AFRV 2014 – Sessions

Mercredi 26 novembre

  • 11:00-12:00 – Session A1 – Interactions

    Visuo-haptic manipulation of objects with the virtual mitten

    Merwan Achibet, Maud Marchal, Ferran Argelaguet, Anatole Lécuyer

    In this paper, we propose a novel visuo-haptic interaction paradigm called the “Virtual Mitten” for simulating the 3D manipulation of objects. Our approach introduces an elastic handheld device that provides a passive haptic feedback through the fingers and a mitten interaction metaphor that enables to grasp and manipulate objects. The grasping performed by the mitten is directly correlated with the grip force applied on the elastic device and a supplementary pseudo-haptic feedback modulates the visual feedback of the interaction in order to simulate different haptic perceptions. The Virtual Mitten allows natural interaction and grants users with an extended freedom of movement compared with rigid devices with limited workspaces. Our approach has been evaluated within two experiments focusing both on subjective appreciation and perception. Our results show that participants were able to well perceive different levels of effort during basic manipulation tasks thanks to our pseudo-haptic approach. They could also rapidly appreciate how to achieve different actions with the Virtual Mitten such as opening a drawer or pulling a lever. Taken together, our results suggest that our novel interaction paradigm could be used in a wide range of applications involving one or two-hand haptic manipulation such as virtual prototyping, virtual training or video games.

    Manipulation, passive haptics, pseudo-haptic feedback, mitten

    Objets physiques interactifs pour de la performance artistique immersive

    Damien Clergeaud, Myriam Desainte-Catherine, Martin Hachet

    Nous explorons des scénarios de jonglage augmenté où l’artiste interagit avec un espace visuel et sonore à partir d’objets physiques interactifs. L’interaction tangible et le rendu immersif associé ouvrent de nouvelles dimensions pour l’interaction homme-machine et pour la performance artistique.

    IHM, réalité augmentée, jonglage, rendu immersif, interaction tangible

    Context-aware navigation for virtual environments

    Ferran Argelaguet Sanz

    Navigation speed for most of navigation interfaces is still determined through rate-control devices (e.g. joysticks or game pads). The interface designer has to determine the range of optimal speeds which is typically determined by the level of scale of the environment and the simulated navigation. However, this approach is not valid for complex environments (e.g. multi-scale environments) which might result in non-appropriate navigation speeds leading to non-desired side effects such as motion sickness. To cope with this limitation, we propose an speed adaptation algorithm which considers the layout of the virtual environment from the users viewpoint and the users’ perception of motion. Two main benefits arise from its usage. First, our approach is able to adapt the navigation speed in multi-scale virtual environments and second, is able to provide a smooth navigation experience decreasing the jerk of the trajectory. We compared our approach with state of the art approaches in a desktop environment. The results showed that our approach is able to provide a comparable performance as existing approaches but also minimizes the jerk of the trajectories. The results obtained encourage us to extend our approach to its usage in fully immersive setups in order to explore whether or not it is able to decrease the effects of motion sickness.

    Navigation, 3D User Interfaces, Adaptive Interaction

  • 14:20-15:40 – Session A2 – Présentations industrielles

    Keynote – La réalité mixte pour l’industrie

    Lionel Joussemet – Diotasoft

    Réalité Virtuelle Industrielle : Simulation d’embarquement des berceaux dans la fabrication des SNA Barracuda

    Yann Bouju – DCNS

    Laboratoire Interactions Immersives

    Jérôme Royan – IRT b<>com

    L’Acceptation Industrielle de la Réalité Virtuelle

    Tangi Meyer, Fabrice Cassan ‐ ESI France

  • 16:00-16:40 – Session A3 – Outils et méthodes

    Contrôle sans contact : vers un pipeline versatile et normalisé

    Exavérine Clin, Romain Guillemot, Stéphanie Prévost, Yannick Rémion, Laurent Lucas

