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THÈSE présentée par Didier CASALTA pour obtenir le titre de Docteur de l’Univer

THÈSE présentée par Didier CASALTA pour obtenir le titre de Docteur de l’Université Paris XI Orsay Spécialité : Informatique ÉTUDE DE LA COORDINATION BIMANUELLE DANS LE DOMAINE DE L'INTERACTION HOMME-MACHINE Soutenue le 22 septembre 2000 devant le jury composé de : B. BARDY Paris XI Président D. MOTTET Montpellier I Rapporteur J. NANARD Montpellier II Rapporteur Y. GUIARD CNRS Examinateur M. BEAUDOUIN-LAFON Paris XI Examinateur À ma mère, À ma sœur, À mes amis. REMERCIEMENTS Ce travail a été effectué au sein du Laboratoire de Recherche en Informatique (Paris XI) et du laboratoire de Mouvement et Perception (CNRS/Aix-Marseille II). Je tiens à remercier Monsieur GOUYOU-BEAUCHAMPS pour son accueil au LRI. Je tiens à remercier également Monsieur Jean PAILHOUS et Monsieur Michel LAURENT, successivement directeur du laboratoire de Mouvement et Perception pour m’avoir accueilli et permis d’entreprendre ma thèse au sein de leur équipe. Je suis reconnaissant à Monsieur Yves GUIARD pour m’avoir fait confiance et m’avoir orienté lors de mes études expérimentales. Je suis reconnaissant à Monsieur Michel BEAUDOIN-LAFON pour avoir supervisé cette étude, de m’avoir conseillé justement lors de mes conclusions et je n’oublierai pas les encouragements qu’il m’a apportés pendant toute la durée de ma thèse. Qu’il me soit permis d’exprimer ma sincère et profonde reconnaissance à Monsieur Denis MOTTET pour les conseils qu’il m’a prodigués lors de nos discussions qui ont efficacement contribué à mon travail. Je lui sais gré de la compréhension et de la gentillesse qu’il a manifestées à mon égard. Mes sincères remerciements à Monsieur Benoît BARDY directeur du Centre de Recherche en Sciences du Sport, pour ses suggestions, sa compréhension et son soutien. Je tiens à remercier l’ensemble de l’équipe du laboratoire Mouvement et Perception pour sa sympathie et pour m’avoir guidé dans le domaine des sciences cognitives. Que tous mes amis d’Orsay qui ont assisté à la dernière ligne droite reçoivent mes remerciements. Je voudrais mettre aussi en avant les conseils et la sagesse de mes amis qui m’ont soutenu et supporté pendant ces années, et particulièrement à Julien et Serge pour leur regard externe aux domaines traités dans cette thèse. Je tiens à saluer l’affectueux soutien que m’ont fait part Guillaume, Frédérique, Thierry, Carole, et Pascale pendant la durée de ces travaux. Cette thèse n’aurait pu exister sans le soutien, la présence et la disponibilité irréprochables de ma mère et de ma sœur. Je leur dédis donc avec plaisir et reconnaissance ma thèse. Table des Matières INTRODUCTION 9 CHAPITRE I. IHM ET COORDINATION BIMANUELLE 11 I.1 INTRODUCTION 11 I.2 INTERFACE HOMME-MACHINE 12 I.2.1 ÉVOLUTION DE L’INTERACTION HOMME-MACHINE 12 I.2.2 INTERFACES HOMME-MACHINE ACTUELLES 25 I.3 INTERACTION BIMANUELLE 29 I.4 COORDINATION BIMANUELLE 31 I.5 CADRE THÉORIQUE 32 CHAPITRE II. OUTILS ET MÉTHODES 35 II.1 SUJETS 35 II.2 DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL 35 II.2.1 TABLETTE GRAPHIQUE 36 II.2.2 SYSTÈME INFORMATIQUE 39 II.3 TRAITEMENT DES DONNÉES 43 CHAPITRE III. TRAVAIL EXPÉRIMENTAL : ÉDITION GRAPHIQUE 48 III.1 INTRODUCTION 48 III.2 DÉFINITIONS GÉOMÉTRIQUES D'UN RECTANGLE 52 III.3 CONDITIONS EXPÉRIMENTALES 53 III.3.1 CONDITION SYMÉTRIQUE 54 