Définition d’ un Modèle d’ Interaction pour une Interface ...web.imt- ?· trois dimensions pour…

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  • Dfinition dun Modle dInteraction pour une Interfacede Travail tridimensionnelle partir dExprimentations

    Cdric DumasLIFL

    btiment M3cit scientifique

    59 655 Villeneuve dAscqcedex, France

    dumas@lifl.fr

    Patricia PlnacosteCUEEP

    Btiment B6cit scientifique

    59 655 Villeneuve dAscqcedex, France

    Patricia.Plenacoste@univ-lille1.fr

    Christophe ChaillouLIFL

    Btiment M3cit scientifique

    59 655 Villeneuve dAscqcedex, France

    chaillou@lifl.fr

    RESUMENous avons labor un nouvel espace de travail virtuel,qui utilise une reprsentation 3D. Il intgre facilementdes documents 3D ou 2D. Linteraction se doit dtresuffisamment gnrique pour que les participants larunion puissent manipuler nimporte lequel de cesdocuments. A partir des possibilits de la synthsedimages temps rel, des aptitudes des utilisateurs agiren trois dimensions dans un environnement virtuel etdexprimentations, nous avons dfini un modledinteraction conjointement lorganisation spatiale delespace de travail. Ces exprimentions, au nombre detrois, ont t conduites pour llaboration de notremodle. La premire tudie la structuration du champvisuel et la performance motrice. Les rsultats montrentque le contexte visuel influence la performance motrice.La seconde tudie les indices perceptifs pertinentspermettant le guidage en fonction du type dupriphrique utilis. Les rsultats indiquent unesupriorit du priphrique isotonique et la pertinencede l'ombre pour guider l'action. La dernire se centre surl'influence de la forme de l'ombre pour la russite del'action. Les rsultats obtenus suggrent que la formeagit comme une affordance d'action.Notre environnement est donc constitu dun ensemblede rgles, qui limitent la navigation. Laccent a t missur linteraction, base sur la manipulation directe deux mains, lutilisation de deux priphriques 3D(isotonique et isomtrique), de mtaphores simples,dindices perceptifs significatifs, en cherchant tre leplus intuitif possible.

    MOTS CLES : interface 3D, interaction 3D, interactionmutimodale, valuation, contexte visuel, affordanced'action.

    INTRODUCTIONNous travaillons sur la dfinition dun modledinterface 3D (SpIn) pour le travail coopratifsynchrone assist par ordinateur (Figure 1). Il permet decrer des runions virtuelles, o plusieurs utilisateurs

    distants sont connects ensemble, chacun devant samachine, en partageant un ensemble de documents. Ladfinition de ce nouvel espace de travail sest faite entrois dimensions pour faciliter lorganisation desdocuments et la comprhension de lactivit [7]. Uneanalyse des problmatiques de linteraction 3D(premire partie) et des exprimentations sur certainspoints (seconde partie) nous ont permis de dfinir unsystme dinteraction relativement gnrique, que nousdcrivons dans la dernire partie.

    Figure 1 : une vue de SpIn avec deux clones, leurstlpointeurs et des documents, dont un document 3D

    (lappareil photo) en transparence sur la tableLES ENVIRONNEMENTS 3DLa conception dapplications interactives utilisant troisdimensions pour la reprsentation de lespace de travailse heurte un certain nombre de problmes lis latroisime dimension, problmes techniques mais surtouthumains. Le choix de priphriques adapts linteraction sur des objets 3D est dterminant. Nousallons donc commencer par une brve description desdiffrents types existants.PriphriquesChaque problme possde son priphrique adapt. Ondiffrencie les priphriques dentre 3D [9] quipermettent lacquisition de donnes en trois dimensionssuivant trois types :- les priphriques isomtriques, qui possdent unersistance infinie (comme les trackballs 3D),

  • - les priphriques isotoniques, qui bougent librementpendant le mouvement de lutilisateur (comme lescapteurs de position),- les priphriques lastiques, auxquels on applique uneforce qui varie en fonction du dplacement.Lvolution des priphriques 2DPour ce qui est de linteraction directe, les utilisateursdevenant vite des experts du maniement de la souris, ilpourrait tre souhaitable den profiter pour les faire agiren trois dimensions. Dans cette optique, des solutionsont t dveloppes comme la Roller Mouse [23] ou laRockinMouse [1]. Dautres priphriques plusoriginaux voient le jour pour le grand public comme laSpaceOrb 360 de Spacetec ou le capteur ultrasonsFreeD de Pegasus.bilanLa diversit des types de priphriques ont permisdtudier les spcificits de chacun [27]. Lesisomtriques fonctionnent mieux dans les modes decontrle de taux (robotique), alors que les isotoniquessont plus adapts aux modes de contrle de position.Interaction 3D avec des priphriques 2DLes tudes sur la manipulation dobjets 3D la sourisont permis de dvelopper de nombreuses solutions [5][8] dans des applications contenant des objets 3D. Lamanipulation se fait travers un widget 3D (nous nousrfrons la dfinition de Brookshire [3]). Cest unpriphrique virtuel qui apparat en gnral sur lobjet(figure 2Figure 2).

