouvelle génération de simulateurs graphiques s'avèrent très utiles.<br /> Cette thèse présente tout d'abord le travail effectué dans le cadre du RMNT sur la modélisation d'un dispositif optoélectronique à haut débit, courte portée et à fortes interactions thermiques et mécaniques de la société THALES. Cette étude a ensuite permis de dégager des éléments de méthodologie qui pourraient rendre la conception de modèles et la simulation de systèmes complexes plus en phase avec un marché toujours plus exigeant.

En 2004, moins de 1 % des 6800 langues du monde bénéficie d'un niveau d'informatisation élevé, incluant un éventail large de services allant du traitement de textes à la traduction automatique. Cette thèse, qui s'intéresse aux autres langues - les langues-pi - s'attache à proposer des solutions pour remédier à leur sous-développement informatique. Dans une première partie destinée à montrer la complexité du problème, nous présentons la diversité des langues, les technologies utilisées, ainsi que les approches des différents acteurs impliqués : populations linguistiques, éditeurs de logiciels, Nations Unies, États... Une mesure du degré d'informatisation des langues - l'indice-sigma - ainsi que plusieurs méthodes sont proposées. La seconde partie traite de l'informatisation du laotien et présente concrètement les travaux réalisés pour cette langue en appliquant les méthodes décrites précédemment. Les réalisations décrites ont permis d'améliorer l'indice-sigma de la langue laotienne d'environ 4 points, cet indice étant actuellement évalué à 8,7/20. Dans la troisième partie, nous montrons qu'une approche par groupe de langues peut encore réduire les coûts d'informatisation grâce à l'utilisation d'une architecture modulaire associant des logiciels grand public et des compléments spécifiques. Pour les parties intimement liées aux langues, des outils linguiciels génériques complémentaires permettent aux populations d'informatiser elles-mêmes leurs langues. Nous avons validé cette méthode en l'appliquant à la segmentation syllabique de langues à écritures non segmentée d'Asie du Sud-Est, telles que le birman, le khmer, le laotien et le siamois (thaï).

Les futures générations de satellites d'observation de la Terre doivent concilier des besoins croissants en résolution, précision et qualité des images avec un coût élevé de stockage des données à bord et une bande passante limitée des canaux de transmission. Ces contraintes imposent de recourir à de nouvelles techniques de compression des images parmi lesquelles le standard JPEG2000 est un candidat prometteur. Face à la complexité croissante des applications et des technologies, et aux fortes contraintes d'intégration - faible encombrement, faible consommation, tolérance aux radiations, traitement des informations en temps réel - les outils et méthodologies de conception et de vérification classiques apparaissent inadaptés à la réalisation des systèmes embarqués dans des délais raisonnables. Les nouvelles approches envisagées reposent sur une élévation du niveau d'abstraction de la spécification d'un système et sur la réutilisation de composants matériels pré-définis et pré-vérifiés (composants virtuels , ou blocs IP pour Intellectual Property). Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception de composants matériels réutilisables pour des applications intégrant des fonctions de traitement du signal et de l'image. Notre travail a ainsi consisté à définir une méthodologie de conception de composants virtuels hautement flexibles décrits au niveau comportemental et orientés vers les outils de synthèse de haut niveau. Nous avons expérimenté notre méthodologie sur l'implantation sous forme d'un composant virtuel comportemental d'un algorithme de transformation en ondelettes bidimensionnelle pour la compression d'images au format JPEG2000.

Une interface haptique est développée pour fournir le retour d'effort d'interaction dans un environnement virtuel à échelle humaine. L'interface est composée d'une plate-forme à câbles et d'un exosquelette de préhension. La plate-forme comprend 8 câbles qui sont actionnés par 8 blocs d'actionnement. Chaque bloc contient un moteur électrique, un encodeur rotatif et un capteur de force. Le moteur tire sur le câble, pendant que le capteur de force mesure la tension du câble et l'encodeur détermine sa longueur. Les blocs d'actionnement sont d'une conception novatrice qui augmente la force maximale et la précision de l'interface. L'exosquelette est connecté et actionné par les câbles et permet aux 5 doigts d'une main de l'utilisateur d'accomplir le geste de préhension. L'interface fournit au total 7 degrés d'action pour l'utilisateur en interaction avec les objets virtuels : 3 degrés de translation, 3 degrés de rotation et 1 degré de préhension. L'interface à retour d'effort a été modélisée pour déterminer précisément la distribution des tensions dans les câbles en fonctions des forces et des couples désirés. Les blocs d'actionnement peuvent se déplacer sur un cadre cubique autour de l'environnement virtuel. Une configuration optimale est alors trouvée pour les positions des blocs afin de maximiser l'espace de travail de l'interface. Une méthode de commande hybride basée sur les tensions des câbles, mesurées par les capteurs, est également proposée. Cette méthode mène à résoudre les problèmes classiques des interfaces à câbles. L'application considérée pour cette interface est l'interaction haptique avec l'espace intérieur simulé d'une automobile. Une scène virtuelle correspondante à cette application a été développée et l'interface a été testée dans différents cas de retour d'effort. Les résultats des tests démontrent la performance de l'interface pour fournir des efforts appropriés avec une transparence de mouvement pour l'utilisateur.

