Approches directes et planifiées de l'interaction 3D sur terminaux mobiles

oN d’ordre : 3836
THÈSE
PRÉSENTÉE À
L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ÉCOLE DOCTORALE DE MATHÉMATIQUES ET
D’INFORMATIQUE
Par Fabrice Decle
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : INFORMATIQUE
Approches Directes et Planifiées de l’Interaction 3D sur Terminaux Mobiles
Soutenue le : 23 Septembre 2009
Après avis des rapporteurs :
Bruno Arnaldi . . . . Professeur
Guillaume Moreau Maître de Conférences
Devant la commission d’examen composée de :
Bruno Arnaldi . . . . Professeur . . . . . . . . . . . Rapporteur
Guillaume Moreau Maître de Conférences
Géry Casiez . . . . . .e de Examinateur
Christophe Schlick Professeur . . . . . . . . . . . Président
Pascal Guitton . . . . Pr . . . . . . . . . . . Directeur de Thèse
Martin Hachet . . . . Chargé de Recherche . Co-Directeur de Thèse
2009Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier mes directeurs de thèse, Martin Hachet et Pascal Guitton,
qui m’ont énormément aidé pendant ces trois années. Je les remercie de m’avoir soutenu
dans les moments difficiles, et d’avoir toujours su me guider.
Je remercie également les membres du jury, Bruno Arnaldi et Guillaume Moreau, qui
ont accepté d’évaluer mon rapport, ainsi que Géry Casiez et Christophe Schlick pour avoir
accepté d’assister à ma soutenance.
Qu’auraient été ces trois années sans la présence de mes chers collègues, qui ont du
supporter mes blagues douteuse et mes bourrins des demis ? A ce titre, je remercie chaleu-
reusement Joachim Pouderoux et Mickael Raynaud, mes deux compères, sans qui ces trois
années auraient été bien fades ! Merci à vous deux pour tous ces moments inoubliables !
Merci également à Jérôme Baril pour m’avoir si souvent laissé gagner au baby, Pascal Barla,
pour ses monologues interminables mais toujours instructifs, Sebastian Knödel pour tous ces
conseils et ces bons moments, Émilie Lalagüe pour notre goût commun pour certaines séries,
Romain Pacanowsky pour cette course effrénée à la rédaction, Yann Savoye pour le Moon-
walk qui n’a jamais eu lieu, David Vanderhaeghe pour son fils si adorable, Mariam Amyra
pour sa bonne humeur permanente, Benoît Bossavit pour ses blagues aussi douteuses que
les miennes, Romain Vergne pour avoir retrouvé mon portefeuille, Vincent Lebret Soler pour
ce monde de merde et pour avoir découvert que la parole nous faisait gagner au baby, Rémi
Synave pour avoir été un sujet exemplaire, et à tous les autres membres de l’équipe Iparla.
Je remercie également l’équipe d’SC2X, Jean-Paul, Fabrice et les autres, qui m’ont beau-
coup appris en me permettant de connaître un nouvel environnement de travail.
Je tiens également à remercier les étudiants avec qui j’ai pu travailler, qui ont porté
Navidget sous Blender et SketchUp : Pierre Faure, Pierre Rouanet, Maher Finianos, Yassine
El Ouardani, Anthony Battel, Jonathan Depiets, Benjamin Orsini et David Palanchon.
Ces remerciements ne seraient pas complets sans une pensée pour tous mes amis, qui
ont fait de moi ce que je suis. Merci à Nicolas “Space Boy”, pour ces innombrables moments
inoubliables, ces peines partagées et ces nombreuses preuves d’amitié. Merci coco ! Je salue
également tous les membres de PiTiFaYa, Pedro, Ti et Ya pour ces fous-rires à la limite de
l’asphyxie. Kikikiki à vous quatre les gars ! Et merci à Ti’Cochon et à toute sa famille pour
nous avoir si souvent fait rire !
Je n’oublie bien sur pas mes amis de longue date, Manu, Simon, Guillaume et sa tendre
iiiiv
épouse, qui ont été et sont toujours des amis exceptionnels, ainsi que Laurent “El shaman”,
Christophe “Punky” et Julien “P’tit Bouchon” pour ce projet si rondement mené !
Bien évidemment, je remercie mes parents et ma famille, qui ont toujours cru en moi
et m’ont toujours soutenu. Merci papa, sans toi je n’aurais jamais pu goûter aux joies de
l’informatique ! Merci maman, sans toi je n’aurais jamais pu goûter aux joies de la cuisine !
