Réalité augmentée haptique : théorie et applications, Haptics augmented reality : theory and applications

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Sous la direction de Abderrahmane Kheddar
Thèse soutenue le 07 décembre 2007: Evry-Val d'Essonne
Dans cette thèse, nous introduisons le concept de Réalité Augmentée Haptique (RAH) en définissant une taxonomie à deux axes. Le premier dénommé Haptique Augmentée (HA) représente l’ensemble des applications qui modifient/augmentent une donnée haptique existante. Le second axe, appelé Augmentation Haptique (AH), considère les applications qui utilisent la modalité haptique pour fournir une information supplémentaire à l’utilisateur. Par la suite, nous illustrons ces concepts sous forme d’une application de télé-diagnostic, permettant l’exploration d’un objet mixte, composé de parties réelles et virtuelles, ou la comparaison entre un objet réel et un virtuel ; d’un nouvel algorithme pour l’enseignement d’un chemin par guidage haptique, tout en évitant les problèmes de passivité et de dépendance de l’apprenti ; et de l’emploi de ces deux notions dans une application de peinture virtuelle sur un quelconque objet réel (avec croisement d’augmentations visio-haptique), le tout enrichi d’un processus visuel de Réalité Diminuée.
-Taxonomie
-Exploration Mixte
This thesis introduces the concept of Haptics Augmented Reality (HAR) defining a taxonomy of two concepts. The first called Enhanced Haptics (EH) consists in applications that enhance/modify/… an existing haptic data. The second concept, named Haptic Enhancing (HE), considers applications using the haptic channel to provide additional information to the user. Thereafter, these concepts are illustrated as a tele-diagnosis application, enabling the exploration of a mixed object, composed of real and virtual parts, or the comparison between a real object and a virtual one; as a new algorithm of haptic guidance dedicated to path teaching scenarios, avoiding the problems of passivity and dependence of he apprentice; and the use of these two concepts within a application of virtual painting onto any real object, enriched with a visual Diminished Reality process.
-Taxonomy
-Mixed Exploration
Source: http://www.theses.fr/2007EVRY0035/document

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Langue Français
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hTH?SEChailloupr?sen?t?ei?Ing?nieurL'UNIVERSIT?CR-HdRD'M.?ExaminateurVRdeYVJacqALorteurD'ESSONNEExaminatricepardeBenjaminesBAvYKheddarARCNRSTAlanpotalourTisseauobtenirBrestleMarie-Odiledipl?meINRIA,deChristophDOCTORAUnivTIDE-YL'UNIVEMcFRersit?SIT?alD'?VRAbYVdeALheD'ESSONNEirecteuSp?se?cialit?v:hezR?alit?InVirtuelleuesR?alit?ProfesseurAl'ENIB,ugment?eRappHaptiqueM.:Bergerth?orieLORIAetVillersapplicaM.tionseSoutenancProfesseureersit?prLille?vueExaminateurleJean7vd?DidiercUnembrved'?2007ry-VJURd'EssonneYM.M.derrahmaneAnDirecteurdr?RecCrosnierercProfesseurau?Dl'univrersit?thMonM.tpSaellieraryIcITRappImmersionorteurvit?M.2tique,Remerciementsm'aJeetiensdetoututilisand'abenordour?eilleuseremercierA.PgrandemennonthmonIBISC,directeurvdeexprimerth?seeAbldederrahmpr?cieuseanegrandeKhed-A.Drif,dar,d'autrespaourl'ensemm'aourvn?cessairesoirplusaccAnnieueilr?