Interactions gestuelles multi-point et géométrie déformable pour l'édition 3D sur écran tactile

Multi-touch gesture interactions and deformable geometry for 3D edition on touch screen

• Auteur / Autrice : Remi Brouet
• Direction : Renaud Blanch, Marie-Paule Cani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et informatique
• Date : Soutenance le 12/03/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Georges-Pierre Bonneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martin Hachet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Grisoni, Joaquim A. Jorge

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes virtuels (informatique)

Modélisation tridimensionnelle

Mots clés libres

Modeles 3D

Interactions

Objets virtuels

Table interactive

3D models

Interaction

Objets virtuels

Interactive table

Résumé

Interactions gestuelles multi-point et géométrie déformable pour l'édition 3D sur écran tactile: Malgré les progrès en capture d'objets réels et en génération procédurale, la création de contenus pour les mondes virtuels ne peut se faire sans interaction humaine. Cette thèse propose d'exploiter les nouvelles technologies tactiles (écrans "multi-touch") pour offrir une interaction 2D simple et intuitive afin de naviguer dans un environnement virtuel, et d'y manipuler, positionner et déformer des objets 3D. En premier lieu, nous étudions les possibilité et les limitations gestuelles de la main et des doigts lors d'une interaction sur écran tactile afin de découvrir quels gestes semblent les plus adaptés à l'édition des environnements et des objets 3D. En particulier, nous évaluons le nombre de degré de liberté efficaces d'une main humaine lorsque son geste est contraint à une surface plane. Nous proposons également une nouvelle méthode d'analyse gestuelle par phases permettant d'identifier en temps réel les mouvements clés de la main et des doigts. Ces résultats, combinés à plusieurs études utilisateur spécifiques, débouchent sur l'identification d'un patron pour les interactions gestuelles de base incluant non seulement navigation (placement de caméra), mais aussi placement, rotation et mise à l'échelle des objets. Ce patron est étendu dans un second temps aux déformations complexes (ajout et suppression de matière ainsi que courbure ou torsion des objets, avec contrôle de la localité). Tout ceci nous permet de proposer et d'évaluer une interface d'édition des mondes 3D permettant une interaction tactile naturelle, pour laquelle le choix du mode (navigation, positionnement ou déformation) et des tâches correspondantes est automatiquement géré par le système en fonction du geste et de son contexte (sans menu ni boutons). Enfin, nous étendons cette interface pour y intégrer des déformations plus complexe à travers le transfert de vêtements d'un personnage à un autre, qui est étendu pour permettre la déformation interactive du vêtement lorsque le personnage qui le porte est déformé par interaction tactile.

Multi-touch gesture interactions and deformable geometry for 3D edition on touch screen: Despite the advances made in the fields of existing objects capture and of procedural generation, creation of content for virtual worlds can not be perform without human interaction. This thesis suggests to exploit new touch devices ("multi-touch" screens) to obtain an easy, intuitive 2D interaction in order to navigate inside a virtual environment, to manipulate, position and deform 3D objects. First, we study the possibilities and limitations of the hand and finger gestures while interacting on a touch screen in order to discover which gestures are the most adapted to edit 3D scene and environment. In particular, we evaluate the effective number of degrees of freedom of the human hand when constrained on a planar surface. Meanwhile, we develop a new gesture analysis method using phases to identify key motion of the hand and fingers in real time. These results, combined to several specific user-studies, lead to a gestural design pattern which handle not only navigation (camera positioning), but also object positioning, rotation and global scaling. Then, this pattern is extended to complex deformation (such as adding and deleting material, bending or twisting part of objects, using local control). Using these results, we are able to propose and evaluate a 3D world editing interface that handle a natural touch interaction, in which mode selection (i.e. navigation, object positioning or object deformation) and task selections is automatically processed by the system, relying on the gesture and the interaction context (without any menu or button). Finally, we extend this interface to integrate more complex deformations, adapting the garment transfer from a character to any other in order to process interactive deformation of the garment while the wearing character is deformed.