Merci Steph, sans toi je n’aurais jamais pu goûter aux joies des jeux vidéos, et à tant d’autres
choses aussi ! Merci également à ma belle famille, pour cet accueil toujours exceptionnel, et
pour tous ces bons moments partagés. Merci Bali pour ces bons moments passés chez nous,
merci Ghislaine et Jean Pierre d’être si affectueux, merci à toute la famille Loulier pour ces
nombreux fous rires !
Enfin, je tiens à saluer mon grand père, un homme doté d’une grande créativité et d’une
imagination débordante, qui aurait certainement pu être un grand “inventeur”.
Pour finir, je veux remercier celle qui a toujours été là pour moi, qui m’a soutenu et
motivé sans jamais perdre son magnifique sourire, celle qui a été, est, et restera à mes côtés...
Merci ma Nadège, merci pour tout.
D’une façon générale cette thèse est dédicacée à tous les gens que j’ai rencontrés, avec qui mes
rapports furent aussi divers qu’enrichissants.Résumé
ES récentes évolutions technologiques des terminaux mobiles tels que les téléphones
portables, assistants personnels ou GPS, ont été très importantes. Il est aujourd’huiL possible d’afficher en temps réel des scènes 3D complètes sur de tels appareils.
Cependant, les spécificités ergonomiques et techniques des appareils mobiles risquent de
rendre l’interaction avec l’environnement 3D difficile à réaliser efficacement. En particulier,
les techniques d’interaction 3D développées pour les ordinateurs de bureau risquent de
souffrir de l’absence de souris.
Dans ce mémoire, nous nous intéresserons aux contraintes et aux spécificités des ter-
minaux mobiles et étudierons leur influence pour des tâches d’interaction 3D. La première
partie du mémoire constitue une introduction aux différents domaines abordés dans
cette thèse. Nous y définirons le terme de “terminal mobile” et aborderons les spécificités
technologiques et ergonomique de ces appareils. Nous introduirons également les notions
essentielles de géométrie et d’interaction 3D.
Nous nous intéresserons dans un second temps à l’interaction 3D avec un contrôle
direct, utilisé dans beaucoup d’applications 3D. Dans ce mode d’interaction, les actions de
l’utilisateur produisent des modifications dans l’environnement 3D en temps réel. Après
une analyse de l’existant, nous présenterons nos travaux avec une technique d’inspection de
modèles 3D qui utilise des informations telles que la profondeur ou la présence de contours
dans l’image afin de calculer des mouvements de caméra adaptés au contexte. La suite de la
deuxième partie sera consacrée à l’étude de l’apport de l’utilisation de deux doigts sur un
écran tactile multi-points.
La troisième et dernière partie de ce mémoire est consacrée à l’interaction 3D “planifiée”.
Ce mode d’interaction est plus adapté aux contraintes des terminaux mobiles et possède
l’avantage d’offrir une interaction d’un plus haut niveau que ne l’offre le contrôle direct.
Nous verrons dans cette partie la définition exacte de ce mode d’interaction, ainsi que les
différences, les forces et les faiblesses de cette manière d’interagir avec un environnement 3D.
Nous présenterons dans cette partie nos contributions, à savoir une technique de sélection de
point 3D utilisable à l’aide des touches de l’appareil, ainsi qu’une de placement de
caméra simple à utiliser mais offrant un contrôle avancé, qui permet aux utilisateurs, novices
ou experts, de spécifier un point de vue à l’aide de quelques gestes simples seulement.
vviAbstract
OBILE devices, such as phones, PDAs or GPS, are getting more and more powerful.
They are now able to compute and to display 3D scenes in real time. However,M mobile devices’ ergonomics and technical limitations may make 3D interaction
hard to achieve efficiently. In particular, 3D interaction techniques developed for desktop
computers may be affected by the lack of mouse.
In this thesis, we will study mobile devices’ constraints and specificities, and their
influences on 3D interaction tasks. The first part of this thesis will be an introduction to
the domains addressed in this thesis. We will define the term “mobile device” and analyze
their technical and ergonomic specificities. We will also define some 3D geometry and 3D
interaction basis.
In the second part of the thesis, we will talk about 3D interaction with direct control,
which is used in many 3D applications, where the user’s actions induce modifications into
the 3D environment in real time. After presenting the related works, we will introduce
a 3D inspection technique we have developed. This technique uses depth and contours
information in order to compute camera movements adapt