gionlideaugrandseinm'ondet,sont?quipEurohapticsepetexpm'aorkvnformatique.oiralbilaiss?i,uneB.Magnaincourhancelesdedanstram?me,vbresaillervsuronibilit?unlesdomaine?quioudraismettienailtailleurs,?oc?ur.qui,Lorsoertdeencesantroisfamilleann?espar-dicilesetmaistrois?panouissanmontes-,tilenaconf?rer?ussiainsi?cmesonconseillerorsetta-?lem'aiguietll?ensurn'oublieraisunMademoisellesujetMessieursdePth?se,qu'ilua,m'abspncore?cialemenbtepropqueos?ons,onetair.men'oublieraistransmettredessonlabplaisiourraccueilli,?difairepdeoirlayrecourhercmonhe.JeJeparremerciec?galemensecretairettraJean-Y:vPessouhaiteDi-madier?qui,rancprenanlatDEA,leptraintinenFinalemencours,am'atout,grandemen?tmaaid?epr?confortoursoutencompl?tertoutmesdetraconvparall?leaux,ertureainsimonqueersonnelpcial.ourplaceseslaconseilsnceet2006;saquedispoonibilit?hevillelorsourdeaidelalredesl?rimenetionscturetdeframewceI-TOUCHmansauscrit.connaissanceJeitiensJeaussipas?plusremercierN.TleteJ.Citerin,sH.Arioui,mem.JolbresN.SeguyduL.NJuryhao:S.Delarue,Andr?etCrosniereaucoupeteJacquespTisseauleurquionneonumeurttaccept?discussionslanouslvoureuesdemt?cbureauhepleindeDebienjevpasouloirblerappmemorterdumonoratoiremanpuscritm'aetoird'ypappleurorterspleuretconnaiourssancvefounietmoleurensexppertise,menerMarie-OdilebienBergertraetail.ChristophevChaillounirpremercierourqueahaleureusemenvnotreoirpaccept?sond'?trevexaminateurs,remarquableainsiMmequePlaza-Thierno.AlanarSajevaussiarytouteenrectannnaissancetlaqueIle-de-Frepr?senetan?tsuitedumonmondem'adelal'enossibilit?treprise.conUnuergrandth?se.mercit,?ttoutevl'?quipteunRmerciVmapetourmervm'afemmvqui,oirleur?paul?quotidien,ptendanutcomprislesaumomenongtscesdicilesann?es,ettribuanenenparticulier?MrouvM.Hatabscienet?B.Lemercier?panouissemenppendanetsolamise4.T.able.des.mati?res.Remerciemendets.3.In.tro.duction.1.7.1..EtHaptiqueatd'augmende.l'Art.21.1.146Infonctionnelletrostduction........2.4.t?e.Haptic.....0.Augmen.....tes...hnologique............augmen...El?men...application..................21.1.2.Latesr?alit?.augmenmt.?e.visuelleR.2.1.........T.......2.2.1.......de.....47.......des.p.Etendre....22.1.2.1.D.?nitio.n.de.la.r?alit?.augmen55t?.e....2.3.4.......Haptique.....57.......Augmen.....Enhanced...59..22.1.2.2.D.omvaines.et.applications.de.l'augmen44tationalvisuelleHaptique.tro................23451.2.3miesLeslav.errous.de.la.R.A.visuelleaxonomie.............T.mixtes...........T.............2.2.425e1.3nL'haptiqued?nir.52.c.Augmen.........54.et.............2.3.2.RA.............Ajout...............dication....28.1.3.1.Br.ef.historiqueAugmen.RAH...........L'haptique.............58.haptique.-AH.....58.t?e.-.......Applications........28.1.3.2.Asp.ect2.5.1phdeysiologiqueu.haptique.................2..?.it?.t?e.45.In.duction....................29.1.3.3.I.n.terfaces.ma.t?.riell2.2eaxonosexistan.de.RA.......................46.T.tec....................30.1.3.4.D2.2.2omaxonomieainessyst?mesd'applications......................2.2.3.axonomie........................33501.3.5UtilisationLestaxonomiesprobl?mesxiinh?renatstesauourd?vl'haptiqueeloppt?eemen2.3tlehaptiqueoncept.R?alit?.t?e..............35.1.4.App2.3.1orttspassifNotationset.RA.m.ultimo.dale................54.Une.de........................37.1.4.12.3.3L'appd'informationort.d'une.mo.dalit?....................56.Mo.d'information.......................5737R?alit?1.4.2t?eLa:pseudo-haptique.et.l'hapti.qu.e.passif............2.4.1.augmen..................38.1.4.3.Les.sim.ulations2.4.2RAtationm-ultimoenhancingdales............2.4.3.augmen.-.Haptic.HA.............2.5.existan..41.1.5.Conclusion......................60.Exe.ples.tra.a.x.tation.............6..α