    Ces dernières années ont vu l’apparition sur le marché grand public de périphériques variés d’interaction à bas coût. De fait, leur démocratisation ouvre la voie au développement d’IHMs contrôlables sans contact. Les outils logiciels qui permettent aux développeurs d’intégrer ces matériels sont le plus souvent dédiés à un périphérique donné ou, au mieux, à une famille restreinte de périphériques. Cela impose pour une solution qui se voudrait flexible et polyvalente d’intégrer des outils hétérogènes, et dont les données produites sont de natures diverses (suivi des mains, du squelette de l’utilisateur, de son regard, etc.). C’est cette double problématique qui nous amène à proposer dans cet article une architecture logicielle qui intègre à la fois une abstraction de la communication avec les périphériques et un outil évolutif pour la gestion normalisée d’interactions sans contact.

    Contrôle sans contact, reconnaissance de gestes, suivi de regard, architecture logicielle, interaction, IHM

    A generic model for distributed Virtual Reality using DDS

    Hassan Haidar, Ronan Querrec, Ali Hamie

    Despite all the focus on the distribution of virtual reality environment, collaboration and cooperation are getting all the attention behind distribution. In this regard, middleware solutions are grabbing the attention for adding services to already implemented applications. In parallel, the peer-to-peer network architecture is a addressing the scalability needs with Distributed Virtual Reality Environment (DVE). In this paper we discuss the usage of Data Distribution Service (DDS) as an OMG standard for DVE that in its turn is being widely used with complex systems. We will also cover the mechanism for using the IDL file and its re-engineering process that is a limitation with semantic modelling platforms. Thus, we show how through UML meta-model we can bypass this limitation and consequently provide a generic perspective. However, DDS capability to distribute VR data is not by itself sufficient and it requires a layer on top of it representing strategies and policies that can make cooperation and collaboration for a distributed virtual reality environment be approached.

    Virtual reality, complex systems, UML, Metamodel,DDS, OMG, IDL, Middleware

  • 16:40-17:40 – Session A4 – Formation

    Diegetization: an approach for narrative scaffolding in open-world simulations for training

    Kevin Carpentier, Domitile Lourdeaux

    The use of storytelling for learning is widely approved and encouraged. Yet, in virtual environments for training, there are difficulties to build a story when there is no global control over the course of events. We present in this paper an approach called diegetization. Supported by structuralist narrative theories, this approach aims to dynamically match a sequence of events with sequence of narrative patterns. The pedagogical prescriptions are then extended to consolidate the recognized narrative sequences. The process uses semantic models to benefit from pattern matching algorithm and deep inferences. The proposition was implemented in the HUMANS platform and applied to a scenario for training in high-risk activities.

    virtual training, interactive storytelling, constraint satisfaction problem, structuralism, semiotic, semantic representation

    Handwriting learning systems: towards an adaptation model in virtual environments

    Rémy Frenoy, Indira Thouvenin, Olivier Gapenne

    Handwriting learning is a complex and multi-steps process where trainees are supposed to improve several psychomotor and cognitive skills. Intelligent tutoring systems are used for non-gestural teaching and are strategy-based, whereas sensorial-feedback systems (visual, audio, haptic, …) are widely used for gestural teaching. These approaches are reactive, improve learning performances, but do not integrate motor skill evolution through time. We discuss two challenging issues i.e. user activity analysis and adaptive guidance for handwriting learning with mixed reality systems.

    L’apprentissage de l’écriture est un processus complexe impliquant différentes étapes de développement. Lors de chacune de ces étapes, l’apprenant développe différentes capacités psychomotrices et cognitives. Les systèmes tuteurs intelligents sont principalement utilisés dans le cadre de l’apprentissage de compétences non gestuelles, et sont basées sur des stratégies. Les systèmes à retours sensoriels (visuels, sonores, haptiques, …) sont quant à eux largement utilisés dans le cadre de l’apprentissage de geste. Ces approches sont réactives, améliorent l’apprentissage, mais ne prennent pas en compte l’évolution de l’apprenant et de ses capacités au cours du temps. Nous discutons ici de deux enjeux du développement des systèmes d’apprentissage de l’écriture : l’analyse de l’activité de l’utilisateur, et le guidage adaptatif pour l’apprentissage de l’écriture en environnement mixte.

