Contribution aux techniques pour élargir l'espace moteur et l'espace visuel des dispositifs bureautiques

De
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Sous la direction de Pierre Cubaud
Thèse soutenue le 06 novembre 2009: CNAM
De nombreux travaux ont montré que, à l’origine des limitations de l’interaction bureautique, il y a un manque à la fois d’espace moteur et d’espace visuel.Cette thèse explore des moyens pour optimiser l’usage de ces espaces.D’une part, à partir du constat que l’on contrôle la position et l’orientation d’un objet par un geste naturel, cette thèse étudie les bénéfices que peut offrir une souris dotée d’un capteur de rotation. Cette < souris rotative > permet à l’utilisateur de maîtriser avec aisance trois variables continues d’une tâche informatique. Un état de l’art présente des aspects perceptifs et moteurs des actions en question et les particularités ergonomiques et techniques d’un tel dispositif. Deux techniques d’interaction - visant à faciliter des tâches métier récurrentes - sont proposées :le réglage < quasi-intégral > et la < palette satellitaire >. Par ailleurs, une évaluation expérimentale compare la performance d’une souris rotative avec celle d’une souris traditionnelle.D’autre part, ce travail se penche sur les questions de la visualisation de documents dans le contexte des bibliothèques numériques. D’abord, il examine l’apport et la faisabilité technique de l’utilisation d’un dispositif d’affichage immersif pour la navigation dans un catalogue de titres virtuel. Puis, afin de faciliter l’inspection massive d’un lot de pages numérisées, il avance des techniques de visualisation zoomables et multi-focales. Ces dernières permettent, dans une recherche d’anomalies, de saisir vite les caractéristiques visuelles de quelques centaines de pages. Et cela grâce à un va-et-vient entre la vue d’ensemble et la navigation panoramique des détails.
-Interaction 3D
-Dispositifs d’entrée
-Techniques d’interaction
-Visualisation de documents
-Bibliothèques numériques
-Dispositifs d’affichage immersif
Past research has suggested that among the reasons for the limitations of present desktop interaction style is the lack of both motor and visual space. The goal ofthis thesis is to optimize the use of such spaces. Based on the fact that one can control an object’s position and orientation through a natural movement, the first main contributioin of this thesis is to explorethe advantages of enhancing the sensing of the standard mouse througha rotation sensor. This < rotary mouse > allows one to easily control three continuous variables of a computer task. A survey presents the perceptual and motorissues of some rotary manipulations and also the technical and ergonomic requirements of such device. Two interaction techniques, aimed to simplify repetitive tasks, are proposed : the < nearly-integral selection > and the < satellite palette >.Furthermore, an experimental evaluation compares the performance of the rotarymouse with that of a standard one. The other main contribution of this work is to investigate document visualization issues in the context of digital libraries. First, it analyses the advantages and the technical feasibility of integrating an immersive display to an interface aimed to support navigation in a virtual catalog. Second, in order to inspect the quality of a batch of digitized pages, it explores some zoomable and multi-focal visualization techniques. The overview and the panoramic detail browsing enabled by such techniques try to help users, which have to identify the flaws resulted from the digitization process, to quickly grasp the visual characteristics of a large set of pages.
-3D interaction
-Input devices
-Interaction techniques
-Document visualization
-Digital libraries
-Immersive display devices
Source: http://www.theses.fr/2010CNAM0714/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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THÈSE
présentée pour obtenir le grade de
DOCTEUR DU CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET MÉTIERS
Discipline : Informatique
préparée au Centre d’étude et de recherche en Informatique du CNAM
dans le cadre de l’EDITE de Paris
Rodrigo ANDRADE BOTELHO DE ALMEIDA
Titre :
CONTRIBUTION AUX TECHNIQUES POUR ENRICHIR
L’ESPACE MOTEUR ET L’ESPACE VISUEL
DES DISPOSITIFS D’INTERACTION BUREAUTIQUE
Soutenue le 6 novembre 2009
Directeur de thèse :
M. CUBAUD Pierre Professeur au CNAM
Rapporteurs :
M. FEKETE Jean-Daniel Directeur de Recherche à l’INRIA Saclay - Île-de-France
meM HASCOËT Mountaz Maître de Conférences HDR au LIRMM - Université Montpellier II
Président du jury :
M. NATKIN Stéphane Professeur Titulaire de Chaire au CNAM
Examinateurs :
M. LECOLINET Eric Maître de Conférences à l’ENST Paris
M. TOPOL Alexandre Maître de Conférences au CNAM
tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011Remerciements
Je remercie tout d’abord Stéphane Natkin pour avoir accepté de présider mon
jury. C’est aussi grâce à la confiance qu’il m’a accordée en m’acceptant en DEA
Conception d’Applications Multimédia que j’ai pu commencer mon aventure dans
le monde de l’interaction homme-machine. Je remercie mon directeur de thèse,
Pierre Cubaud, pour l’encadrement très attentif et disponible qu’il m’a dispensé
pendant ces années au CNAM. Son enthousiasme pour la recherche, sa transdis-
ciplinarité et son sens du dialogue m’ont inspiré et m’ont aidé à assumer et à
développer mes propres idées. Je remercie également Alexandre Topol pour la gé-
nérosité du temps qu’il a passé m’aidant à surmonter les obstacles rencontrés et
partageant son savoir avec moi.
