Conception collaborative en réalité augmentée : mise en oeuvre de vues multiples et de versions parallèles de l'espace de conception

Collaborative Design in Augmented Reality : Supporting multiple views and parallel versions of the design space

• Auteur / Autrice : Arthur Fages
• Direction : Cédric Fleury, Teophanis Tsandilas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 11/04/2023
• 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 interdisciplinaire des sciences du numérique (Orsay, Essonne ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Informatique et sciences du numérique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Anastasia Bezerianos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ferran Argelaguet Sanz, Géry Casiez, Morten Fjeld
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ferran Argelaguet Sanz, Géry Casiez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Communication par vidéoconférence

Télétravail

Interaction humain-machine

Travail collaboratif

Réalité augmentée

Mots clés libres

Réalité augmentée

Collaboration

Interaction Humain-Machine

Augmented reality

Collaboration

Human-Computer Interaction

Résumé

La collaboration est un aspect essentiel du processus de conception. Au cours de ses premières phases, plusieurs concepteurs se réunissent pour partager leurs connaissances et leur expertise afin de résoudre les problèmes de conception. Ils génèrent, évaluent et comparent de nouvelles idées pour trouver les meilleures solutions possibles. Les technologies de réalité augmentée (RA) peuvent rendre ce processus encore plus efficace en fournissant des outils de création numérique 3D qui superposent un contenu virtuel 3D aux objets physiques. Ma thèse explore comment les technologies de RA peuvent améliorer les tâches de conception collaborative. Bien que les systèmes de RA imposent d'ancrer le contenu virtuel dans le monde réel, je m'intéresse à élargir les limites de la conception d'interaction au-delà de ce qui est possible dans le monde physique. Pour cela, j'étudie cette approche dans des situations de collaboration co-localisée et à distance. Lorsque les concepteurs sont co-localisés dans un même environnement de RA, ils partagent le même espace physique. Toutefois, cela peut s'avérer problématique lorsqu'ils souhaitent explorer rapidement de nombreuses idées car ils risquent d'occuper le même espace et de se déranger mutuellement. De plus, le fait d'avoir ses créations visibles par les autres peut être une source d'inhibition. Pour surmonter ces limites, je propose un cadre conceptuel qui permet à plusieurs versions du contenu virtuel de coexister dans des espaces virtuels parallèles. Les concepteurs peuvent ainsi désynchroniser partiellement ou totalement leur environnement virtuel pour générer leur propre contenu, puis le synchroniser à nouveau pour partager ce contenu avec d'autres. Cela leur permet d'explorer plusieurs conceptions alternatives de manière indépendante tout en comparant leurs idées avec celles des autres. J'illustre cette approche avec un scénario dans lequel deux concepteurs dessinent une robe virtuelle en 3D sur un mannequin de couture physique. Les concepteurs sont également amenés à travailler à distance. Les outils de vidéoconférence peuvent faciliter ce type de collaboration et sont devenus extrêmement populaires pendant la pandémie de COVID-19 mais ils reposent principalement sur le point de vue d'une seule caméra. Ils ne donnent pas aux utilisateurs la liberté d'inspecter l'espace de travail distant car la position de cette caméra dans l'espace est généralement fixe ou non contrôlable. Des recherches antérieures dans le domaine de l'Interaction Humain-Machine (IHM) ont exploré l'utilisation de reconstruction 3D pour aller au-delà des outils reposant sur la vidéo. Cependant, ces techniques peuvent être complexes à mettre en place, nécessitent une acquisition de grande qualité et un réseau avec une large bande passante. Pour explorer des alternatives à la reconstruction 3D, j'étudie des solutions basées sur des représentations vidéo augmentées et virtuelles avec différents points de vue. J'étudie d'abord les compromis qui peuvent exister entre une vue augmentée à la première personne, une vue augmentée à la troisième personne et une vue entièrement virtuelle. Je présente ensuite ARgus, un système de communication vidéo multi-vues combinant ces trois vues et des outils interactifs de navigation, de prévisualisation, de pointage et d'annotation. J'étudie ensuite comment 12 participants ont utilisé ARgus pour communiquer des instructions à un utilisateur en RA afin de placer des meubles physiques miniatures dans une maquette virtuelle de maison. Les résultats suggèrent qu'ARgus offre une certaine flexibilité, permettant aux utilisateurs distants de vérifier plus efficacement les contraintes spatiales et réduisant leur besoin d'avoir recours à des instructions verbales. Enfin, je discute les limites de ces approches. Je propose ensuite des remarques générales sur la conception d'interaction dans les environnements de RA et suggère des opportunités pour des travaux de recherche futurs.

Collaboration is a key aspect of the design process. During the early stages, multiple designers come together to share their knowledge and expertise to solve design problems. They generate, evaluate, and compare new ideas to find the best possible solutions. Augmented Reality (AR) technologies can make this process even more effective by providing 3D digital creation tools that overlay 3D virtual content on top of the physical objects.My dissertation explores how AR technologies can enhance such collaborative design tasks. Although AR systems can present challenges due to the need to anchor virtual content to the real world, I focus on expanding the boundaries of interaction design beyond what is possible in physical world. To achieve this goal, I investigate this approach in co-located and remote collaborative situations.When designers are co-located in a same AR environment, they share the same physical space and objects. However, this can be problematic when they want to quickly explore many ideas, as they may compete for space and disturb each other. In addition, seeing each other's creations may be a source of inhibition.To overcome these limitations, I propose a conceptual framework that allows multiple versions of the virtual content to coexist in parallel virtual spaces. Designers can thus partially or fully desynchronize their virtual environment to generate their own content and then synchronize it again to share their content with others. With this framework, they can explore a range of design possibilities independently while also comparing their ideas with others. To illustrate this approach, I present a scenario where two designers sketch a virtual dress in 3D on a physical sewing mannequin.Designers are also required to work remotely in many different situations. Video conferencing tools can assist such collaborative scenarios and became extremely popular during the COVID-19 pandemic. These tools mainly rely on a single-camera viewpoint, which does not give users the freedom to inspect the remote workspace since cameras are usually fixed in space or their positioning is out of users' control. Previous research in human-computer interaction (HCI) has explored the use of 3D reconstruction to go beyond video-mediated tools. However, these techniques can be complex to set up, and require high-quality acquisition and a large network bandwidth.To explore alternatives to 3D reconstruction, I investigate solutions that rely on complementary augmented video or virtual representations, as well as different viewpoints. I first study the trade-offs between an augmented first-person view, an augmented third-person view and a fully virtual view. I then introduce ARgus, a multi-view video-mediated communication system that combines these three views through interactive tools for navigation, previewing, pointing, and annotation. I report on a second user study that observes how 12 participants used ARgus to give instructions to an AR user for arranging miniature physical furniture in a virtual house model. The results suggest that ARgus offers flexibility, allowing remote users to verify spatial constraints more efficiently and reducing their need for verbal instructions.Finally, I discuss the limitations of the chosen approach, which involves expanding the boundaries of interaction design beyond what is possible in the physical world. I then propose general considerations for interaction design in AR environments and suggest opportunities for further investigations.