Contextualisation & Capture de Gestuelles Utilisateur : Contributions à l'Adaptativité des Applications Interactives Scénarisées

par François Picard

Thèse de doctorat en Informatique et applications

Sous la direction de Pascal Estraillier.

Soutenue le 11-07-2011

à La Rochelle , dans le cadre de Sciences et Ingénierie pour l'information .

Le président du jury était Jean-Pierre Jessel.

Le jury était composé de Pascal Estraillier, Jean-Pierre Jessel, Saïda Bouakaz, James L Crowley, Didier Arquès, Philippe Souchet.

Les rapporteurs étaient Saïda Bouakaz, James L Crowley.


  • Résumé

    Depuis 50 ans, une évolution permanente de l’interaction homme-machine a permis qu’aujourd’hui, nous tendions vers des systèmes temps réel proposant une interaction simple et intuitive à l’utilisateur et s’adaptant automatiquement à l’activité observée et interprétée. L’utilisateur peut dorénavant interagir avec un système informatique, volontairement ou de manière non consciente, par le biais de plusieurs modalités, comme il ferait dans la vie courante. Actuellement, les systèmes les plus développés sont ceux permettant à l’utilisateur d’interagir par le biais de gestuelles, qu’elles soient explicites ou implicites. Ces systèmes sont intégrés de plus en plus dans notre environnement, la plupart du temps invisibles pour nous, et s’adaptent en fonction d’un scénario qui définit les objectifs que nous devons atteindre.Plusieurs domaines d’application sont le cadre du développement de tels systèmes, comme celui du jeu vidéo ou encore de la surveillance vidéo. Nous proposons, dans ces travaux de thèse, l’architecture d’un système interactif, sur lequel s’exécute une application scénarisée de type jeu vidéo. L’interactivité est alimentée par les gestuelles du corps d’un unique utilisateur, en temps réel et de manière non invasive. Le système réagit également à divers événements prenant place au sein de la scène réelle, qui sont dus au dynamisme de cette dernière et dont l’utilisateur n’est pas directement responsable (changement d’éclairage, présence de spectateurs, etc.). L’utilisateur est immergé au sein d’un environnement virtuel qui traduit la réponse interactive du système. Ce dernier répond également, en temps réel, à l’activité observée et interprétée, de manière adaptative, adaptant à la fois sa réponse interactive et son fonctionnement global.Nos travaux se basent sur l’hypothèse que l’activité observée au sein de la scène est caractérisée par le contexte d’interaction qui l’englobe. Notre système reconnaît ainsi l’activité en modélisant le contexte d’interaction au sein duquel elle prend place. Notre contribution principale se traduit donc par l’introduction de la notion de contexte au sein des processus interactif et adaptatif. La modélisation du contexte d’interaction que nous proposons nous a servi de base pour celle du scénario d’une application. La gestion et l’analyse de ce contexte au cours de l’interactivité permettent au système d’interpréter l’activité observée et de paramétrer les différents mécanismes adaptatifs qui en découlent. L’activité est capturée et codifiée par un système étendu, adopté en accord avec le cadre industriel de cette thèse (convention CIFRE avec la société XD Productions). Initialement dédié à la capture, invasive et en milieu contrôlé, des mouvements de l’utilisateur, nos travaux ont permis l’augmentation du processus vers une capture plus générale de l’activité globale,de manière non invasive et en environnement dynamique. Enfin, nous avons développé une application immergeant l’utilisateur au sein d’une simulation virtuelle d’entrainement au tennis. Par le biais d’études de cas extraites de ce scénario, nous avons implémenté les processus interactif et adaptatif prenant place entre le système et l’utilisateur. L’adaptativité du système, supportée par le scénario de l’application, est concrétisée par la mise en place de mécanismes spécifiques à tous les niveaux de l’architecture, en fonction de l’activité observée et interprétée. Nous mettons en évidence un ensemble de boucles logicielles, appelées « boucles vertueuses », générées par l’accumulation des effets d’adaptation du système et améliorant en permanence l’interactivité. Les perspectives à ces travaux de thèse concernent la normalisation et la gestion haut niveau de notre modèle de contexte, la complexification de notre scénario et l’amélioration de notre système de capture dans le cadre de nouvelles applications scénarisées.

  • Titre traduit

    Contextualization & User Body Language Capture : Contribution to the Adaptivity of Interactive Applications


  • Résumé

    For 50 years, human-computer interaction has evolved permanently. Nowadays, real-time systems offer the user simple and intuitive interaction and adapt automatically to the observed and interpreted activity. From now on, the user can interact with computer systems, voluntarily or unconsciously, by several modalities, as he would do it in his everyday life.Currently, the most developed systems are the ones allowing the user to interact by his explicit or implicit body language. These systems are more and more integrated in our environment, are invisible, and adapt according to the scenario that defines the objectives the user has to achieve. Several application fields are the development frameworks of such systems, like video games or video surveillance. We define in this work the architecture of an interactive system, upon which runs a scripted application such as a video game. The interactivity is fed by an only user body language, in real-time and without markers. The system reacts as well to various events taking place within the real scene. These events aredue to the scene dynamism for which the user is not directly responsible (illumination changes, spectators, etc.).The user is immersed within a virtual environment that renders the system interactive response. The system responds adaptively as well, in real-time, to the observed and interpreted activity, adapting at the same time its interactive response and its global functioning. Our work is based on the following hypothesis: the activity, observed within the scene, is characterized by the interaction context that includes it. Thus, our system recognizes the activity by modelling the interaction context within which it takes place. Our main contribution is then the introduction of the notion of context within the interactive and adaptive processes. We use our interaction context modelling to model the application scenario. The context management and analysis during the interactivity allow the system to interpret the observed activity and to configure the different adaptive mechanisms which follow it. The activity is captured and codified by an extended system, chosen according to our work industrial framework (Industrial Convention of Formation by Research – CIFRE – with XDProductions). Initially dedicated to the invasive capture of the user movements in a controlled environment, our work enhances the process towards the general capture of the global activity, without markers and within an uncontrolled environment. Finally, we have developed an application immersing the user within a virtual simulation of tennis training. Thanks to different case studies extracted from this scenario, we have implemented the interactive and adaptive processes taking place between the system and the user. The system adaptivity, supported by the application scenario, is materialized by the implementation of specific mechanisms at every level of the architecture, according to the observed and interpreted activity. We have brought to light a set of software loops, called virtuous loops, generated by the accumulation of the system adaptation effects and improving the interactivity permanently. Our work perspectives concern the formalization and the high-level management of our context model, the complexity of our scenario and the improvement of our capture systemwithin the framework of new scripted applications.


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