    Figure 2 : un widget de translation d'Open InventorMais il ne s'agit pas d'interaction directe sur ledocument lui-mme, elle est dtourne travers unautre objet ce qui peut rendre linteraction moinsintuitive et moins pratique. Hinckley [11] a ralis unetude sur la rotation d'objets 3D qui montre la meilleureefficacit des priphriques 3D (des capteurslectromagntiques type Polhemus en l'occurrence) parrapport des priphriques virtuels manipuls lasouris (l'Arcball [21] et la sphre virtuelle [5]).Interaction 3DNous dfinissons la navigation comme les dplacementsde lutilisateur lintrieur de lespace 3D, ce qui setraduit par des changements de point de vue sur lascne. Linteraction, quant elle, correspond auxactions de lutilisateur dans la scne, qui manipule desobjets sans changer de point de vue global sur cettedernire. Ces deux lments, navigation et interaction,

    sont lis car on doit pouvoir se dplacer pour agir danslinterface. Mais la troisime dimension pose desproblmes comme celui du positionnement ou de ladirection du point de vue de lutilisateur. En fait, il fautgrer les limites de sa perception pour ne pas ledsorienter - fortiori dans notre interface de travail ole point central nest pas la navigation traverslinterface, mais la tche quon y effectue.PointageWare [25] a montr que le placement approximatifdobjets en trois dimensions devenait trivial avec leurcapteur de position 3D The Bat, compar la souris.Une tude de Driver [6] qui compare un trackball 3D,une souris et un capteur de position 3D dans une tchede pointage dobjet, rvle la supriorit du capteur 3D.Les utilisateurs font moins derreurs de perception entrois dimensions grce au retour dinformationkinesthsique. Zhai [28] montre que les priphriquesisotoniques sont les plus intuitifs et les plus rapides matriser. Hinckley [10] suggre partir de lanalysedes travaux dYves Guiard que les dplacements dunpriphrique dans un espace fix (sans configurationpossible) diminuent lefficacit de lutilisateur.Les capteurs de position 3D sont donc intressants pourle pointage dobjet, mais cela pose des problmes deperception des mouvements entre lespace rel etlespace virtuel [23].SlectionYoshimura [26] justifie lutilisation de la manipulationdirecte en 3D en reprenant la dfinition deSchneiderman [20]. Il utilise pour son systmedinteraction 3D un pointeur 3D se terminant par unrayon qui traverse les objets dans laxe du pointeur(technique du ray casting). On utilise dans ce caslorientation du capteur 3D plutt que sa position. Lamthode classique consistant slectionner lobjet unefois que le pointeur (i.e. le capteur de position 3D) estdirectement positionn dessus.Interaction deux mainsKabbash [13] met en avant les applications pourlesquelles lutilisation des deux mains est positive, etnapporte pas une charge cognitive supplmentaire pourlutilisateur. En effet, il a constat que lutilisation desdeux mains peut tre pire que celle dune seule si lesapplications assignent une tche indpendante chaquemain. Cependant, cela permet aussi dans certains cas desadapter beaucoup plus rapidement, daller plus vite linformation ou de manipuler plus facilementlinterface.Indices perceptifsIl sagit dun retour dinformations visuelles. Lasynthse dimage temps rel nous permet de crerfacilement des images dobjets 3D clairs. Les effetsdombrage sont une premire information essentielle la perception de la profondeur. Lautre indiceindiscutable est la projection en perspective des objets

  • 3D ( comparer une projection orthogonale). On peutensuite utiliser dautres indices visuels statiques oudynamiques, comme lombre porte du pointeur3D [12]. Mais Wanger [24] a montr que les indicesperceptifs dune interface 3D dpendent aussi de latche effectue. Le but est de donner les bonnesinformations sans surcharger linterface. Il sagit doncde dfinir le type de rendu que lon veut en fonction desobjectifs de lapplication vise mais aussi des tcheslmentaires effectuer, cest--dire de la perceptionqua lutilisateur de ce quil fait.Une autre forme de retour dinformations utile est leretour dinformation tactile. Daprs Burdea [4], ilpermet une sensation dimmersion impossible galeravec uniquement un retour visuel. Lauteur analyse lemanque de solution matrielle approprie dans lecommerce par la difficult technologique du dispositif,due en partie aux exigences et la complexit duphnomne simuler : le toucher (des doigts).A partir des rsultats que nous venons de rappeler, nousavons ralis des exprimentations sur des pointscritiques de linteraction 3D.EXPERIMENTATIONDans le cadre de la conception dinterfaces 3D, il a tmontr que les utilisateurs prouvaient des difficults localiser des objets virtuels en profondeur lors de tchesd'interactions directes tels que la slection, ladsignation, la manipulation d'objet. Pour pallier cesdifficults, nous avons choisi de mener des tudesexprimentales.Exprience 1 : Etude de la structuration d'une scnevisuelle sur la prcision du mouvement en situationrelle.Lors de la conception d'environnement virtuel se posetrs souvent l