III.3.2 CONDITIONS ASYMÉTRIQUES 55 III.3.3 RÉSUMÉ DES CONDITIONS 58 III.3.4 MODIFICATION PHYSIQUE DES ENTRÉES BI-MANUELLES 59 III.3.5 DIFFÉRENCES DE DISTANCE ENTRE LES CONDITIONS 60 III.4 PRÉDICTIONS 62 III.5 PROCÉDURE 63 III.6 RÉSULTATS 65 III.6.1 PERFORMANCES 65 III.6.2 INACTIVITÉ 66 III.6.3 PRÉCESSION TEMPORELLE DE RÉALISATION DE LA TÂCHE 66 III.6.4 PRÉCESSION TEMPORELLE, AMORCE DE MOUVEMENT 69 III.6.5 PARALLÉLISME 71 III.6.6 QUANTIFICATION DE L’EFFICACITÉ DE DÉPLACEMENT 73 III.7 DISCUSSION 80 III.7.1 DISCUSSION SUR LES RÉSULTATS ET LE MODÈLE 80 III.7.2 APPLICATIONS À L'INTERACTION HOMME-MACHINE 83 CHAPITRE IV. TRAVAIL EXPÉRIMENTAL : NAVIGATION - POINTAGE 84 IV.1 INTRODUCTION 84 IV.2 CONDITIONS EXPÉRIMENTALES 89 IV.2.1 CONDITION BARRES DE DÉFILEMENT 90 IV.2.2 CONDITION MANIPULATION DIRECTE 91 IV.2.3 CONDITION INTÉGRATION DES DIMENSIONS 92 IV.2.4 CONDITION INTERACTION BIMANUELLE 92 IV.2.5 RÉSUMÉ DES CONDITIONS 92 IV.3 PRÉDICTIONS 93 IV.4 DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL 95 IV.5 PROCÉDURE 96 IV.6 RÉSULTATS 101 IV.6.1 PERFORMANCES 101 IV.6.2 DÉCOMPOSITION DU TEMPS TOTAL 103 IV.6.3 DÉCOMPOSITION DU TEMPS DE MOUVEMENT 103 IV.6.4 TEMPS DE NAVIGATION 105 IV.6.5 TEMPS DE TRANSITION 108 IV.6.6 TEMPS DE POINTAGE 110 IV.6.7 ACQUISITION DES ASCENSEURS 111 IV.6.8 ÉCHELLE DE GRANDEUR 113 IV.6.9 TAILLE DE LA TABLETTE 114 IV.7 DISCUSSION 115 IV.7.1 DISCUSSION SUR LES RÉSULTATS 115 IV.7.2 APPLICATIONS À L'INTERACTION HOMME-MACHINE 120 CHAPITRE V. CONCEPTION D'UNE INTERACTION BIMANUELLE 122 V.1 LE CHOIX DE LA COORDINATION BIMANUELLE 122 V.2 DISCUSSION SUR LA COORDINATION BIMANUELLE 123 V.3 DESCRIPTION DE LA TÂCHE 126 V.3.1 ASSEMBLAGE DE DEUX MOTEURS 126 V.3.2 MÉTHODE DE DESCRIPTION D'UNE COORDINATION 127 V.3.3 RÉSUMÉ 131 V.4 PRINCIPES D'IMPLÉMENTATION DE LA COORDINATION BIMANUELLE 132 V.5 AVANTAGES DE LA COORDINATION BIMANUELLE 133 V.6 APPLICATIONS À L'IHM 133 V.6.1 ACTION BIMANUELLE DANS UNE FENÊTRE 135 V.6.2 INTERACTION AVEC LES PALETTES 136 V.6.3 FENÊTRES ET APPLICATIONS 137 V.6.4 UN PÉRIPHÉRIQUE D'ENTRÉE IDÉAL POUR LA MAIN GAUCHE 139 CHAPITRE VI. CONCLUSION 147 VI.1 RÉSUMÉ 147 VI.2 PERSPECTIVES 150 CHAPITRE VII. BIBLIOGRAPHIE 152 9 Introduction Cette thèse entre dans le cadre général des sciences cognitives et de l’informatique, en particulier dans le domaine de l'interaction homme-machine (IHM). Le but de l’étude est de mettre au point de nouveaux types d’interaction entre l’être humain et l’ordinateur en mettant à profit les connaissances dont nous disposons sur la coordination bimanuelle. Notre étude se focalisera sur deux tâches choisies pour leur caractère générique en informatique, le dessin et la manipulation de document sur un ordinateur équipé de deux périphériques de pointage (souris ou trackball par exemple) confiés aux deux mains de l’utilisateur. À partir de l'expérience faite en 1986 par Buxton et Myers [BM86], dans le domaine de l'IHM sur les interfaces à entrée bimanuelle, nous appliquons le modèle de la chaîne cinématique proposée par Guiard [Gui87]. Ce modèle qui formule des principes de l’action bimanuelle, suggère que chez l’homme les deux mains travaillent non seulement en coopération mais encore le plus souvent de manière asymétrique, c'est-à-dire avec une division différenciée du travail. Dans la première partie de ce mémoire, nous rappelons l’évolution des réalisations en matière d’interface homme-machine depuis l’origine