(destin´e `a l’´evaluation avec des sujets experts)
Le but de cette th`ese ´etait de proposer des solutions haptiques pour am´elio-rer les interactions offertes par les logiciels de CAO. Ces syst`emes comportant de nombreuses fonctionnalit´es, il n’est pas ais´e de proposer une solution g´en´erique, applicable `a chacune de ces op´erations. Dans un premier temps nous avons donc recherch´e parmi le panel d’op´erations que l’on peut utiliser dans une application de CAO, les m´ethodes les plus pertinentes. Chacune de ces tˆaches ayant fait l’ob-jet d’une ´etude particuli`ere (d´ecrite dans les diff´erents chapitres de cette th`ese), il est ensuite n´ecessaire, pour approfondir les r´esultats de cette th`ese, d’int´egrer ces m´ethodes dans une application de plus haut niveau, de sorte `a les confronter `a des sc´enarios plus complets. On cherchera tout particuli`erement `a v´erifier l’interop´erabi-lit´e et l’ad´equation des retours des diff´erentes solutions (cf. le sc´enario d’usage d´ecrit section2.5.1).
Le sc´enario d’usage, en opposition aux sc´enarios particuliers r´ealis´es pour chacune des trois grandes tˆaches (s´election chapitre3, ´edition de courbes et surfaces chapitre
4 et extrusion chapitre 5), a pour but d’exp´erimenter la mise en commun de nos diff´erentes solutions haptiques. Cette ´evaluation portera sur des objets con¸cus dans le but de couvrir un large panel d’op´erations CAO.
Principe du sc´enario. L’id´ee initiale consiste, dans un premier temps, `a rassem-bler les diff´erentes m´ethodes cr´e´ees pour les fonctionnalit´es d´ecrites pr´ec´edemment : s´election, extrusion et ´edition de courbes, dans une mˆeme application. `A ces diff´e-rentes m´ethodes haptiques, il faut ´egalement rajouter des fonctionnalit´es n´ecessaires pour la r´ealisation des sc´enarios envisag´es. Dans un second temps, on d´esire com-parer notre solution avec une application industrielle, comme par exemple CATIA. Un des principaux probl`emes est de d´efinir des sc´enarios qui se basent sur des fonc-tionnalit´es pertinentes pour les utilisateurs experts de ce syst`eme CAO.
Le but du sc´enario en lui-mˆeme est de mesurer l’apport de l’haptique pour une solution utilisant le retour d’effort, en comparaison avec une solution utilisant un
environnement plus standard (clavier/souris). Dans un souci d’´equit´e, les guides haptiques seront remplac´es par des guides visuels ou pseudo-haptiques. Il est impor-tant que toutes les informations qui sont rendues `a l’utilisateur dans la condition haptique, le soient ´egalement dans la condition visuelle et vice-versa. Par exemple, l’information de contact avec un autre objet peut ˆetre traduite par un retour d’effort (haptique) et le pointeur de la souris coinc´e sur la surface (visuel), ou par un retour vibratoire (haptique) et de changement de couleur (visuel).
Les conditions du sc´enario. Deux conditions vont donc ˆetre pr´esent´ees aux utilisateurs, les performances et le comportement de ceux-ci servant `a d´eterminer les avantages et inconv´enients de chacune de ces conditions.
La condition Haptique o`u les sujets disposent de l’environnement immersif, ´ecrans et vision st´er´eoscopique. La totalit´e de leurs interactions sera r´ealis´ee au travers du bras `a retour d’effort. Ils b´en´eficieront simultan´ement des retours visuels et des retours haptiques (pour am´eliorer la compr´ehension de la manipulation).
La condition Bureau o`u les sujets travailleront `a l’aide d’un ´ecran standard, ou d’un grand ´ecran, similaires `a ceux de la condition Haptique. Ils ne b´en´eficieront pas de vision st´er´eoscopique, et les actions se feront uniquement `a l’aide du clavier et de la souris.
