Thèse soutenue

Étude des illusions visio-haptique en Réalité Virtuelle : compréhension et prédiction de la détection des illusions
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Auteur / Autrice : Flavien Lebrun
Direction : Gilles BaillySinan D. Haliyo
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Robotique
Date : Soutenance le 14/12/2022
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des systèmes intelligents et de robotique (Paris ; 2009-....)
Jury : Président / Présidente : Agnès Roby-Brami
Examinateurs / Examinatrices : Jörg P. Müller
Rapporteurs / Rapporteuses : Géry Casiez, Ferran Argelaguet Sanz

Mots clés

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Résumé

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Grace aux dispositifs actuels de réalité virtuelle (RV), notamment les casques de RV, les utilisateurs disposent d’un affichage visuel réaliste. Une des options pour améliorer l’immersion en RV est de stimuler d’autres modalités sensorielles, en particulier les modalités haptiques. Cependant, stimuler artificiellement ces modalités de manière réaliste avec les interfaces actuelles est un défi. Une alternative prometteuse et facile à déployer est l’utilisation d’illusions visio-haptiques. Ces illusions introduisent un décalage subtil entre les représentations visuelles et les stimuli haptiques. Lorsque ce décalage est bien contrôlé, la perception provenant de la modalité visuelle trompe le cerveau et modifie la perception haptique de l’évènement physique. Cependant, lorsque ce décalage est trop important, les utilisateurs détectent l’illusion, ce qui impacte négativement la présence dans la scène virtuelle. Dans cette thèse, je revisite les illusions visio-haptiques en prenant comme cas d’étude l’illusion appelée "redirection de la main". Cette illusion écarte la main virtuelle de la main réelle de l’utilisateur. Elle permet par exemple de laisser croire à l’utilisateur qu’il interagit avec des objets physiques aux emplacements différents, alors qu’il interagit en réalité avec un seul objet physique au même endroit. Notre approche consiste à considérer les mesures, les facteurs, et les méthodes pour étudier les illusions visio-haptiques. Tout d’abord, nous cherchons à clarifier comment mesurer l’efficacité d’une illusion car le concept de "détection d’illusion” est souvent vague, subjectif et mal défini. Or, définir précisément le seuil de détection est nécessaire aux designers pour exploiter des illusions dans leurs scenarios. Pour cela, nous décrivons comment les principales illusions visio-haptiques fonctionnent en RV et définissons les différentes interprétations attachées au terme générique de détection d’illusion. Nous présentons ensuite des méthodes courantes en Interaction Homme-Machine (IHM) pour mesurer le seuil de détection de ces illusions en RV. Nous concluons que bien que ces méthodes soient utiles, elles ne permettent pas de prédire la capacite des utilisateurs à détecter d’autres illusions. Ensuite, nous étudions les facteurs lies aux illusions visio-haptiques. Alors que les études précédentes se concentrent principalement sur l’impact d’un seul facteur - l’amplitude du décalage - sur la détection de l’illusion, nous proposons de considérer trois classes de facteurs : les facteurs liés à la tâche, au système et à l’utilisateur. En ce qui concerne les facteurs liés à la tâche, nous étudions le lien entre l’amplitude du décalage, la trajectoire des mains et la détection de l’illusion. En ce qui concerne les facteurs lies au système, nous introduisons le facteur "fonction de redirection", c’est-à-dire la fonction qui contrôle le décalage entre les mains virtuelles et les mains réelles. Nous évaluons ensuite l’influence de ce facteur sur la détection des illusions. En ce qui concerne le facteur utilisateur, nous faisons l’hypothèse que les sensibilités sensorielles visuelles et proprioceptives des utilisateurs peuvent prédire la détection d’une illusion. Nous présentons un protocole expérimental et une méthode d’analyse pour mesurer ces sensibilités. Enfin, nous considérons à la fois des méthodes empiriques et théoriques pour étudier les illusions visio haptiques. Nous présentons les résultats de trois études expérimentales en laboratoire. Nous présentons également un modèle empirique qui fait le lien entre la tendance naturelle des utilisateurs à réaliser des trajectoires courbées et leur capacité à détecter les illusions. Enfin, nous présentons les premiers éléments théoriques vers l’élaboration d’un modèle computationnel s’appuyant sur la théorie de l’intégration sensorielle et du contrôle moteur, qui permettra de prédire le seuil de détection, mais aussi contribuera à la conception d’autres illusions.