Les périphériques gestuels

Un des principaux problèmes de l’interaction homme-machine vient des moyens de communication mis à disposition de l’utilisateur pour interagir avec l’ordinateur. Pour ce qui est de l’interaction directe, la souris s’est imposée comme le périphérique d’entrée indispensable. Elle permet, comme les autres périphériques à deux degrés de liberté (trackball, glidepoint) de déplacer un pointeur sur un bureau virtuel dans deux dimensions. Les utilisateurs d’ordinateur devenant vite des experts du maniement de la souris, il pourrait être souhaitable de profiter de cette maîtrise pour les faire agir en trois dimensions avec ce dispositif. Les visualiseurs de fichier VRML, comme CosmoWorld qui propose une interface de pilotage pour naviguer en trois dimensions, s’utilisent à la souris. D’ailleurs, à l’heure actuelle, la souris est la seule solution dont disposent les développeurs de programmes 3D destinés au public pour interagir. L’utilisation des joysticks semble être réservée aux jeux. Certains périphériques plus originaux voient le jour pour le grand public comme la

SpaceOrb 360 de Spacetec (et chez ASCII Entertainment), version allégée et économique de leur

série de trackball 3D Spaceball, ou le capteur à ultrason FreeD (anciennement Owl) de Pegasus. Mais leur diffusion est encore limitée.

Figure 1.10 en haut : capteur 3D (FreeD de Pegasus), trackball 3D (Spaceball 3003)

en bas : manette de jeux à 6 degrés de liberté (Spaceorb), trackball 2D classique

La manipulation d’objets 3D à la souris a donc naturellement été étudiée (voir [Chen 88] et [Emmerik 90]), et beaucoup de solutions ont été développées dans des applications manipulant des objets 3D (Figure 1.11). La manipulation se fait en général à travers des widgets apparaissant sur l’objet, comme les trackball virtuels. Certains produits se démarquent, comme Bryce de MetaTools, dont le design ergonomique permet une manipulation rapide des scènes 3D.

Figure 1.11 un widget de translation du visualiseur d’Open Inventor utilisant la souris

Les périphériques de sortie et d’entrée

reproduction des commandes d’un avion (manche à balai et palonnier). L’étude d’un système d’interaction adapté à une application informatique doit porter en parallèle sur le mode et sur le moyen d’interaction.

Nous allons étudier en particulier les périphériques d’entrée 3D [Fuchs 96], qui permettent l’acquisition de données en trois dimensions (les classiques souris ne fonctionnant que suivant deux axes). Ils se présentent sous la forme de trackballs 3D ou de capteurs que l’on fixe au doigt et que l’on déplace en trois dimensions. Ils renvoient à l’ordinateur des indications quant à la position du périphérique : on parle de degrés de liberté. Si le périphérique gère les déplacements suivant 3 axes (les translations suivant X, Y et Z) alors il a trois degrés de liberté; si en plus, il mesure les rotations autour de ces axes, il possède six degrés de liberté (X, Y, Z et l’angle de rotation du périphérique autour de chacun de ces axes). Il peut en posséder encore plus en fonction du type d’information recherché : de la simple position de la main avec un capteur 3D, à son mouvement complet, doigts compris, au moyen d’un gant de données.

On peut les classifier suivant trois types :

Les périphériques isométriques

Ils possèdent une résistance infinie, ils sont donc immobiles. Ils mesurent le mouvement à partir de la force et du couple qu’on leur applique. Ils ont pour défaut le manque de rapport direct avec le mouvement; en effet, c’est la force appliquée qui détermine le mouvement et non pas le déplacement, quasi nul, de la main. Le manque de retour (donc de proprioception) est un autre défaut, d’où un certain temps d’adaptation pour les tâches complexes. Les trackballs 3D en sont un exemple (Figure 1.10).

Les périphériques isotoniques

Ils bougent librement pendant le mouvement de l’utilisateur, ils possèdent donc une résistance nulle. C’est le cas des souris en 2D, ou des gants de données. Ils ont pour défaut la fatigue éventuelle due à leur utilisation prolongée, et pour certains types d’applications les limites de leur champ d’action. Cependant ils permettent souvent d’avoir six degrés de liberté. Les capteurs à ultrasons en sont un exemple (Figure 1.10).

Les périphériques élastiques

Ils sont à mi-chemin entre les deux derniers types. On doit appliquer une force qui varie en fonction du déplacement, et ils sont autocentrés dans leur position stable. Ils sont réputés plus proprioceptifs pour l’utilisateur et donc plus faciles à utiliser.

Il existe des controverses sur le périphérique qui permet d’obtenir les meilleures performances [Zhai 94]. Les isométriques fonctionnent mieux dans les modes de contrôle de taux (robotique), alors que les isotoniques sont plus adaptés aux modes de contrôle de position, lorsqu’il y a un rapport direct entre le mouvement de la main et le mouvement d’un pointeur.

Les périphériques haptiques

Certains périphériques, quelque soit leur type (isométrique, etc), permettent de réaliser un retour de toucher, en parcticulier une sensation de contact sur les doigts. On dit alors qu’ils sont à retour de toucher, ou à retour d’effort.