Afin de limiter le nombre de biais, l’utilisation d’une souris track´ee (wand) `a la place d’une r´eelle souris est ´egalement envisag´ee. Avec une souris track´ee, l’utilisa-teur aurait les mˆemes possibilit´es de navigation et d’interaction six DDL qu’avec le p´eriph´erique haptique, seul le retour sur l’interaction sera absent et devra ˆetre rendu `a l’aide du canal visuel.
Autres objets En plus de l’objet Poign´ee pr´esent´e dans la section2.5.1.1, d’autres objets CAO on ´et´e envisag´es afin de couvrir un plus grand nombre d’op´erations et de cas d’utilisation.
L’objet Pneu (figureB.1aa ´et´e imagin´e afin de tester une op´eration de r´evolution mais aussi de mettre en avant des contraintes d’´epaisseur. La r´ealisation du profil du pneu, permet d’utiliser les m´ethodes d’´edition de courbes, ainsi que des r´ef´erences sur les tangentes. La cr´eation d’un profil plein permet la d´efinition d’une ´epaisseur minimale qui servira de guide, afin d’empˆecher l’interp´en´etration du profil, ou la r´ealisation d’un profil incorrect. Des contraintes peuvent ´egalement ˆetre d´efinies pour empˆecher l’interp´en´etration de la maquette. Ici, l’objectif serait d’interdire le recouvrement du profil durant l’´edition de l’esquisse, et durant la modification locale de la surface du pneu.
L’objet coulissant (figure B.1b) a ´et´e imagin´e afin de tester une v´eritable in-teraction entre deux objets, avec la d´efinition d’une contrainte de calage entre ces deux objets. Lors de la premi`ere ´etape d’´edition, les deux objets sont r´ealis´es `a partir
179 d’un profil poly´edrique. Dans un second temps, on va sp´ecifier une distance minimale entre les deux objets, au niveau de la zone de coulissement. Cette contrainte devrait limiter le contact entre les objets. Afin d’augmenter encore plus les contraintes de positionnement, nous avons pens´e introduire une but´ee sur la rainure (ou rainure non d´ebouchante). `A partir des deux objets poly´edriques on va rajouter des d´etails en appliquant des forms features : une rainure, des trous, et un cong´e. La taille de la rainure, et l’angle du cong´e, vont donc d´ependre de r´ef´erents d´ej`a pr´esents dans la sc`ene.
L’objet Profil trou´e (figure B.1c) a pour but de tester l’extrusion sur un profil trou´e, ou le rajout des op´erations de forms features (des trous).
(a) Pneu (b) Objet coulissant
(c) Profil trou´e
Figure B.1 –Exemples d’autres objets du sc´enario d’usage. L’objet Pneu n´ecessite une r´evolution, des contraintes de non-interp´en´etration et de l’´edition de surface. L’objet cou-lissant a comme particularit´e l’utilisation de form features et la contrainte de calage entre les deux pi`eces. L’objet Profil trou´e n´ecessite la r´ealisation d’une extrusion sur un profil trou´e, et l’´edition de courbe et surface.
