Interaction en Réalité Mixte appliquée à l'Archéologie Sous-Marine

231 Pages·2012·36 MB·French

UNIVERSITÉ D’ÉVRY - VAL D’ESSONNE
ECOLE DOCTORALE SITEVRY
Thèsepourobtenirlegradededocteurdel’universitéd’Évry
Spécialité:Informatique
Interaction en Réalité Mixte appliquée à
l’Archéologie Sous-Marine
présentéeetsoutenuepubliquement
par
Mahmoud HAYDAR
le08Décembre2011
JURY
M.PierreDrap: CR.LSISumrCNRS,Marseille, Rapporteur
M.MartinHachet: CR.HDR,INRIABordeaux, Rapporteur
M.PaulRichard Mdc.HDRUniversitéd’Angers, Rapporteur
M.PhilippeFuchs: Prof.EcoledesMinesParisTech, Examinateur
Mme.FrançoisePreteux: Prof.EcoledesMinesParisTech, Examinateur
M.SamirOtmane: Prof.Universitéd’Évry, Examinateur
M.DavidRoussel: Mdc.ENSIIE, Encadrant
M.MalikMallem: Prof.Universitéd’Évry, Directeur
2
Table des matières
Tabledesmatières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Remerciements 9
Introductiongénérale 13
1 Étatdel’art 19
1.1 Laréalitévirtuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2 Laréalitéaugmentée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3 Lesdomainesd’applicationdelaRVetdelaRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.1 Applicationsàl’art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.2 Applicationsàl’architectureetl’urbanisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.3 Applicationsàl’industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.4 Applicationsàlabiologieetlamédecine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.5 Applicationsauxgéosciences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.3.6 Applicationsàl’archéologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.4 LesinterfacesmatériellesdelaRVetlaRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.4.1 Lesdispositifsd’entrée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.4.1.1 Lesinterfacesdesuividumouvement . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.4.1.2 Lespériphériquesd’entréeaudio: . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.4.2 Lesdispositifsdesortie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.4.2.1 Lesdispositifsdesortievisuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.4.2.2 Lesdispositifsdesortiehaptique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
1.4.2.3 Lesdispositifsdesortiesonore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
1.5 RV/RAetl’archéologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
1.5.1 Archéologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3
4 TABLEDESMATIÈRES
1.5.2 L’archéologiesous-marine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
1.6 Basesdesdonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
1.6.1 SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
1.6.1.1 LessystèmesdeRVbasésSIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.7 L’interactionenréalitévirtuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
1.7.1 Lestechniquesd’interaction3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.7.1.1 Lanavigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.7.1.2 Lasélection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
1.7.1.3 Lecontrôledusystème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
1.7.2 Lestechniquesd’interaction2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
1.7.2.1 Lanavigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
L’orbite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Levol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Lepoint-d’intérêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
1.7.2.2 Lasélection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
1.7.2.3 Lestabletopsinteractives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
1.8 L’interactionenréalitéaugmentée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
1.8.1 Lestechniquesd’interaction3DdelaRAinspiréesdestechniquesdelaRV . 74
1.8.2 lestechniquesbaséessurlesuividelamain . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.8.3 Lestechniquesd’interactionmultimodale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
1.8.4 Lesinterfacestangibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
1.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2 Travauxréalisés 87
2.1 Spécifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.1.1 Lesbesoinsdesarchéologues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.1.2 Donnéesetinformationsfournies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.2 Démonstrateursvirtuelspourlesarchéologues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.2.1 Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.2.1.1 Architecturematérielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.2.1.2 Architecturelogicielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Texture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
2.2.2 Interfaceutilisateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
2.2.2.1 Outilsdenavigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
TABLEDESMATIÈRES 5
Lescartescognitives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Navigationlibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Navigationbaséeobjet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Navigationenmodeplongeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Navigationparphotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2.2.2.2 Outilsdesélection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Sélectionindividuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Sélectionparzone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Sélectionparamétrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
2.2.2.3 Outilsdemesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Mesuredeladistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Mesuredelasurface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.2.2.4 Outilsdetraitementduterrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Vuetopographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Vueengrille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.2.2.5 Autresoutils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Inventaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Annotations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Boussole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Autresoutilsenvisagés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
2.3 InteractionenRV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
2.3.1 Principesdelatechnique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
2.3.2 Développement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
2.4 InteractionenRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
2.4.1 ArchitecturelogicielledudémonstrateurenRA . . . . . . . . . . . . . . . . 127
2.4.2 Outilstangibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
2.4.2.1 Inventaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
2.4.2.2 Lasélection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
2.4.2.3 Mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
2.4.2.4 Vueengrille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
3 Évaluations 137
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
6 TABLEDESMATIÈRES
3.2 Évaluationdesenvironnementsvirtuelsarchéologiques . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3.2.1 Lesystèmeàévaluer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3.2.2 Scénariod’évaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3.2.3 Analysederésultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.2.3.1 Lesdonnéesàl’étatbrut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Questionnaire1:informationssurlesParticipants . . . . . . . . . . 142
Questionnaire2:Utilisabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Questionnaire3:Satisfaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
3.2.3.2 L’analyseANOVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
3.2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
3.3 Évaluationdel’influenceduniveaud’immersionvisuellesurl’interactionenRV . . 150
3.3.1 Caractéristiquestechniquesdesdifférentsdemonstrateurs . . . . . . . . . . . 150
3.3.2 Scénariod’évaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
3.3.3 Expérimentationsetanalysedesrésultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
3.3.3.1 L’influencedel’ordredepassagesurlesrésultats . . . . . . . . . 152
3.3.3.2 Informationssurlesparticipants . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
3.3.3.3 Analyseobjective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Sélection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
3.3.3.4 Analysesubjective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
3.3.3.5 Apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
3.3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
3.4 Évaluationdel’interactionenRVetRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
3.4.1 Caractéristiquestechniquesdesdifférentsdemonstrateurs . . . . . . . . . . . 164
3.4.2 Scénariod’évaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
3.4.3 Analysederésultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.4.3.1 Informationssurlesparticipants . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.4.3.2 Analysesubjective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3.4.3.3 Analyseobjective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Intuitivitédessystèmes:Essainuméro1sansdémonstration . . . . . 172
Moyennesglobalesetapprentissage: . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
3.4.3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
3.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Conclusionetperspectives 181
Bibliographie 185
Listedesfigures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Listedestableaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
A Algorithmedefusiondestextures 207
B Questionnairespourl’évaluationdesenvironnementsaveclesarchéologues 209
C Questionnairespourl’évaluationdel’interactionenRV 213
D Questionnairespourl’évaluationdel’interactionentreRVetRA 217
Annexes 207

