Les travaux de recherche en Informatique



Les travaux de recherche en Informatique menés par les Enseignants-Chercheurs de Tarbes relèvent prioritairement de deux domaines : les environnements 3D et les Interactions Hommes Machine.
Ces deux domaines bénéficient de récentes avancées technologiques permettant d’accroitre fortement les possibilités offertes.

Dans le domaine des environnements 3D, ces technologies deviennent de plus en plus détaillés et réalistes, elles se dotent d’une certaine autonomie. En conséquence, l’utilisation de ces technologies 3D se développe de plus en plus largement dans les environnements d’activité quotidien, qu’ils soient publics (musée, transport, ..) ou privés (jeu, santé, …), statiques ou mobiles (dispositifs portable).

Dans le domaine de l’Interaction Homme Machine, les technologies d’interaction émergeantes ouvrent la voix à de nouvelles formes d’interaction entre les utilisateurs et les systèmes informatiques. Grace à l’utilisation de multiples capteurs, les objets du monde physiques constituent une alternative aux claviers / souris / joystick : le monde physique apparait alors comme une prolongation de l’homme, support à l’information et l’interaction.
La démocratisation de ces technologies d’interaction émergentes se manifeste par leur développement croissant dans de nombreux domaines tels que la culture, la santé et des secteurs industriels tels que la maintenance et le monitoring d’activités et de systèmes complexes.
Les travaux de recherche menés en informatique ont donc pour vocation de contribuer à la maturation de ces technologies émergentes pour l‘interaction et la 3D. Ils incluent des approches empiriques, pour répondre de manière ad hoc à des problèmes précis, et des approches théoriques et méthodologiques pour bâtir des fondements à ces thématiques.

Enfin, à la croisée de ces deux domaines, un axe de recherche concerté a été élaboré afin de promouvoir la collaboration entre ces deux domaines. Ces collaborations visent à la conception et à l’évaluation des environnements virtuels 3D interactifs.

null

Les thèmes de recherche

 
Interaction Avancée pour Environnements Virtuels 3D
Présentation

Les travaux de recherche relevant du domaine de la RV sont multiples et visent prioritairement à rendre le plus réaliste possible les environnements numériques 3D synthétisés. Pour y parvenir, différents aspects doivent être traités. Il s’agit notamment de développer des algorithmes et techniques de rendu, de contribuer à la modélisation graphique et d’intégrer des éléments numériques 3D dotés de comportements autonomes. Mais le plus souvent ces espaces numériques 3D ne sont que faiblement interactifs.

Dans le domaine de l’IHM, l’objectif est de contribuer au développement de systèmes interactifs utiles et utilisables. Pour y parvenir, plusieurs approches complémentaires font l’objet de travaux de recherche. D’un point de vue logiciel, des composants et architectures nécessitent d’être étudiés, caractérisés et produits. D’un point de vue humain, il convient de cerner les capacités de perception et d’action de l’utilisateur et d’étudier et comprendre leur adéquation avec les techniques d’interaction proposées.

Techniquement la production de nouvelles formes d’interaction est également un vaste champ d’investigation. Enfin d’un point de vue plus transversal, le processus de conception et d’évaluation doivent être élaboré pour répondre aux spécificités des systèmes. 
 

Contribution, démarche, méthodologie

Concernant les EV, il est tout d’abord nécessaire de parvenir à fournir des éléments descripteurs des zones interactives de l’EV.
Concernant les IHM avancées, il est nécessaire de décrire et caractériser les aptitudes de l’Homme et des objets interactifs qu’il a à sa disposition.
A la croisée de deux thématiques, il s’agit d’étudier l’adéquation de liens établis entre un moyen d’interaction et une zone interactive de l’EV.

L’approche décrite pour couvrir ces trois volets vise en priorité à maitriser et optimiser les procédés d’élaboration et de conception des IHM pour les EV. Le second axe adopte un point de vue plus concret sur l’IHM, les EV et leur articulation : la réalisation logicielle. En effet les éléments d’un EV, tout comme les entités participantes à une IHM avancées, requièrent des moyens d’implémentations robustes, souples, réutilisables.
Pour cela, le développement logiciel pose des problèmes tels que la granularité à adopter, l’ancrage dans les descriptions produites par l’approche méthodologique, les moyens de description des composants d’interaction et d’EV et surtout des liens entre eux. Le troisième axe adopte le point de vue de la qualité de l’expérience interactive lors de la mise en œuvre par un utilisateur.