.Tdesablededes.mati?res.2.5.2.Exe.maugmenple.d'haptique.augmen.t?e.:.ressen.tir.des?forces.d'?cshelleecmicro-obscopique..3.4.3.......connaissance.....A.........4.3.1.....I...he.....t?r?ts...ues.......ec.....haptique.caract?ristiques.93..63932.6.V.errousductiond'un.tel.concept......n...de.......recalage.......la.....84.haptique.et.Condition.....1.......Zones..65.2.6.187Limitations.tec.hnologiques/ph.ysiologiques.:ExplorationInenteraction.directe-indirecte-bidirectionnelle........comparaison.3.6.....t..........65.2.6.2.Limitations.logicielles97:.Sup.erp.osition.des4.2mondestir?el.et.virtuelcomme.taire.............tissage.....en.......Calibration66sue2.6.3.Ec.helle.et.coh?rence.des80donn?esteraction.a.virtuel.........Appro.re.fonction.r?e...85.la.jet.......3.4.2.Zones67ues2.7.Conclusion........2.t?r?ts...........R?sultats.................89.a.o.ssanc.di?ren.................3.5.2.v.n67d?fauts3.dicationHap.tique.augmen.t?e.69Co3.1frottemenIn.tro.duction........Conclusion.................95.tation.In...................texte.ha...........4.2.1.supp.e69.3.2.Exploration.mi.xte4.2.2d'unvirtuelob.je.t........4.3.Appre.(MAP).........ui.osition.............102.et.vi.l......70.3.2.1.Etat.de.l'art........3.3.5.n.de.sonde.v.le...................3.4.c.du.tour.en.des.jets.l.virtuel.....3.4.1.sur70connaissance3.2.2l'obExplorationr?elhaptique.mixte..........85.Cas.:.d'in.conn.....................86.Cas.:72d'in3.2.3inconnLe.m?lange.d'information................3.5..............................72.3.2.4.6..-blending3.5.1haptiquehaptique.v.c.mparaison.connai.e.endroits.ts.................................90.Exploration.a73ec3.2.5saRsendudeshaptique91mixteMo.d'autres.haptiques...............3.6.1.ecien.de.t........................743.73.3.Mise.en.place.du.syst?me.p.our.la.mo.dication.seule.des.forces..........4..ugmen76haptique3.3.14.1L'ensetrom.ble.des.disp.ositifs..........................97.Con.d'une.tation.p.que..........76.3.3.2.La.table.cart?sienne97.L'haptique.aide.l.m.n.................98.Appre.tissage....................77.3.3.3.Suivi.en99pM?thoositiond'.n.Progressif.................102.G.dage.p............................793.3.4.T132able.des.mati?res1617.4.3.2ApplicationsConc.eptiontationd'une.aide.d?gressiv.et.e...145.jet.........5.2.2.131.t.......par...un....102.4.3.3.Algorithme.de.la.MAP.:.une.appli.c.ati.on.de..record.and.repla.y..haptique....biner.........D...d?v...p.150...........Conclusion.............Le.........v....103.4.4.Impl?menetation.de.la.MAPvisuo-haptiques.....5.2.4.....limitations.....T.........dimin.....ng.........5.4........107ein4.4.1.I.ncorp44orationleursau.framew.orkisationI-TOUCH....discussion.......eindre.......Analyse............108.4.4.2155Conc.eption.des.applications..........127.texte.................5.2.1.tages............109.4.4.3.Unertinenceslab.yrin.the.3D........Coh?.............augmen.coh?rence.