    Sensorial feedback, adaptation, teaching in mixed reality, gestural interaction

    Vers un simulateur pour l’apprentissage de la conduite en fauteuil roulant électrique pour des enfants polyhandicapés

    Steve Giner, Nancy Rodriguez

    La réalité virtuelle est, depuis des nombreuses années, largement utilisée dans le domaine de l’entraînement. En effet, avec la réalité virtuelle il est possible de recréer et expérimenter une situation particulière tout en gardant le contrôle sur le déroulement des actions. Les environnements virtuels sont donc des outils d’apprentissage hautement disponibles, sans risques et permettant à l’étudiant de progresser à son propre rythme. En répétant ses actions jusqu’à l’obtention d’une certaine assurance, le passage vers la situation et l’équipement réel est facilité. Dans cet article nous présentons nos travaux en cours concernant le développement d’un simulateur d’apprentissage de la conduite d’un fauteuil roulant électrique, permettant à des enfants atteints de polyhandicap de se familiariser plus tôt avec le fauteuil, de comprendre son fonctionnement et de se préparer à le conduire, un grand pas dans l’acquisition de leur autonomie.

    Simulation, réalité virtuelle, interaction, handicap, polyhandicap, fauteuil roulant, apprentissage, périphériques alternatifs

Jeudi 27 novembre

  • 14:00-15:00 – Session A5 – Applications

    Physiological-based dynamic difficulty adaptation in a theragame for children with cerebral palsy

    Adrien Verhulst, Takehiko Yamaguchi, Paul Richard

    L’objectif de cette étude est de proposer une adaptation dynamique de la difficulté (DDA) basée sur les données physiologiques et l’état affectif du patient, dans un jeu de rééducation (theragame) d’enfants atteint d’infirmité motrice cérébrale (Cerebral Palsy). Dans cette étude, nous présentons l’ensemble des étapes du développement d’une telle DDA, en décrivant successivement : (1) l’acquisition des signaux physiologiques, (2) l’extraction des caractéristiques de ces signaux, (3) lentraînement d’un classifier automatique (learning classifier) des ces signaux et (4) l’implémentation de cette DDA dans un jeu de rééducation. Nous avons avec succès, dans cette étude, mis en place une DDA basée sur les données physiologiques et l’état affectif de l’utilisateur (anxiété et ennui seulement).

    Dynamic Difficulty Adaptation, Physiological signal, Emotion Recognition, Theragame, Cerebral Palsy.

    An overview of occlusion issues handling in Augmented Reality

    Alia Rukubayihunga, Jean-Yves Didier, Mehdi Chouiten, Samir Otmane

    Augmented reality is a field related to superposition of virtual elements in a real environment. As Ronald Azuma has mentioned, one important feature of augmented reality is real-time interaction not only with a user but also between real and virtual objects. So the user has to manipulate some virtual entities the same way he would do with real ones. However, manipulation errors and cognitive problems may exist due to misguiding depth clues. This misperception is often caused by occlusion issues which are not managed or solved by several augmented reality systems. In this paper, we will present a brief survey of how occlusion and interpenetration issues are tackled and solved in augmented reality systems. Some occlusion refining solutions which improve realistic rendering are also presented in this paper. Finally, we compare the use conditions of each method and make a list of their strong points and drawbacks in order to choose which method is relevant according to its application context.

    Augmented Reality, Occlusion, Interpenetration, Visualisation, Perception

    La Réalité Virtuelle au Conservatoire Numérique du Patrimoine Archéologique de l’Ouest

    Jean-Baptiste Barreau, Ronan Gaugne, Valérie Gouranton

    L’objectif du travail présenté est de fournir aux archéologues, des outils de travail basés sur la réalité virtuelle. Ces outils vont pouvoir être utilisés à différentes étapes :
    (i) pour l’analyse scientifique et la compréhension de contextes archéologiques,
    (ii) pour valider certaines hypothèses, argumenter et démontrer,
    (iii) pour diffuser, à des fins pédagogiques et de médiation scientiques.

