Vers un modèle unifié de la présence spatiale et de ses facteurs : application à l’étude de la téléprésence en environnements immersifs

Towards a unified model of Spatial Presence and its factors : application to the study of Telepresence in immersive environments

• Auteur / Autrice : Nawel Khenak
• Direction : Patrick Bourdot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 27/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique pour la mécanique et les sciences de l'ingénieur (Orsay, Essonne ; 1972-2020)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Daniel Mestre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Burkhardt, Jeanne Vézien, Frank Biocca, Wendy Mackay, Sue Cobb
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Mestre, Jean-Marie Burkhardt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Téléprésence

Conception centrée sur l'utilisateur

Réalité virtuelle

Mots clés libres

Présence Spatiale

Téléprésence

Immersion

Réalité subjective

Affordance

Expérimentation utilisateur

Spatial presence

Telepresence

Immersion

Subjective reality

Affordance

User experimentation

Résumé

La "présence spatiale" est le phénomène psycho-cognitif faisant référence à la sensation éprouvée par une personne lorsqu'elle a l'impression de se trouver physiquement dans un espace donné. A l'instar d'autres phénomènes psycho-cognitifs, aucun consensus n'a encore été atteint sur la définition ou le moyen de mesurer cette sensation. Par conséquent, cette thèse s'attèle à établir un modèle de la présence spatiale à travers la mise en lumière de ses facteurs et des outils pour mesurer son intensité. Ainsi, tout en tenant compte des nouvelles avancées technologiques dans le domaine de la Réalité Virtuelle (RV), le premier apport de cette thèse a été de décrire de manière précise les facteurs jouant un rôle dans l'émergence de la présence spatiale au travers d'un modèle conceptuel unifiant les théories existantes.Afin de pouvoir évaluer ce phénomène, il était impératif de trouver des moyens permettant de le quantifier de manière stable. Cette tâche s’avère compliquée au regard de la nature subjective de la présence : les outils les plus utilisés sont les questionnaires administrés à des utilisateurs, à l’issue d’une expérience en environnement contrôlé. Cependant d’autres outils plus objectifs existent, notamment l’analyse comportementale des utilisateurs lorsqu’ils interagissent avec l’environnement. Néanmoins, la fiabilité de ces mesures reste encore sujette à débat. Un second apport de cette thèse a donc été de mettre en place des outils de mesure de la présence spatiale fiables et valides, non seulement en combinant les approches subjectives et objectives déjà existantes, mais en proposant également de nouvelles mesures. Dans cette optique, un questionnaire de présence spatiale a été élaboré. De plus, différentes mesures comportementales ont été testées au travers d’expériences où des utilisateurs devaient accomplir certaines tâches dans différents environnements immersifs. Aussi, une attention particulière a été portée aux environnements distants qui permettent d’engendrer la sensation de « Téléprésence », cette dernière ayant été beaucoup moins étudiée que la présence en environnements virtuels. L’intérêt des environnements distants est que les actions entreprises en leur sein ont des conséquences réelles dans notre monde, ce qui n’est pas le cas des environnements générés par ordinateur dans lesquels les actions restent confinées. De ce fait, les utilisateurs ont conscience de l’impact de leurs actions dans le monde réel, ce qui peut influencer leur comportement et affecter la présence ressentie. Par conséquent, la téléprésence peut mettre en évidence des facteurs différents de ceux engendrés en environnements virtuels. De plus, la téléprésence peut être comparée à la présence « naturelle » ressentie par les utilisateurs localisés physiquement dans des environnements réels. Ce type de comparaison permet de mettre en évidence l’effet de l’utilisation des technologies sur la présence. En effet, les résultats des expériences menées, comparant la présence spatiale dans des environnements réels, distants et virtuels, ont montré une différence significative entre les environnements concernant le degré de présence spatiale ressenti ainsi que certains de ses facteurs, en particulier le « degré de réalité » accordé à l’environnement. En conclusion, les travaux menés durant cette thèse ont permis d’établir un modèle de la présence spatiale, d’analyser son lien avec différents facteurs et de mettre en place des outils pour mesurer ces derniers. Le modèle peut maintenant être exploité pour caractériser la présence spatiale dans le but d’améliorer les systèmes de RV, que ce soit en terme de performance ou de bien-être utilisateur. En particulier, la situation de pandémie de Covid-19 survenue pendant la durée de ce travail est un exemple frappant qui encourage l’étude et l’utilisation des systèmes de téléprésence.

« Spatial presence » is a psycho-cognitive phenomenon that refers to the sensation experienced by people when they feel they are physically located in a given space. This feeling has already been studied extensively. However, like other psycho-cognitive phenomena, no consensus has yet been reached on its definition or how to measure it. Therefore, this thesis attempts to establish a model of spatial presence by highlighting the factors involved in its emergence, and the tools to measure its intensity. Thus, while taking into account the new technological advances in the field of Virtual Reality (VR), the first contribution of this thesis was to describe the main factors of spatial presence gathered into a conceptual model that takes into account the existing theories. Many factors of different importance exist, the best known is the « immersion » factor. Particular attention was paid to this factor through the evaluation of spatial presence in highly immersive environments. Yet, the evaluation of spatial presence can only be done by finding stable ways to quantify it. This task proves to be complicated due to the subjective nature of the phenomenon : the most commonly used tools are questionnaires administered to users after they have completed an experiment in a controlled environment. However, other more objective tools exist, such as the behavioral analysis of users when interacting within an environment. Nevertheless, the reliability of these measurements is still open to debate. Then, the second contribution of this thesis was to find reliable and valid tools for measuring spatial presence, not only by combining the subjective and objective approaches already existing but also by proposing new measures to evaluate this phenomenon and its factors. To this end, a spatial presence questionnaire was developed. In addition, different measures based on human behavior were assessed through the conduction of experiments where users had to perform specific tasks in different immersive environments. Particular attention has also been paid to remote environments that can generate the feeling of « Telepresence », which has been much less studied than presence in virtual environments. The advantage of remote environments is that the actions in such environments have real consequences in our world, in contrast to computer-generated environments in which actions remain confined. The users’ awareness of the impact of their actions in remote environments influences their behavior, and could, therefore, affect the presence experienced. Consequently, spatial telepresence may highlight different factors compared to those generated in virtual environments. Besides, telepresence can be compared to « natural » presence experienced by users when they are physically located in real environments without any technological mediation. Such comparison allows to highlight the effect of the technologies used on the feeling of presence. Indeed, the results of the experiments conducted during this thesis, comparing real, remote, and virtual environments, showed a significant difference between the environments in the degree of spatial presence as well as in some of its factors, such as the « degree of reality » attributed to the environment. In conclusion, the work carried out during this thesis allowed developing a model of spatial presence, analyzing its relationship with several factors, and finding suitable tools to measure them. The model can now be used to characterize spatial presence in order to improve VR systems, either in terms of performance or user well-being in concrete contexts. In particular, the Covid-19 pandemic situation that occurred during this thesis is a very good example that encourages the study and the use of spatial telepresence systems.