......Probl?matiques...........133.t.rendu........111.4.5.Proto135coler?alit?op.?ratoire.du.test.d5.3.2uelabimageyrin.the....5.3.3.m.........en...............144.la114virtuelle4.5.1jetV.ariable.?.?v.aluerLes.?s...........R.l'application.ture.......R?sultats...............5.5.1.un............1141514.5.2l'expM?th.o.des.de.guidage.haptique152...................157......................114.4.5.3.Les.donn?es.collect?es....5.2.con...................................128.A.an....115.4.5.4.Mise.en.place.de.l'exp.?rience..............130.P.visuell.s........................115.4.5.55.2.3Drences?roulemen.t.d.e.l'exp.?rience............131.Coupleur.tan.la.sensorielle.............5.2.5.et........116.4.6.Ev.aluation........5.3.rai.emen.du.visuel...........................5.3.1.de.visuelle.u?e...............135.Com.Chroma-k118yi4.6.1etRd?sultatsr?f?rence...........136.Am?lioration.fusion.ulti-r?solution...............139.Mise.application..........................118.4.6.2.Analyse5.4.1desepperformancesture.sur.ob.r?el...............1.5.4.2.outils.elopp.et.eets..............120.4.6.3.R5.4.3ecomma?alndedadeteinimixteons.d'am?lioration..........5.5.et..........................123.4.7151ConclusionP.sur.ob.r?el.........................5.5.2.de.?rimen.......................5.6..........124.5..Mo.dication.pa.rtag?e.des.donn?es.visuelle.et.haptique.127.5.1.InConclusiontroAnnexeduction.mati?res8bibliographiquesTR?f?rencesable165deshaptiqueListe48desjguresmp1.1syst?meConsyst?mestintationuum41r?alit?-virtualit?.d'apr?s.[MK94].....b.du...bre...ou.la.2.1...Chev...de.....?l?men23our1.2.Illustration.duvirtuelproultimojet.KARMA.:Whatbanc.deapplicationtest.et.exemplevirtueld'aRAjout.d'information.visuellel'arri?rep.o.ur2.3la.mainl'applicationtenance.d'ununephotodecopieur.de.de.2.9.t.........oit.l'une.Une.sens.t....24.1.3nIllustrationedu.pro.jetdeARdaleCHEOGUIDE.:.le.temple,.virtuellementtanrecon-pstitu?,RAest.ra.jout?.sur.ld'ob'imager?elr?elletdu.lieu.en.son.?tataxesactuel.....OP.....2.5.er25.1.4h?matisationSyst?meecde51RestA52pciationour.l'apprenm?taphoretissageseal'inu.geste.p.our.l'accouc.hemen.t.....L'utilisateur.le.trou26c1.542Illustrationteractionde:l'hommeauditifsensitifl'utilisateur.t?s..............1.18.du.ou.What.e.....1.19.sur.he..m.ossible..........30.1.6.Pr?sen.tationaucdebplusieursl'aindeterfacesthaptiqueslesli?ese?.l'utilisateur...........31.1.747Pr?senhementationvirtueldel'obplusieursourinVIterfacesVD.de.t.yp.es.st.ylo.......di?ren.la.........Mo.p......32.1.8.Pr?senettationvisuelsdeos?sdi?renmagetes.in2.6terfaceslatactilesa:el'.inLeterfacecolonneOptacon,parVir-graphiquetoucSchcat?gorieetr?elune.solution.thermiquede?pr?sencebase:d'intterfaceimmerg?Pesteltier.te..................33.1.9.Le.sim.ulateur.VHB,.Vi1.16rvtualdansHapticmondeBacunk,danspdesourhaml'apprens.tissage1.17duindiag-mnosticdalepalpatif.Les.visuel,.et.de.son.alimen...........................43.Pr?se.tation.concept.Y.Se.Is.Y.F.el.........4334Le1.10VishapLel'imageprogaucjetUneGRARultimoOPEppsurourdroite.l'in.teraction.mol?culaire.et.sa.compr?hension......34.1.11.Une.in.teraction.pseudo-haptique.:44laChevsensationhemend'und'oretourjethaptique?estvsimtul?el'ob?el'r?elaideourd'unesyst?mesautreVImotdalit?,VD.comme.la.vision.ou.l.'audition........38.1.12.L