    Les différents sites étudiés dans le cadre de ce travail portent sur des travaux d’archéologie en cours, qui ont pu bénéficier de l’apport de la réalité virtuelle : le cairn de l’ile de Carn, la villa Gallo-Romain du bourg Saint-Père, le temple Gallo-Romain du Haut-Bécherel, le donjon de Sainte-Suzanne, la chapelle de Languidou, le navire de la compagnie des Indes « Le Boullongne ».

    Ces différents sites ont été reconstitués à l’échelle 1 afin de permettre aux archéologues de travailler en immersion [1]. La reconstitution s’est appuyé soit sur des numérisations de sites existants par photogrammétrie (cairn de Carn) [2] ou scan laser (chapelle de Languidou), soit sur des modélisations par des infographies encadrés par les archéologues (le donjon de sainte-Suzanne, le Boullongne), ou directement modélisés par des archéologues (la villa du Bourg Saint-Père, et le temple du Haut Bécherel). Différentes modalités de navigations ont été implémentées pour permettre aux archéologues de se déplacer sur des sites pouvant s’étendre sur plusieurs ares [4, 3]. Nous avons proposé un système d’annotation des modèles [3], et d’éclairage dynamique [2], ainsi que des interactions naturelles pour déplacer certains objets (tourner la barre sur le Boullongne). Nous étudions également la représentation de l’incertitude dans les reconstitutions [5], et l’évolution des sites dans le temps [3]. Certaines reconstitutions, comme celle du Boullonge, s’appuient sur des simulations physiques et des ambiances sonores qui renforcent le sentiment d’immersion.

    Les implémentations de site en RV ont permis aux archéologues d’accéder à de nouveaux outils et d’expérimenter de nouvelles méthodes de travail autour des technologies 3D déjà largement utilisées dans ce domaine. Réciproquement, le travail sur ces sites historiques pose des problématiques intéressantes pour la réalité virtuelle, dans la représentation d’univers proches de la nature. Plus que le réalisme du rendu graphique, c’est la cohérence des volumes et des perspectives, et la perception d’ambiances de vie qui vont intéresser les archéologues. Ces contributions ont été réalisées dans le cadre d’un projet interdisciplinaire entre chercheurs en réalité virtuelle et archéologues, le Conservatoire Numérique du Patrimoine Archéologique de l’Ouest (CNPAO) [6]. Le CNPAO a une vocation de production, d’exploitation, de conseil en utilisation, et de préservation de données 3D. Il associe des chercheurs du Centre de Recherche en Archéologie, Archéosciences et Histoire (CReAAH), et de l’Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA). D’autres sites et objets sont en cours d’études pour créer des outils et méthodes innovantes pour les archéologues.

    Références
    [1] Gaugne R., Gouranton V., Dumont G., Chauffaut A., Arnaldi B.: Immersia, an open immersive infrastructure: doing archaeology in virtual reality, in Archeologia e Calcolatori, 2013
    [2] Gaugne R., Barreau J.-B., Cousseau F., Gouranton V., “Large-scale immersive reconstitution of a Neolithic corbel dome”, VAST 2012 Int. Symp. on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage, pp 1-8, Nov 2012
    [3] Barreau J.B., Gaugne R., Bernard Y., Le Cloirec G., Gouranton V.: Virtual reality tools for the West Digital Conservatory of Archaeological Heritage project, in VRIC 2014, Conference onVirtual Reality, ACM Apr 2014
    [4] Gaugne R., Le Cloirec G., Barreau J-B, Gouranton V., Experiencing the past in virtual reality A virtual reality event for the French National Days of Archaeology, 4th IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications, Budapest, Hungary. CogInfoCom, pp. 1-6, Dec. 2013.
    [5] Barreau J-B, Bernard Y., Petit Q., Beuchet L., Petit E., Platen V., Gaugne R., Le Rumeur J., Gouranton V, Combination of 3D scanning, modeling and analyzing methods around the castle of Coatfrec reconstitution, EuroMed, Nov. 14
    [6] Barreau J.B., Gaugne R., Bernard Y., Le Cloirec G., Gouranton V.: The West Digital Conservatory of Archaeological Heritage project, in Proc. of Digital Heritage Int. Congress 2013, Vol. 1, pp 547-554