Je remercie les membres de mon jury, Mountaz Hascoët et Jean-Daniel Fekete,
dont j’admire beaucoup les travaux, d’avoir accepté d’être rapporteurs et de la lec-
ture soigneuse qu’ils ont faite de cette thèse ; leurs remarques ont été très construc-
tives. Il en est de même pour Eric Lecolinet, qui a accepté de faire partie du jury
et qui, à plus d’une reprise, m’a fait part avec sincérité de ses impressions quant à
mes travaux de recherche.
Un grand merci aux amis qui m’ont tant aidé pendant la thèse - Thiago, Pe-
dro et Shuo-Hsiu - ainsi qu’à Fatima-zahra et à Françoise pour leur aide dans
la relecture ! Je remercie également toutes les personnes de la Bibliothèque cen-
trale du CNAM avec qui j’ai travaillé avec grand plaisir pendant le doctorat. Je
tiens à remercier plus particulièrement Mireille Le Van Ho, directrice de la biblio-
thèque, et mes collègues du CNUM : Françoise, Geneviève, Claire et Jean-Paul. Je
ne pourrais pas ne pas citer mes amis et collègues du laboratoire qui ont rendu
ce périple moins solitaire et plus enrichissant : Julien, Jérôme, Viviane, Jean-Paul,
Jean-Frédéric, José, Chen, Guillaume, Xiang Qiu, Areti, Amélie, Hélène, Nicolas,
Romain, Patrice. Mais aussi les amis en dehors du laboratoire qui m’ont beaucoup
motivé et inspiré : Silvia, Otavio, Jean-Baptiste et Vincent !
C’est enfin aux personnes de ce dernier paragraphe que je consacre mes re-
merciement les plus chaleureux. A mon frère Eduardo pour son appui moral et
pratique (je pense aux statistiques) et pour partager avec moi sa passion pour
la science. A ma compagne Anne, pour sa compréhension, pour ses nombreuses
aides qui m’ont permis d’achever cette entreprise et pour l’encouragement in-
faillible et quotidien qu’elle m’a offert pendant tout le parcours. A mes parents
pour le soutien inconditionnel qu’ils m’ont apporté depuis que j’ai décidé de pour-
suivre mes études en France. Même étant très loin, ils ont été très présents et in-
dispensables pour que ce voyage se termine bien.
iii
tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011Résumé
De nombreux travaux ont montré que, à l’origine des limitations de l’interac-
tion bureautique, il y a un manque à la fois d’espace moteur et d’espace visuel.
Cette thèse explore des moyens pour optimiser l’usage de ces espaces.
D’une part, à partir du constat que l’on contrôle la position et l’orientation d’un
objet par un geste naturel, cette thèse étudie les bénéfices que peut offrir une sou-
ris dotée d’un capteur de rotation. Cette < souris rotative> permet à l’utilisateur
de maîtriser avec aisance trois variables continues d’une tâche informatique. Un
état de l’art présente des aspects perceptifs et moteurs des actions en question et
les particularités ergonomiques et techniques d’un tel dispositif. Deux techniques
d’interaction - visant à faciliter des tâches métier récurrentes - sont proposées :
le réglage < quasi-intégral> et la < palette satellitaire>. Par ailleurs, une évalua-
tion expérimentale compare la performance d’une souris rotative avec celle d’une
souris traditionnelle.
D’autre part, ce travail se penche sur les questions de la visualisation de do-
cuments dans le contexte des bibliothèques numériques. D’abord, il examine l’ap-
port et la faisabilité technique de l’utilisation d’un dispositif d’affichage immersif
pour la navigation dans un catalogue de titres virtuel. Puis, afin de faciliter l’ins-
pection massive d’un lot de pages numérisées, il avance des techniques de visua-
lisation zoomables et multi-focales. Ces dernières permettent, dans une recherche
d’anomalies, de saisir vite les caractéristiques visuelles de quelques centaines de
pages. Et cela grâce à un va-et-vient entre la vue d’ensemble et la navigation pa-
noramique des détails.