Collaboration et diffusion

Types de projets ou Projets réalisés

 - Encadrement de stagiaire M1 et M2 Systèmes Intelligents.
 - Encadrement de TER M1 Informatique fondamentale.
 - Encadrement de projet tuteuré M2 Interaction Homme Machine. 
 

Compétences extérieures utilisées ou requises

Expertises liées au domaine de la santé (Inserm, CHU). 
 

Valorisation transférable ou application

 - Prototype interactif tangible pour exposition muséographique. 
 - Techniques d’interactions avancées en environnement virtuel urbain. 
 - Conception et simulation 3D de système de maintien à domicile.
 

Secteurs d’activités

 - Actuellement : musée, santé.
 - Perspectives : aéronautique.

Fondements théoriques pour le développement des Interactions Homme Machine Avancées
Présentation
Développement (conception, implémentation, évaluation) de Systèmes Interactifs Mixtes (SIM) centré sur l’interaction et basé modèles :

 - Modélisation (situation interactive, logiciel). 
 -  Méthode de conception (structure et contenu). 
 -  Processus (structure et contenu des étapes). 
 -  Ancrage ergonomique. 
 -  Lien avec l’implémentation. 

A l’aide de ces contributions théoriques, étudier l’intérêt des SIM dans des situations d’interaction particulières (médiation culturelle, EV 3D, pointage, déficients visuels). 
 

Démarche et contributions


 Démarche adoptée pour fournir un support au développement des SIM :

Centrée sur l’interaction de l’utilisateur avec un SIM.
 - Besoin de prise en compte du caractère multi-facetté de l’interaction avec un SIM. 

Adopte une approche basée modèles.
 - Abstraction facilite l’exploration du champ des possibles. 
 - Simplification de l’intégration des multiples dimensions d’un SIM.
 - Ouverts à la connexion de considérations complémentaires. 
Application à des situations concrètes, variées. 


Contributions théoriques :

Relatives aux différentes étapes d’une approche de conception participative et itérative. 
 - Modèles, recommandations ergonomiques. 

Assurant une articulation des différentes étapes du développement. 
 - Liens entre ressources de conception/évaluation. 

Fonctionnant de manière observable. 


Contributions Pratiques : Implémentation et évaluation de SIM pour :

Muséum de Toulouse : MIME, Cladibulle, S3M. 
Pointage dans des grands espaces de données : Softstick. 
Exploration spatiales en EV  3D. 

Collaboration et diffusion

Types de projets ou Projets réalisés (contrat de recherche)

 

 - 2010 : Praxis-Lab, Région Midi-Pyrénées (2 ans) : développement et intégration de technologies interactives de médiation scientifique pour les Musées. 
 - 2009 : CARA, France-Canda Research Fund (18 mois) : Supporting the Development of Collaborative Augmented applications. 
 - 2009 : AMIE, OS de l’UPS (2 ans) : Plateforme Ambiant Intelligent Entities. 
 - 2008 : CARE, ANR-RIAM (3 ans) : Cultural experience : Augmented Reality and Emotion.
 - 2007 : Praxis-Environnement, Région Midi-Pyrénées (2 ans) : Conception et Développement d’Outils Interactifs Avancés pour la Médiation Culturelle. 
 - 2004 : Protopraxis, Région Midi-Pyrénées (2 ans) : Ingénierie des Systèmes de Réalité Mixte en Contexte Muséal. 
 

Compétences extérieures utilisées ou requises

 - Compétences en traitements statistiques de nos données expérimentales. 
 - Outils de l’Ingénierie Dirigée par les Modèles Modèles. 
 -  complémentaires à ceux développés en interne (tâches, physiologiques, cognition, déficiences, capteurs, etc.). 
 - Plateformes de développements pour prototypages rapides de systèmes interactifs. 
 