Table des figures
1.1 Cycle de production . . . 7
1.2 Cycle de conception. . . 9
1.3 Prototypage rapide par impression 3d . . . 13
1.4 Exemples de p´eriph´eriques haptiques standards . . . 18
1.5 Exemples de solutions haptiques propres . . . 19
1.6 Cycle de conception avec RV . . . 21
1.7 Exemple d’assemblage et d’ergonomie . . . 24
1.8 Exemple de revue et d’analyse et simulation . . . 27
1.9 Exemple d’entrainement et d’´edition . . . 30
1.10 Application VRAD . . . 32
1.11 Appr´eciation de la maquette physique . . . 34
2.1 Exemples de fronti`eres d’un solide . . . 42
2.2 Op´erations bool´eennes . . . 43
2.3 Exemples de form-features . . . 44
2.4 Exemples de graphes d’historique sous CATIA . . . 45
2.5 Exemples d’´etiquetage . . . 47
2.6 S´election et Modification dans l’historique . . . 49
2.7 Exemple du processus de modification . . . 49
2.8 Exemples de contraintes sur une esquisse . . . 52
2.9 Guide haptique sur surface trimm´ee . . . 60
2.10 Exemple de diff´erentes ´echelles de la grille haptique . . . 61
2.11 Liste des fonctionnalit´es du banc d’essai . . . 65
2.12 Sch´ema d’un dispositif fish tank . . . 68
3.1 Contraintes sur un B-Rep . . . 75
3.2 Fonctions attractives . . . 77
3.3 Mod`ele de s´election g´en´erique . . . 79
3.4 Mod`ele de s´election continu . . . 80
3.5 Zones d’effets sur les fonctions de transfert . . . 82
3.6 Zones d’effets des entit´es . . . 82
3.7 Zones de recouvrement et m´ethode adaptative . . . 83
3.8 Zone de s´election directionnelle . . . 86 181
3.9 Particularit´es de la s´election poign´ee . . . 87
3.10 Incoh´erence de la somme de deux potentiels . . . 87
3.11 M´ethode de correction pour les champs de potentiels . . . 88
3.12 Sch´ema simplifi´e du dispositif . . . 89
3.13 Cible du sc´enario . . . 91
3.14 Fonctions et intensit´es du mod`ele « fonctions de transfert » . . . 93
3.15 R´esultat sur le param`etre d’exposant . . . 94
3.16 R´esultats sur les m´ethodes de s´election . . . 96
3.17 Effet de la modulation d’effort en fonction de la vitesse . . . 97
4.1 Over-sketching et Mod`ele masse-ressort . . . 102
4.2 Exemple de « tape drawing » . . . 103
4.3 Freeform et ILoveSketch . . . 104
4.4 ShapeTape et Geodesic . . . 106
4.5 Exemple de courbe B´ezier . . . 108
4.6 Illustration du ph´enom`ene d’oscillation . . . 109
4.7 Illustration du rajout de contraintes . . . 113
4.8 Etapes de modification de la courbe´ . . . 115
4.9 Zone interdite et aire d’une courbe . . . 117
4.10 Sch´ema du guide circulaire . . . 118
4.11 Contrainte de la poign´ee sur la courbe . . . 120
4.12 Attractions des r´ef´erents de tangences . . . 122
4.13 Trajectoire r´ealis´ee `a partir du guide circulaire . . . 123
4.14 Appr´eciation sur la perception d’informations g´eom´etriques . . . 124
4.15 Sc´enario de test de r´ef´erence en position . . . 125
4.16 R´esultats de la s´election de r´ef´erents . . . 127
4.17 Exemple de sc´enario d’´edition de courbes . . . 130
4.18 Diff´erents guides pour l’´edition de tangentes sur surface 3d . . . 131
4.19 Manipulation de la tangente en trois dimensions . . . 132
5.1 Exemple d’extrusion . . . 136
5.2 Param`etres d’extrusion . . . 138
5.3 Extrusion avec r´ef´erents . . . 139
5.4 Extrusion avec une grille haptique . . . 140
5.5 Extrusion avec le guide gradu´e. . . 141
5.6 S´election de la direction `a la poign´ee . . . 142
5.7 S´election de la direction par le geste avec et sans r´ef´erents . . . 143
5.8 Utilisateur en train de r´ealiser une extrusion . . . 143
5.9 Trajectoires pour les m´ethodes d’extrusion . . . 145
5.10 Trajectoire pour la m´ethode de guide gradu´e . . . 146
Table des figures 183
5.12 R´esultats des m´ethodes de s´election de l’orientation . . . 148
6.1 Exemple de contraintes pour le balayage . . . 152
6.2 Deux ´etapes de balayage . . . 153
6.3 Modifications d’une extrusion . . . 155
6.4 Exemple de r´evolution . . . 156
6.5 Exemple de cong´es . . . 158
6.6 Exemple de r´eactivit´e sur une soustraction . . . 160
A.1 Extrusion du piston . . . 170
A.2 Op´erateur de coque sur le piston . . . 171
A.3 Cong´e sur la tˆete du piston. . . 172
A.4 Rainure du piston . . . 173
A.5 Per¸cage du piston . . . 174
A.6 Piston achev´e . . . 175