L'émergence des nouvelles technologies de l'information et de la communication, des systèmes d'intelligence et des usages qui se profilent, a engendré de profondes mutations organisationnelles. Elles touchent toutes, de près ou de loin, la relation de l'ensemble des acteurs et impactent les territoires sur lesquels ils reposent. Afin de déterminer les phénomènes, de les appréhender et de les représenter, il convient d'établir des indicateurs d'immersion de l'information au sein des territoires qui s'en trouvent ainsi bouleversés. Il apparaît opportun d'établir comment l'espace se réorganise et se redéfini, quelles sont les influences de l'espace physique sur le domaine informationnel, et comment l'espace virtuel peut à son tour, impacter les territoires physiques. Nous nous attachons à déterminer les nouveaux assemblages de territoires, les combinaisons et les interactions qui sont opérés entre les territoires physiques et les nouveaux territoires virtuels constitués. Des initiatives surgissent, qui visent à régir les espaces et envisager les usages, mais le manque de réelle coordination, la dépendance aux avancées technologiques, l'absence de clairvoyance ou bien encore de vision globale, endiguent les aboutissements constructifs qui pourraient sourdre d'une réelle cohésion. L'apport de l'intelligence territoriale, couplée à l'adoption et à la maîtrise d'analyses cybermétriques, nous permet d'aborder le sujet dans ses caractéristiques relationnelles, à la fois entre les différents espaces, mais également par l'étude plus précise du lien au sein même de ces territoires. Tout ceci afin de contribuer à approfondir et à projeter : quels territoires pour aujourd'hui et pour demain ?

Pour la téléconférence, on peut remplacer l'image des correspondants distants par des modèles 3D animés de leurs visages. En plus de taux de compression avantageux, cette approche offre les libertés du virtuel : on peut par exemple composer à l'écran l'impression d'un lieu unique, virtuel, où débattent les représentants 3D. Cette thèse présente un algorithme de rendu spécifique, applicable à des clones 3D photo-réalistes de visages. En restreignant les angles de vue autorisés, il permet un rendu simple et rapide, même avec des ordinateurs peu puissants ou sur des machines virtuelles. On propose aussi une architecture de régie automatique, reliée à des caméras virtuelles qui réagissent aux interventions des participants et en proposent une image synthétique. En alternant plusieurs vues (éventuellement partielles) de la scène, on autorise plus de participants simultanés, sans compromettre la qualité de l'image proposée ni l'intelligibilité du débat restitué. Automatique, cette approche libère l'utilisateur du système, qui peut se concentrer sur un débat rendu plus attractif, à la fois comme spectateur et comme participant. Cette thèse rend aussi compte de la réalisation d'un prototype de communication qui intègre les éléments précédents et permet de juger la qualité de la communication obtenue. À cette occasion, l'utilisation d'un environnement sonore qui intègre les interventions distantes et leur localisation (dans ou hors de l'image) est discutée, avec plusieurs expérimentations sur l'association entre l'image et le son spatialisé. Enfin, on introduit une solution hybride (3D et vidéo) pour animer les clones des visages. En incrustant à la surface d'un clone statique l'image des yeux, des sourcils et de la bouche vues par une caméra, on laisse aux spectateurs la responsabilité d'interpréter les expressions originales, dans toute leur dimension vidéo (forte résolution spatiale et temporelle). Un second prototype permet de juger de l'empathie visuelle.

Cette thèse a été réalisée en collaboration et cofinancement impliquant le LSI du CEA/LIST et le LBMC de l'IFSTTAR. L'objectif de thèse était d'étudier et de développer une méthode pour simuler les mouvements d'un mannequin virtuel (MV) dans un environnement encombré en s'appuyant sur des connaissances a priori. L'étude présente, dans un premier temps, des expériences de capture de mouvement (MoCap). Les données enregistrées ont été analysées afin de définir quelques principes sur les mouvements humains dans des environnements encombrés. Nous proposons ensuite un critère général d'équilibre et une marge de stabilité, sur la base d'un modèle simplifié du MV. Puis, nous présentons un framework hiérarchique pouvant générer et simuler des mouvements dynamiques du MV dans un environnement encombré en trois étapes : une trajectoire globale du centre de masse (CoM) est générée au niveau global afin d'assurer l'équilibre du MV durant son mouvement; puis au niveau local, les trajectoires des organes terminaux (OT, i.e. pieds, mains) et les postures sont générées localement sous des contraintes cinématiques et d'évitement de collisions; enfin au niveau de l'exécution, les trajectoires (CoM et OTs) et les postures sont utilisées comme références dans un contrôleur dynamique associé au MV. Enfin, ce framework est mis en œuvre dans un scenario d'entrée dans un véhicule pour évaluer ses performances et proposer des améliorations futures

La quête d'un photoréalisme accru en synthèse d'images passe par l'amélioration de la modélisation géométrique des scènes, des algorithmes de calcul de l'éclairement global, et des modèles locaux de réflexion. Ces modèles locaux de réflexion sont représentés par les BRDFs (fonctions de distribution de la réflectance bidirectionnelle). Nous étudions dans ce mémoire un certain nombre de modèles analytiques de BRDFs et les comparons à des mesures réelles de BRDFs. Cette étude nous montre que la diversité du réel ne saurait être prise en compte par un modèle unique de BRDF, et la nécessité d'utiliser directement des mesures de BRDFs en calcul d'images. Nous présentons alors les méthodes existantes pour représenter ces mesures, et introduisons une nouvelle méthode particulièrement adaptée au cas particulier des BRDFs. Cette méthode est basée sur des fonctions à support local et une approche hiérarchique. Afin de valider ces recompositions de BRDFs, nous introduisons aussi un critère d'erreur permettant de comparer les BRDFs entre elles. Afin de relier BRDFs mesurées et BRDFs informatiques, nous présentons un appareil informatique simulant le comportement d'un goniophotomètre existant, appareil servant à mesurer des BRDFs. Ce goniophotomètre virtuel nous permet de valider des modèles analytiques de BRDFs, et de comparer des BRDFs réelles et leur _équivalent simulé à partir de relevés sur les matériaux_