Valorisation transférable ou application


Les contributions théoriques sont transférables et réutilisées par des partenaires de projet de recherche.
Les contributions pratiques font l’objet de démonstrations mais n’atteignent pas un degré de maturité suffisant pour être plus largement transférée ou commercialisées. 
 

Partenaires ou secteurs d’activités

 - Collaborations universitaires : AMIS (Toulouse), ESTIA (Biarritz), INRIA Rocquencourt, INRIA Sophia, LECP (Toulouse), LIG (Grenoble), LIMSI (Paris), UTT (Troyes). 
 - Collaborations industrielles : EADS (Toulouse), Global Vision Systems (Toulouse), Immersion (Bordeaux), Metapages (Toulouse). 
 - Collaborations institutionnelles : Museum de Toulouse, Ballet de Biarritz. 
 - Collaborations internationales: CSIRO - Sidney (Australia), University of Glasgow (Scotland), University of Kingston - Ontario (Canada). 

Manipulation d’objets virtuels 3D à l’aide d’images
Présentation


Les Systèmes d’Informations (SI) considérés ici, qu’il s’agisse des Maquettes Numériques de produits en conception mécanique, de SI Géographiques pour l’aménagement du territoire ou de SI pour la préservation du patrimoine archéologique et architectural, représentent les objets physiques à l’aide d’objets virtuels 3D.

Les maillages qui sont les modèles géométriques nécessaires à la visualisation et à l’analyse de ces objets virtuels soulèvent deux problématiques : 1) le nombre important de faces nécessaire à la représentation de surfaces complexes qui requiert une simplification ; 2) la présence de trous à remplir sur la surface de modèles acquis par balayage laser, certaines parties de la surface ayant été inaccessibles au capteur.
 

Or, très présentes dans les SI, les images sont une source d’informations sémantiques relatives aux objets qu’elles représentent. En effet, elles contiennent des informations concernant leur forme, et en particulier leurs lignes de caractère, cet ensemble de courbes qui définit la signature visuelle des objets. Développer des méthodes et modèles permettant d’exploiter les images afin de pouvoir répondre aux problématiques soulevées par la manipulation des objets virtuels est donc un véritable enjeu.
 

Contribution, démarche, méthodologie

 

Un modèle hybride couplant maillages et images et se situant à la croisée de différentes disciplines de l’informatique graphique telles que la vision par ordinateur, la modélisation géométrique et le traitement d’images a été proposé.

Une méthode de simplification et deux méthodes de déformation de maillages ont été développées. Dans la première, la simplification est basée sur un processus itératif de suppression de sommets piloté par un critère de tolérance de simplification. Cette tolérance est calculée par filtrage de contours d’image(s) qui sont projetés sur le maillage afin d’identifier les zones plus ou moins proches des lignes de caractère et donc plus ou moins simplifiées.
 

Les méthodes de déformation sont adaptées au remplissage de trous. Une triangulation est insérée puis déformée par la résolution d’un problème d’optimisation numérique sous contraintes. La fonctionnelle à minimiser simule la variation de courbure entre le maillage inséré et le modèle initial. Les contraintes imposent le respect de lignes de caractère 3D obtenues par triangulation stéréoscopique, ou bien calculées en fonction de l’intensité lumineuse des pixels qui impose le déplacement des sommets correspondants selon une certaine élévation (problème inverse du Shape From Shading).

Collaboration et diffusion

 Projets réalisés

Applications logicielles de Conception Assistée par Ordinateur. Projets futurs. 
Les projets envisagés concernent la poursuite des travaux présentés, dans la cadre de la réalité mixte, concernant la manipulation d’objets virtuels 3D, à l’aide d’images, en y intégrant la notion d’interaction 3D.
Par exemple, les techniques de Réalité Augmentée permettraient de surimposer des informations véhiculées par l’objet virtuel sur une vue d’une partie de la réalité perçue par un utilisateur, et donc d’en augmenter sa perception.
D’autre part, les images peuvent aussi être utilisées comme media par certains dispositifs d’interaction (basés sur l’analyse d’images acquises par des caméras).
 

 Partenaires

Arts et Métiers ParisTech, LSIS, EDF R&D, IntuiSense Technologies.
 

 Secteurs d’activités

Conception de produits, aéronautique, préservation du patrimoine architectural et archéologique.