'utilisateur.manipule.une.in.terface.ISOMETRIC2.2.auc.t.jet.?.de.jet.p.les.RA.e.RA....39.1.13.F.aire.ressen.tir.une.b.osse.ou.un.creux.a.v.e47cLessimplementstdeunetaxonomiesourisMilgram...........39.1.14.Une2.4ind?leteractionaShaptiqueourpassivCASPER.e................50.Informations.sym.oles.sup.p.sur.i.r?elle......51.Sc.de.cat?gorie.R?alit?40v1.15augmL'utilisateurnvvisuelle.oit.dans2.7lerestemondelavirtuelr?elleunecompl?t?assietteunettilvirtuel.la2.8manipuleh?matisationdanslaleAssomondedur?eetlvirtuel.ce.qui.p52ermetExtensiond'augmenlaterdesapsensationl'haptiqued'immersionl'utilisateuretsenled'autanr?alisme.plus.que.terface.i.ortan.?.......53..10.Liste.destsgu.rPessuss3.32.10r?elle.Augmencontation.haptique3.9ou.Haptic.enhancing3.14:vune.compbaseosanositionste.haptiquelaest.adujout?edesp.ourTfournirorienune.informationPlacemensuppl?menvirtuel.taire.le.....d'une.t.....table....59p2.11conHaptique.augmen.t?eeouaEnhancangleselad.hapti.cos?s:.lanationcomp?l?menosan.te.haptiqueleurexis-haptique.tanteractionte.estnmoundi?bin?e,.i.e..ampli?e,.extrapbleoenl?etable,6etc.de.....3.6.bras.a.........78.notre.esp....60.2.12.Commen.t3Dtransf?rerkinesth?siquedeslors?motionspi?ceauphotostrapvdeersZhang.d'ic?nes.visuelles.ou.tactiles..61Exemple2.13cExemple.d'inDiagrammeterfacemarqueurs,?lectro-tactilesositional'vARec.sa.matrice.d'?lectr82onotredesci?s.quesurl'oncoincidenplacedispsuretla.langue...cessus.mixte.r?el.virtuel.retour.forces..............3.4.disp.teraction.et.3.5.XYZ.capteur.?.placemen.sonde...........de.tre.et62en2.14eInt.teraction.a.v.ec.des.surfaces.visuelles.?.l'aideSuivid'unenretourma?trehaptique.cart?sienne.c.t...63.2.15.Exploration.a.v.ec.retour.haptique79d'uneensondema?trevirtuedelauleemendeconmoecd?lesplate.dedefondsdi?reng?ologiques.m?me.la.in.cam?ra.de...................81.marqueurs.v.librairie.olKit....81.pro.reconnaissance.la.sa.de.ainsi.jout.virtuel.o..........63.2.16.LorsLesdetsl'explorationainside?ressurface83?dumainsanaxesues,pas.uneblepd'uneersonneenpr?elle.eut.ne.p.ercev71oirProqu'uned'isurfaceteractionpldansanemonde.et.monde.a.ec.com.des...........................75.Ensem.des.ositifs.in.mixte,.virtuelle.en.77.La64cart?sienne2.17comprenanFunormalisationd'eortsdeaxesslasyst?mesdu?tvisionladirecte.exploratrice....................78.Suivi.p.en.notre.ma?tre.la.cart?sienne65esp2.18cFnonormalisationtrainde.s.syst?mes.?.vision.indirecte.........................3.7.de.ositions.tre.bras65et2.19tableExplorationend'obajetevirtueltrain?.l'a.v.an.t.(en.haut).ou.?.l'arri?re.(en.bas).de.l'ob.jet.r?el.p.our.l3.8eositionsespacesyst?mesduhaptiques(bleu)entinl'?tageteraction(rouge)directe.cours.mouv.t.d'un.tact.v.un66m?tallique2.2080ExplorationUtilisationd'obplusieursjetsousvirtuelts?d'unel'amirevourand?terminationtparam?tres(enterneshaut)laoupar?m?thol'arri?rede(en.bas).de.l'ob.jet.r?el.p.our.l.e.s.syst?mes.haptiques.en.in.teraction.indirecte.......3.10.de.prop66a3.1eInlateractionARaov.ec.un.ob.jet3.11d?formabledur?elceetdeundesobdejetd?termi-d?formabledevirtuelpsimilaire.et.son.tation,.que.a.d'un.t.par.T.olkit..............................3.12.di?ren.?l?men.de.syst?me.que.rep.asso...3.13.t.marqueur.l70sonde3.2LesLenesyst?metd'in84teractionEnsemmixtedespassivositifseinamixte,vvirtuelleecenle85panneau