Mots clés : interaction 3D, dispositifs d’entrée, techniques d’interaction, visua-
lisation de documents, bibliothèques numériques, dispositifs d’affichage immersif
v
tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011Abstract
Past research has suggested that among the reasons for the limitations of present
desktop interaction style is the lack of both motor and visual space. The goal of
this thesis is to optimize the use of such spaces.
Based on the fact that one can control an object’s position and orientation
through a natural movement, the first main contributioin of this thesis is to ex-
plore the advantages of enhancing the sensing of the standard mouse through
a rotation sensor. This < rotary mouse> allows one to easily control three conti-
nuous variables of a computer task. A survey presents the perceptual and motor
issues of some rotary manipulations and also the technical and ergonomic requi-
rements of such device. Two interaction techniques, aimed to simplify repetitive
tasks, are proposed : the < nearly-integral selection> and the < satellite palette>.
Furthermore, an experimental evaluation compares the performance of the rotary
mouse with that of a standard one.
The other main contribution of this work is to investigate document visualiza-
tion issues in the context of digital libraries. First, it analyses the advantages and
the technical feasibility of integrating an immersive display to an interface aimed
to support navigation in a virtual catalog. Second, in order to inspect the quality
of a batch of digitized pages, it explores some zoomable and multi-focal visuali-
zation techniques. The overview and the panoramic detail browsing enabled by
such techniques try to help users, which have to identify the flaws resulted from
the digitization process, to quickly grasp the visual characteristics of a large set of
pages.
Keywords : 3D interaction, input devices, interaction techniques, document
visualization, digital libraries, immersive display devices
vii
tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011Table des matières
1 Introduction 1
1.1 Limitations des interfaces actuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Espace moteur et espace visuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Optimiser l’espace moteur de la souris . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Elargir l’espace visuel des bibliothèques numériques . . . . 9
1.3 Contexte de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Organisation de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5 Publication associées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2 Etat de l’art de la manipulation rotative : dispositifs et aspects humains 17
2.1 Pistes pour l’exploration de la rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.1 Configurations temporelles des manipulations rotatives . . 18
2.1.2 Manipulation multidimensionnelle . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3< absolue> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.4 Les types de mouvements manuels . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.5 Analogie avec le bi-manuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2 Contrôles rotatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.1 Types de dispositifs rotatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.2 Propriétés matérielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.3 Mappings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3 Les périphériques d’entrée rotatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.1 Caractériser les périphériques d’entrée manuels . . . . . . . 35
2.3.2 Les souris enrichies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.3 Les souris rotatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.4 Des interfaces graphiques rotatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
ix
tel-00555505, version 1 - 13 Jan 2011TABLE DES MATIÈRES
3 Manipulation de documents
dans un espace 3D 59
3.1 Des techniques 3D pour la gestion de fenêtres . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.1 Une correspondance directe entre dispositif et fenêtre . . . . 61
3.2 Construction d’un prototype de souris rotative . . . . . . . . . . . . 62
3.3 Une étude comparative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3.1 Hypothèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3.2 Méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.3.3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4 Conclusion et travaux futurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4 Manipulation quasi-intégrale de widgets rotatifs 81
4.1 Interaction réelle et avancée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.1 Boutons linéaires et boutons rotatifs . . . . . . . . . . . . . . 84
4.2 Réglages graphiques appauvris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.2.1 Multiplexage temporel des contrôles physiques . . . . . . . 85
4.2.2 Réglage linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.3 Une technique à trois degrés de liberté . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.3.1 Transition quasi-intégrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.3.2 Le prototype de la souris rotative . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.3.3 Premiers essais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.3.4 Un modèle à trois états . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.3.5 Visualisation des entrées et mise au point . . . . . . . . . . . 92
4.3.6 Retours de l’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.4 Travaux en perspective : sélectionner avec une grande précision . . 93
4.4.1 Espace moteur et espace graphique . . . . . . . . . . . . . . 94
4.4.2 Réglage rotatif de grande précision . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5 Une technique pour le changement d’outils à l’aide d’une palette rotative
locale 97
5.1 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.1.1 Contextes d’utilisation des palettes graphiques . . . . . . . . 99
5.1.2 Inconvénients des palettes graphiques . . . . . . . . . . . . . 100
x
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