Influence of interaction techniques on vims in virtual environments : estimation et prédiction

Influence of interaction techniques o n VIMS in virtual environments : estimation and prediction

• Auteur / Autrice : Mohammad Ali Mirzaei
• Direction : Frédéric Merienne, Jean-Rémy Chardonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique-traitement du signal
• Date : Soutenance le 16/12/2014
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Electronique, Informatique et Image (LE2i) (Dijon, Côte d'Or ; Auxerre, Yonne ; Chalon-sur-Saône, Saône-et-Loire ; Le Creusot, Saône-et-Loire ; 1996-2018) - Laboratoire Electronique, Informatique et Image - Laboratoire Electronique, Informatique et Image
• Jury : Président / Présidente : Luis Pastor
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Merienne, Jean-Rémy Chardonnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Mestre, Guillaume Moreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réflexe vestibulo-oculaire

Réalité virtuelle

Mots clés libres

Conflit sensoriel

Interfaces d'interaction

Réalité virtuelle

Dynamique oculo-Vestibulaire

Environnement virtuel à l'échelle 1

Sensory conflict

Interaction interfaces

Virtual reality

Oculo-Vestibular dynamics

Scale-One virtual environment

Résumé

La compréhension de la dynamique oculo-vestibulaire pendant un réarrangement sensoriel dans le système nerveux central joue un rôle extrêmement important pour mieux appréhender la perception humaine, et améliore la technologie dans de nombreux domaines de l'ingénierie. Par ailleurs, le conflit sensoriel qui apparaît entre les systèmes oculaire, vestibulaire et proprioceptif pendant un réarrangement sensoriel à certains instants peut affecter grandement la performance d'un utilisateur dans un grand nombre d'applications telles que la simulation de vol/conduite, les systèmes d'affichage 3D échelle 1, les affichages de grande taille, les serious games, etc. De fait, connaître la condition dans laquelle le conflit sensoriel apparaît est d'une grande importance. Cette étude a pour objectif la compréhension de la nature du conflit sensoriel par la modélisation et des études subjectives, ainsi que les conditions dans lesquelles ce conflit apparaît dans un environnement synthétique. Les résultats sont ensuite utilisés pour concevoir de meilleures interfaces de navigation et de manipulation dans des environnements virtuels immersifs et interactifs. Plusieurs éléments, tels que la surface/taille projetée du balancement postural d'un utilisateur (mesurée par le centre de gravité) après exposition au conflit, la différence entre les composantes hautes et basses fréquences du balancement, et le temps d'exposition, seront proposés comme indicateurs de ce conflit dans des processus temps réel. Enfin, la méthode proposée sera utilisée pour évaluer plusieurs interfaces de navigation. Celles-ci sont basées sur des périphériques, la marche sur place, la reconnaissance vocale, les supports nomades, ou une fusion multi-sensorielle. Nous montrerons que les interfaces naturelles engendrent moins de conflit que celles artificielles. De plus, les trajectoires de l'utilisateur et de mauvais réglages des paramètres de navigation peuvent amener à un conflit plus élevé. En résumé, pour éviter un inconfort général de l'utilisateur, les paramètres de navigation doivent être réglés dans un certain intervalle.

Understanding oculo-vestibular dynamics during sensory rearrangement in the central nervous system plays an extremely important role in better understanding human perception, and improves the technology in many engineering fields. Besides, the sensory conflict that occurs between ocular, vestibular and proprioception during sensory rearrangement at certain occasions might adversely affect the user performance in a wide variety of domains including flight/car simulators, scale-one 3D systems, large-scale displays, serious games, and so on. Therefore, knowing the condition in which the sensory conflict happens has a great deal of importance. This study aims at understanding the nature of sensory conflict by modeling and subjective studies, and the conditions in which it takes place in a synthetic environment. The results then will be used to design better navigation and manipulation interfaces in immersive and interactive Virtual Environments. A set of novel features including the area/shape of the user's COG post-exposure postural sway, the difference between LF and HF components of the sway in a frequency space, and the time of exposure will be proposed as indicators of this conflict in real-time processes. Finally, the proposed method will be used to evaluate a set of navigation interfaces. The interfaces include device-based, walking in place, speech processing, iDevice-based, and finally sensor fusion. It will be shown that naturally inspired interfaces create less conflict comparing to artificial ones. Moreover, user trajectories and inappropriate settings of navigation parameters can lead to higher conflict. In summary, to avoid user's general discomfort, the parameters of navigation need to be set in a certain range.