Supporting Versatility in Tangible User Interfaces Using Collections of Small Actuated Objects

par Mathieu Le Goc

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Jean-Daniel Fekete.

  • Titre traduit

    Interfaces tangibles polyvalentes à base de collections d'objets mobiles de petite taille


  • Résumé

    Dans ce manuscrit, je présente mes travaux visant à rendre les interfaces tangibles plus polyvalentes et plus physiques afin de réduire l’espace entre le réel et le virtuel. Pour ce faire, j'étudie et conçois des dispositifs technologiques permettant d’interagir avec le monde numérique exploitant au mieux le potentiel de nos mains. Je commence par examiner l’état de l’art et souligne le besoin d’approfondissement dans cette direction. J’y observe la spécificité des systèmes existants, limitant leur utilisation et diffusion, de même que l’utilisation récurrente d’écrans et autres dispositifs de projections comme moyen de représentation du monde numérique. Tirant les leçons de la recherche existante, je choisis d'orienter mes travaux autour de dispositifs physiques constitués uniquement de collections d’objets génériques et interactifs. Mon but est d’apporter plus de polyvalence aux interfaces purement tangibles. J’articule pour cela ma recherche en quatre temps. Je mène tout d’abord une étude comparant les interfaces tangibles et tactiles, dans le but d’évaluer de potentiels bénéfices de l’utilisation d’objets physiques. J’étudie conjointement l’influence de l’épaisseur des objets sur la manipulation. Les résultats suggèrent tout d’abord de modérer les conclusions de nombre d’études existantes, quant aux avantages de la tangibilité en terme de performances. Ces résultats confirment toutefois l’amélioration de l’agrément lors de l’utilisation de dispositifs physiques, expliquée par une plus grande variété ainsi qu’une plus grande fiabilité des manipulations réalisées. Je présente dans un deuxième temps SmartTokens, un dispositif à base de petits objets capable de détecter et reconnaître les manipulations auxquelles ils sont sujets. J’illustre les SmartTokens dans un scénario de gestion de notifications et de tâches personnelles. Je poursuis en introduisant les Interfaces en essaim, une sous-catégorie des interfaces tangibles, constituée de collections de nombreux robots autonomes et interactifs. Pour les illustrer, je présente les Zooids, une plateforme ouverte pour développer des Interfaces en essaim. Je démontre le potentiel quant à leur polyvalence avec un assortiment d’applications, et clarifie les règles de conception des Interfaces en essaim. Je définis les physicalisations de données composites, et les implémentent en utilisant les Zooids. Je termine en ouvrant perspectives et futures directions, et en tirant les conclusions des travaux réalisés au cours de cette thèse.


  • Résumé

    In this dissertation, I present my work aiming at making tangible user interfaces more versatile with a higher degree of physicality, in order to bridge the gap between digital and physical worlds. To this end, I study and design systems which support interaction with digital information while better leveraging human hand capabilities. I start with an examination of the current related work, and highlight the need for further research towards more versatility with a higher degree of physicality. I argue that the specificity of existing systems tends to impair their usability and diffusion and induce a dependence on screens and other projections as media to represent the digital world. Building on lessons learned from previous work, I choose to focus my work on physical systems made of collections of generic and interactive objects. I articulate my research in four steps. Firstly, I present a study that compares tangible and multitouch interfaces to help assess potential benefits of physical objects. At the same time, I investigate the influence of object thickness on how users manipulate objects. Results suggest that conclusions from numerous previous studies need to be tempered, in particular regarding the advantages of physicality in terms of performance. These results however confirm that physicality improves user experience, due to the higher diversity of possible manipulations. As a second step, I present SmartTokens, a system based on small objects capable of detecting and recognizing user manipulations. I illustrate SmartTokens in a notification and personal task management scenario. In a third step, I introduce Swarm User Interfaces as a subclass of tangible user interfaces that are composed of collections of many interactive autonomous robots. To illustrate them, I present Zooids, an open-source open-hardware platform for developing tabletop Swarm User Interfaces. I demonstrate their potential and versatility through a set of application scenarios. I then describe their implementation, and clarify design considerations for Swarm User Interfaces. As a fourth step, I define composite data physicalizations and implement them using Zooids. I finally draw conclusions from the presented work, and open perspectives and directions for future work.


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