La présence en réalité virtuelle, une approche centrée utilisateur

Presence in virtual relaity, a user centred approach

• Auteur / Autrice : Patrice Bouvier
• Direction : Gilles Bertrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 04/12/2009
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Communication, Modélisation et Simulation (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de l'Institut Gaspard Monge (1997-2009)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Bertrand, Daniel Mestre, Jacques Tisseau, Venceslas Biri, Christian Jacquemin, Isabelle Viaud-Delmon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Daniel Mestre, Jacques Tisseau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Framework (logiciel)

Perception

Technologies de l'information et de la communication

Réalité virtuelle

Mots clés libres

Réalité virtuelle

Modèle du sentiment de présence

Crédibilité

Affordance

Approche écologique

Rendu perceptif

Virtual reality

Model of the feeling of presence

Credibility

Affordance

Ecological approach

Perceptual rendering

Résumé

Nous présentons une refondation théorique de la réalité virtuelle. Celle-ci est marquée par la conviction profonde de définir la réalité virtuelle comme une expérience médiatisée capable de susciter un sentiment de présence. Ce dernier est défini comme le sentiment authentique d’exister dans un monde autre que le monde physique où le corps se trouve. Nous proposons un éclairage nouveau et global sur le sentiment de présence. Cet éclairage consiste en une approche unifiée de la présence prenant en compte des considérations technologiques, psychologiques et écologiques. Nous avons élaboré un modèle qui identifie les processus menant au sentiment de présence. Selon notre modèle, deux phases inconscientes de jugement conditionnent l’émergence de la présence. Le premier jugement concerne la crédibilité de l’environnement, celle-ci dépend de la satisfaction des attentes intellectuelles et perceptives de l’utilisateur. Le deuxième jugement vise la crédibilité de l’expérience. Nous considérons que ce jugement est positif si un maximum des affordances perçues dans l’environnement est assumé, c’est-à-dire réalisable par l’intermédiaire des schémas d’interaction proposés à l’utilisateur. Nous avons mené une phase d’expérimentations pour valider la pertinence et la cohérence de notre modèle. Notre modèle a de multiples implications. Nous considérons par exemple qu’il peut constituer une grille d’analyse intéressante pour les jeux vidéo. De plus, il incite les concepteurs d’applications en réalité virtuelle à penser en terme d’affordances. Ce dernier point implique donc de faire entrer l’utilisateur très tôt dans la boucle de conception de l’application. Notre vision globale de la réalité virtuelle et de la présence a été mise en pratique notamment lors de la conception de dispositifs de réalité virtuelle transportables et à bas coûts. Sur la base de ce cadre théorique nous présentons un framework de conception d’applications en réalité virtuelle. Puisque l’objectif est la crédibilité et non le réalisme, nous nous intéressons à la réalité perçue de l’environnement et non pas à sa réalité physique. C’est pourquoi, le point de départ de notre framework consiste en un socle de connaissances sur la cognition humaine. Cette base de connaissances sert de vivier d’idées pour les quatre piliers sur lesquels peut s’appuyer le concepteur d’applications en réalité virtuelle. Ces piliers sont l’immersion, l’interaction, les émotions et un quatrième regroupant la boucle sensori-motrice et la multimodalité. Concernant le pilier immersion nous proposons un nouvel algorithme pour le calcul de la réverbération sonore dans un environnement complexe et dynamique. Notre méthode repose sur l’algorithme existant du lancer de frustum mais propose deux optimisations. La première exploite le socle de connaissances sur la cognition humaine pour déterminer une sphère d’acuité sonore. Celle-ci nous sert de cadre pour lancer les frusta depuis l’auditeur et non depuis les sources sonores. Cette deuxième optimisation réduit le nombre de calculs

We present a new theoretical context for virtual reality: virtual reality is defined as a mediated experience which is able to generate a feeling of presence. The latter is delimited as the genuine feeling to exist in a different world than the physical world where the body is located. We propose a new and comprehensive light on the feeling of presence through a unified approach of presence with technological, psychological and ecological considerations. We have developed a model which explains the processes leading to presence. According to our model, two unconscious stages of judgment govern the emergence of presence. The first judgment refers to the credibility of the virtual environment. The latter depends on the satisfaction of intellectual and perceptual user’s expectation. The second judgment deals with the credibility of the experience and is positive if most affordances perceived in the virtual environment are taken up, that means achievable with the interaction schemes offered to the user. We have conducted a study to assess the relevance and the consistency of our model. This model has some interesting repercussions like to be an analytical grid for video games. Moreover, it suggests to virtual reality developers that they should think in terms of affordances. This last idea involves to take into consideration the user very early in the design loop of the virtual reality experience. Our whole conception of virtual reality and presence has been put in practice during the design of low-cost ans easily transportable virtual reality systems. Based on this theoretical content we introduce a virtual reality application framework. Since the objective is the credibility, and not the realism of the environment and of the experience, we take an interest in the perceptual reality and not in its physical reality. This is why the starting point of our framework is a knowledge base on human cognition. The latter act as an idea pool for the four inter-related technical and psychological pillars upon which virtual reality developers can lean on. These pillars are immersion, interaction, emotions and a fourth one including the sensori-motor loop and the multimodality. Concerning the immersion pillar we introduce a new algorithm to compute sound reverberation in complex and dynamic virtual environment. Our method relies on the existing algorithm called frustum tracing but we provide two optimizations. The first one makes the most of the knowledge base on human cognition in order to work out a sphere of sound acuity. This information acts as a template in order to shoot the frusta from the listener and not from sound sources. This second optimization reduces the number of computations