Remerciements
Cettethèsen’auraitpuaboutirsanslesimplicationsmultiformesdetousceuxquim’ontaccompa-
gné tout au long de ces années de recherche. Les remerciements présentés ci-dessous leur expriment
toutemareconnaissance.
MesremerciementsvontàmondirecteurdethèseM.MalikMallem,Professeuràl’Universitéd’Évry
Val d’Éssonne, qui m’a accueilli au sein de son équipe et a dirigé mon travail de thèse avec son œil
avisé et son expérience. Ma gratitude va à mon encadrant M. David Roussel, Maître de conférences
à l’ENSIIE (Ecole Nationale Supérieure d’Informatique pour l’Industrie et l’Entreprise), qui a veillé
aubondéroulementdemathèse.Jeleremerciepoursesconseils,sadisponibilitéàtoutmoment,son
aideainsiquesonsenscritique.
Je souhaiterais remercier les membres du jury qui ont accepté de juger le fruit de mon travail.
Je remercie M. Paul Richard, Mdc à l’université d’Angers, M. Pierre Drap, Chargé de recherche au
LSIS UMR CNRS - Marseille et M. Martin Hachet, Professeur à l’Université Bordeaux 1 pour avoir
acceptéderapportermathèse.M.PhilippeFuchs,Professeuràl’EcoledesMinesParisTechetMme.
FrançoisePreteux,Professeuràl’EcoledesMinesParisTechpouravoiracceptéd’évaluercettethèse.
Je tiens à remercier M. Pierre Drap aussi pour avoir réuni les archéologues pour la première évalua-
tion.
Je remercie M. Samir Otmane, Professeur à l’Université d’Évry Val d’Éssonne, pour ses conseils
et son aide lors des évaluations. Je n’oublierais pas de remercier aussi, M. Madjid Maïdi, Docteur de
l’Université d’Évry Val d’Éssonne, pour m’avoir aidé à effectuer mon baptême de développement en
RA.
Les amis Nader Cheaib, Mouna Essabbah, Christophe Domingues, Mehdi Chouiten, Maxime
Boucher, Imane Zendjebil, Pierre Boudoin, Christophe Montagne et Jean-Yves Didier, je vous re-
merciepourvotresoutienetlabonneambiancequivousavezinstauré.
9
Enfin, je tiens à remercier ma famille pour le support et l’aide qu’elle m’a fournie, elle a toujours
été là malgré la distance qui nous sépare pour m’encourager, me soutenir sans condition dans tout ce
quej’entreprends.
àmamère,àmonpère