Implémentation et bénéfices des systèmes d'interaction haute-fidélité : d'un contrôle plus performant à un apprentissage d'objets 3D plus rapide

Interagir avec des scenes virtuelles 3D est necessaire a de nombreuses applications. Parmi elles : la visualisation de donnees 3D, la conception assistee par ordinateur, les simulateurs d’entrainement ou encore les jeux videos. Effectuer cette tâche par l'intermediaire de systemes en 2D tels que des ordinateurs de bureau ou des tablettes tactiles peut s’averer fastidieux. Pour interagir plus efficacement avec des contenus 3D, les systemes d'interaction haute-fidelite tels que les casques de realite virtuelle tentent de reproduire les modalites d'interaction dont nous disposons dans le monde reel. Ces systemes offrent un rendu visuel stereoscopique couple a la position de l'utilisateur et un controle isomorphe des objets 3D. Cependant, la litterature manque de resultats issus d'experiences rigoureuses montrant leurs benefices. L'objectif de cette these est double. Nous cherchons d'une part a etoffer la litterature par l'intermediaire d'etudes utilisateur controlees permettant d'apporter des resultats robustes sur les benefices de ces systemes. D'autre part, nous nous efforcons de fournir les moyens d'implementer les experiences haute fidelite les plus performantes.Dans ce manuscrit, nous presentons, tout d'abord, un etat de l'art des dispositifs haute-fidelite existants et de leurs benefices potentiels. Nous introduisons notamment une approche prometteuse appelee appareil a perspective corrigee deplacable (APCD), que nous avons particulierement etudiee dans cette these.Nous detaillons ensuite deux contributions qui nous ont permis de quantifier les benefices des systemes haute-fidelite. Afin de temoigner du potentiel applicatif de ces systemes, nous avons etudie leur apport dans la realisation de deux tâches mettant en jeu des processus cognitifs tres differents. La premiere etude concerne une tâche de positionnement d'objets 3D dans l'espace. Les deux systemes haute-fidelite que nous avons testes : un APCD et un casque de realite virtuelle, se sont respectivement montres 43% et 29% plus efficaces que le statu quo (un bras articule utilise avec un ecran plat). La seconde etude concerne une tâche d'apprentissage de la forme d'un objet 3D. Pour cette tâche, les deux memes systemes haute-fidelite ont permis d'ameliorer de 27% les performances de reconnaissance de l'objet par rapport a un apprentissage via une tablette tactile.Nous presentons ensuite deux contributions apportant des solutions pour faciliter l'implementation materielle et logicielle des systemes d'interaction haute-fidelite.Nous proposons une methode permettant d'evaluer l'impact de differents parametres techniques sur le sentiment de presence eprouvee au cours d'une experience interactive : un sentiment qui temoigne de la fidelite de l'experience relativement a la realite simulee. Mettre en jeu cette methode dans une etude utilisateur nous a permis d'identifier que la stabilite du systeme de suivi et la frequence d'affichage sont les parametres les plus critiques avec l'APCD que nous avons teste.Nous proposons enfin une panoplie de techniques d'interaction permettant l'implementation d'applications adaptees aux APCD spheriques et a tout autre systeme fournissant un ecran manipulable a deux mains. Les interactions que nous proposons tirent parti du controle efficace des rotations de l'appareil et se sont montrees intuitives et efficaces lors d'un test qualitatif dans une application d'apprentissage d'anatomie.