Le retour d’effort consiste à produire une résistance au mouvement qu’un utilisateur imprègne à un périphérique d’entrée. Cette résistance est pilotée par l’application, dont elle dépend, ainsi que des moyens utilisés. Le retour d’effort étant produit par des moteurs, les dispositifs sont souvent lourds et encombrants, a fortiori si l’effort à retourner est important.

Figure 1.12 le gant à retour tactile Cybertouch de VTI

Pour améliorer la perception de l’utilisateur, une simple information de toucher peut donc être très utile au moment du contact avec un objet virtuel; voire une sensation sur les doigts correspondant à la texture du matériau touché. Cette information peut être simulée en utilisant un système à retour d’effort (où les secousses et les vibrations seront autant d’informations à interpréter), mais l’idéal est encore un dispositif donnant directement la sensation de contact et de toucher à l’extrémité des doigts, comme le Cybertouch (Figure 1.12) de VTI (Virtual Technologies Inc) qui dispose de stimulateurs vibrotactiles sous chaque doigt du gant.

Figure 1.13 le «haptical Actuator Array» du Dr. Harald Fischer, du HIT de Karlsruhe (All.)

Ces stimulateurs sont programmables de manière à simuler de simples contacts (continus ou par impulsion) ou des surfaces complexes (Figure 1.13).

1.5 Aspect multi-utilisateur

L’introduction des réseaux dans les entreprises, les besoins grandissant en matière de communication ont permis à des outils comme la messagerie électronique de se développer largement. Il s’agit d’un outil de communication asynchrone, qui permet une forme de collaboration.

Aspect multi-utilisateur

D’après le Petit Larousse, collaborer, c’est travailler avec d’autres, et coopérer, c’est agir conjointement avec quelqu’un. La coopération implique une proximité plus grande dans la tâche à accomplir, on agit en même temps, sur les mêmes objets. La collaboration a un sens plus large. Les deux termes sont confondus en général lorsque l’on parle de TCAO. Cependant, nous nous intéressons bien ici à des problèmes de coopération.

L’introduction du courrier électronique ne modifie pas en général les méthodes de travail. Elle vient s’ajouter aux outils de communication, et ajoute des tâches supplémentaires. Toutefois on devrait voir s’intégrer à l’avenir des outils de collaboration synchrone dans les entreprises qui créeront de nouvelles habitudes, en réponse à de nouveaux besoins : le rapprochement de bureaux d’études distants, les réunions à distance, etc. Ainsi les applications pouvant permettre un gain de temps, d’espace ou encore la diffusion d’information à large échelle, plus facilement que par des moyens traditionnels (pour le télé-enseignement, par exemple) vont prendre place dans les prochaines années. Le développement des technologies de TCAO synchrone devrait également faciliter la diffusion de nouvelles habitudes de travail comme la vente, le service après-vente ou le travail à domicile, même si pour ce dernier, cela implique surtout des changements dans l’organisation et la structure de l’entreprise.

Un système de TCAO synchrone suppose la connection en temps réel des différents utilisateurs, afin qu’ils puissent travailler ensemble sur des documents communs, voire simultanément grâce à des outils de coopération. Il existe différents niveaux de coopération. Actuellement, on trouve surtout des outils de communication (homme-machine-homme), possédant parfois des outils de travail comme des tableaux blanc ou des éditeurs de texte. Ces derniers sont en général à usage exclusif (système maître/esclave où un seul utilisateur peut travailler à la fois, avec un mécanisme de prise de main).

Il existe plusieurs catégories d’environnements de travail virtuels :

Les médiaspaces : il s’agit d’environnements de travail médiatisés. Les interlocuteurs réunis ensemble ne sont plus confrontés l’un à l’autre directement, mais communiquent via un ou plusieurs médias ( liaison vidéo, téléphone, réseau informatique, etc). Si on élargit la définition, les personnes ne sont pas forcément représentées dans ce médiaspace, et elles ne partagent pas forcément des documents communs. Il peut s’agir de systèmes très peu interactifs.

Les environnements virtuels : il s’agit de créer un environnement de travail nouveau, où les utilisateurs pourront se projeter pour avoir une activité commune. C’est l’informatique et les réseaux qui permettent de donner tout son intérêt à ce type d’environnement.

Les environnements virtuels coopératifs : la notion de CVE s’est imposée ces derniers temps, marquant une nuance de taille dans l’ensemble des environnements virtuels. Ils introduisent une dimension coopérative entre les utilisateurs. Ces derniers doivent avoir la sensation de présence des

autres utilisateurs. C’est l’élément de base. Il s’agit ensuite de leur permettre de communiquer puis de coopérer facilement en les renseignant sur l’activité des autres.

Les applications d’environnements médiatisés sont multiples, comme la conception collaborative dans l’industrie, l’architecture, les arts, les évolutions des MUDs et des MOOs vers les jeux et les environnements de chat 3D, les aspects éducatifs.