    Réalité Virtuelle, Archéologie

  • 15:00-15:40 – Session A6 – Perception

    Le concept de présence : la manifestation de la déformation de la géométrie d'un &quot;espace-temps-cognitif&quot; sous l'influence des objets réel et virtuel qui l'occupent

    Christophe Deniaud, Vincent Honnet, Benoit Jeanne, Daniel Mestre

    Based on the MEC two-level model of Spatial Presence, we designed an experiment that explores the development of Spatial Presence in a driving simulator. In this paper, our ambition is to find a way of measuring “presence” to use it as a measure for ecological validity in driving simulators. The underlying assumption is that a person experiencing a strong sense of presence in the virtual environment will react in this environment as if it would be a real one In the spatial presence model, the propensity to build a spatial situation model is considered as an essential first step to the emergence of spatial presence, and described as strongly influenced by attention allocation towards the virtual environment. Thus, we tried to experimentally modulate the subjective attentional focus during a simulated driving task. To do so, we manipulated two independent variables: the presence of a dual task to be performed during the experiment (supposed to divert the subject’s attention from the virtual environment) and the presence of traffic (supposed to attract the subject’s attention toward the virtual environment). Results show that the presence of traffic is a negative predictor of the emergence of a spatial situation model. Moreover, the dual task had no significant effect on the subjective report of attention allocation towards the virtual environment or on the propensity to build a mental representation of the virtual environment. However, the performance in the dual task was significantly in the absence of traffic. Altogether, our results bring support to the two-level model of spatial presence. Nonetheless, it seems that, beside subjective reports, behavioral measures are necessary to assess the first level of the model, and notably the links between attention allocation and the spatial situation model. Finally, the adverse effect of traffic on the spatial situation model requires further investigation.

    Driving Simulator, Spatial Presence, Attention, Ecological Validity

    Colorimétrie appliquée à la simulation de phare de voiture

    Quentin Vidal, Sylvain Michelin, Baptiste Laborie, Andras Kemeny

    Afin d’optimiser les temps de conception d’un système d’une voiture (phare, système de freinage, etc.), les industries utilisent de manière de plus en plus régulière des logiciels de simulation et de Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Ces derniers permettent la visualisation en temps réel de ses sous-systèmes sous diverses conditions (analyse de la résistance à la pression, à la chaleur, etc.).

    Le Centre de Réalité Virtuelle et de Simulation Immersive (CRVSI) de Renault dispose d’outils de conception et de maquettage virtuel (CAVE, simulateur dynamique, etc.). Ces derniers s’intègrent dans le cycle de la conception des véhicules en offrant aux utilisateurs la possibilité d’interagir, en temps réel, avec des maquettes virtuelles.

    Dans le cadre spécifique de la simulation des phares d’une voiture, il est important d’étudier la représentativité des couleurs affichées. Il est en effet primordial que, pour un outil de validation, la restitution des couleurs soit au plus proche de la réalité physique (phare halogène, LED, Xenon, etc.).

    La colorimétrie offre plusieurs outils permettant de calculer une différence colorimétrique. Nous avons ainsi étudié l’uniformité colorimétrique des métriques CIE76, CIE94 et CIEDE2000 afin d’une part, de proposer des coefficients de pondération pour la teinte et la chroma et, d’autre part, de comparer les résultats de chacune afin de déterminer celle qui uniformise le mieux l’espace CIELAB pour la simulation d’éclairage.

