Techniques d'interactions mixtes isotonique et élastique pour la sélection 2D et la navigation / manipulation 3D

Isotonic elastic hybrid interaction for 2D and 3D navigation / manipulation

• Auteur / Autrice : Qing Pan
• Direction : Christophe Chaillou, Géry Casiez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation et analyses avancées
• Date : Soutenance le 19/12/2008
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces utilisateur (informatique)

Ergonomie cognitive

Réalité virtuelle

Évaluation

Interaction humain-machine

Manipulation

Ordinateurs -- Équipement d'entrée-sortie

Mots clés libres

Interfaces haptiques

Retour d'effort

Navigation (informatique)

Résumé

Le développement de interaction homme-machine aide les utilisateurs à travailler de manière plus efficace. Les technologies traditionnelles ne peuvent plus satisfaire les nouveaux besoins des applications variées. Enenvironnement 2D WIMP, les périphériques d'entrée isotonique combinés avec un contrôle en position tels que les souris ou touch-pad, souffrent de débrayages qui prennent du temps et rendent l'interaction moins lisse. C'est pire encore lors de l'utilisation d'un petit périphérique avec un grand écran. Les interactions 3D attirent l'attention de nombreux chercheurs. Toutefois, les techniques existantes qui permettent à la fois la navigation et de manipuler les objets ne sont pas naturelles ni suffisamment efficaces pour être totalement acceptées par les utilisateurs. De nouveaux périphériques d'entrée et des techniques d'interaction doivent être proposées afin d'améliorer la qualité de l'interaction. Dans cette thèse, nous proposons deux périphériques d'entrée composés d'une zone isotonique avec un contrôle en position et une zone élastique avec un contrôle en vitesse; La première méthode RubberEdge est une méthode en 2D pour réduire le débrayage et la seconde méthode Haptic Boundary est une méthode 3D qui rend plus efficace les manipulations d'objets et l'exploration de l'environnement virtuel. Pour RubberEdge, nous avons adopté la simulation de rotation d'un disque et un traitement mathématique dans sa fonction de transfert pour garantir un passage lisse du contrôle en position au contrôle en vitesse. Une évaluation d'une tache de sélection en 2D a été réalisée. Le résultat a montré que RubberEdge est 20% plus performant que le contrôle en position. Nous avons ensuite proposé deux modèles prédictifs pour le temps de sélection pour le contrôle en position ainsi que le contrôle hybride de RubberEdge. Nous avons présenté également une mise en oeuvre de RubberEdge pour ordinateur portable. Haptic Boundary permet des manipulations d'objets précises dans sa zone isotonique et la manipulation de la caméra sur sa paroi. Deux types de retour d'effort ont été adoptés pour fournir des mouvements de caméra plus riches et pour éviter un passage de mode explicite qui pourrait augmenter la charge mentale des utilisateurs. La taille et la forme de la zone isotonique ont été choisies avec soin afin de maximiser les avantages du contrôle en vitesse de deux types de retour d'effort. Une évaluation de la tache du montage d'une voiture virtuelle est réalisée. L'expérience a montré que Haptic Boundary est 50% plus performant que l'interface uni-manuelle avec un changement du mode explicite. Après analyse des résultats, un mode d'inspection en orbite est mis en place pour améliorer l'usage de l'Haptic Boundary.

The development of human-computer interaction technologies help people to work more efficiently. Meanwhile, traditional technologies could not fulfill the new born requirements in diverse situations. ln 2D WIMP environment the popular isotonic position control device, such as mouse, touch pad, suffers from clutching which is time-consuming and makes the interaction less smooth. lt is getting worse when using a small input device to interact with a larger screen. 3D interactions attract attentions of many researchers. However, the existing techniques allowing both object and view manipulations are not natural or efficient enough to be totally accepted by users. New input devices and corresponding interaction techniques should be proposed to improve the interaction quality. ln this thesis, we propose two techniques based on isotonic-position and elastic-rate control spaces: 2D RubberEdge for reducing the clutching and 3D Haptic Boundary for efficient object manipulations and exploration in VE. For RubberEdge, we adopted a simulation of the ration of a disc, and a mathematical treatment in its mapping function to guarantee a smooth switch between position and rate control. An evaluation of a 2D selecting task was performed. The result showed that RubberEdge outperforms position-only control by 20%. We then proposed two predictive models for selection time with position-only control and with the hybrid control of RubberEdge. We also presented the first RubberEdge prototype for laptop touchpad. Haptic Boundary allows precise object manipulations inside its isotonic zone and camera manipulation on its boundary. Two kinds of force feedbacks were adopted to provide richer camera motions and to avoid the explicit mode switch which greatly increases user's mentalload. The shape and size of isotonic zone is carefully chosen to maximize the benefit of the rate control with both two force feedbacks. An evaluation of car assembling task was performed. The result showed that Haptic Boundary outperformed the unimanual interface with explicit switch by 50%. After analyze the experiment result, the orbiting inspection is combined to enhance the applicability of Haptic Boundary.