    Différence colorimétrique, Psychophysique, Rendu de lumière

Vendredi 28 novembre

  • 11:00-12:40 – Session A7 – Interaction gestuelle

    Approches de réduction des impacts négatifs des interactions gestuelles sur le corps humain

    Sobhi Ahmed, Laure Leroy, Ari Bouaniche

    Malgré les avantages des interactions gestuelles, elles impliquent parfois quelques inconvénients. Un des inconvénients principaux est lié à leurs impacts physiques négatifs. Afin de réduire ceux-ci, il est important de passer par un processus d’évaluation des facteurs de risques qui permet de déterminer leur niveau d’acceptabilité et de confort. Cela permet de créer des interactions gestuelles plus ergonomiques et moins fatigantes. Nous allons proposer une méthode d’évaluation des facteurs de risques des gestes basée sur les méthodes d’évaluation des tâches dans le milieu du travail et les recommandations existant dans certaines normes. L’objectif est d’essayer d’améliorer les interactions dans les environnements virtuels et de les rendre plus faciles et moins fatigantes.

    Interaction gestuelle, évaluation des gestes, troubles musculo-squelettiques, fatigue gestuelle

    Mimetic interaction spaces: controlling distant displays in pervasive environments

    Hanae Rateau, Laurent Grisoni, Bruno de Araujo

    Les contextes de réalité virtuelle, augmentée ou mixte, peuvent induire de placer l’utilisateur dans un environnement pervasif afin d’enrichir l’expérience utilisateur. Dans le cadre d’environnements pervasifs, plusieurs utilisateurs peuvent avoir accès à différents espaces d’affichage ou objets connectés. Les techniques d’interaction permettant d’interagir avec de tels dispositifs, que ce soit un utilisateur avec plusieurs écrans ou plusieurs utilisateurs avec un seul écran, ont encore besoin d’être développées. Ces deux configurations sont aussi souvent considérées comme deux problèmes distincts. Les approches standards proposées imposent bien souvent une forte dépendance entre la position physique de l’interface et celle de l’utilisateur. Nous proposons de rassembler ces deux configurations sous un même concept en découplant la position physique de l’entrée utilisateur. Nous présentons dans cet article le concept de mimetic interaction spaces (MIS), ou espaces mimés. Il s’agit d’espaces d’interaction imaginaires définis dynamiquement par l’utilisateur. Ces espaces peuvent être utilisés pour définir des techniques d’interaction dans l’espace. Nous décrivons dans la suite une étude de design participative montrant que le concept peut être facilement accepté par les participants. L’étude nous a aussi permis de faire ressortir des gestes de création et de suppression d’espaces. Pour finir, nous proposons un design-space pour des interactions basées sur le concept des espaces mimés et nous montrons comment un tel concept peut être utilisé dans le contexte d’interaction avec plusieurs écrans ou de collaboration.

    gestural interaction ; mid-air gestures ; contactless interaction

    HorizontalDragger: a freehand remote selector for object acquisition

    Siju Wu, Amine Chellali, Samir Otmane, Guillaume Moreau

    Interaction with computers using freehand gestures becomes more and more popular. However, it is hard to make precise inputs by making gestures in air without a physical support. As a result, selecting a small object from dense target clusters is still a difficult task for bare hand interaction. In this paper, we present the HorizontalDragger, a new selection technique aimed to improve the selection precision by converting the 2D selection problem into a 1D selection problem. After setting a region of interest in the display, all the objects inside the region are considered as potential targets. The user can drag the index finger horizontally to choose the de- sired target. Because the effective width of each potential target is set to a constant value, the user can switch the focus in the region of interest in a predictable way. We have made two preliminary studies to find appropriate values for the size of the region of interest and the effective width. We are going to evaluate the performance of this technique by comparing it with other recent remote selection techniques in the future work.

    gesture interaction, remote selection