de l’informatique. Nous décrivons également les connaissances en sciences cognitives sur la coordination bimanuelle, puis nous rappelons brièvement les diverses études menées sur les interfaces bimanuelles. Dans le deuxième chapitre, nous présentons les principaux outils que nous avons utilisés, issus de l’informatique et adaptés à une étude en psychologie expérimentale. Les Chapitres III et IV rapportent les deux études expérimentales que nous avons menées respectivement sur le thème de l’édition graphique et de la navigation dans un 10 document. Dans chacune de ces études, nous avons proposé et évalué différentes techniques d’interaction bimanuelle. À partir de nos résultats et des travaux qui ont été réalisés jusque-là sur la coordination bimanuelle, nous établissons, au chapitre V, une méthode de description de la tâche bimanuelle. De cette description, nous isolons les bénéfices de la coordination bimanuelle, et nous définissons des principes d'implémentation de la coordination bimanuelle qui doivent être suivis pour ne pas perturber les utilisateurs. Des réponses sont apportées aux questions suivantes : sommes-nous capables d’utiliser nos deux mains avec une interaction bimanuelle sur ordinateur ; l’interaction bimanuelle est-elle nécessaire ; comment attribuer les différents contrôles aux deux mains pour avoir l’interaction la plus intuitive et naturelle ; quel rôle peut-on donner à la deuxième main ? En conclusion de nos travaux, nous établissons un concept d'interaction qui a pour but de permettre de réaliser les différentes tâches informatiques à l'aide des deux mains. Dans ce concept, la main gauche (pour un droitier) manipule un périphérique de pointage équivalent à la souris et qui apporte une aide à la manipulation de l'ensemble de l'interface graphique. Elle permet ainsi de gagner du temps et de simplifier les actions motrices. 11 Chapitre I. IHM et Coordination Bimanuelle I.1 Introduction Le mot « Informatique » désigne le traitement automatique de l’information. À l’origine, les premières machines de l’informatique étaient des calculateurs, leur utilisation se réduisait à une programmation d’instructions et d’opérations arithmétiques. Les ordinateurs sont devenus de plus en plus rapides, mais c’est véritablement avec l’évolution des périphériques et des interfaces que l’ordinateur s’est ouvert à d’autres secteurs d’activités. On a vu successivement, dans l’informatique, un outil de stockage illimité, un outil puissant de recherche, un outil de centralisation d’informations et de ressources, un outil d’aide à la conception, un outil de création et avec l’avènement d’Internet, un outil de communication. L’histoire de l’informatique peut être décrite sous différents points de vue. La manière la plus simple de montrer l’histoire de l’informatique est de décrire les différentes générations d’ordinateurs en parlant des diverses évolutions techniques. Cependant, l’informatique n’est pas restreinte aux ordinateurs, il s’agit surtout d’un outil fait sur mesure pour l’homme. Chaque innovation technique a donné des capacités supplémentaires à cet outil, chaque nouvelle utilisation possible a été accompagnée d’un changement de comportement de l’homme envers la machine, chaque changement a apporté de nouveaux besoins qui eux-mêmes ont contribué à la création de nouvelles technologies. À côté des problèmes classiques concernant la structure des ordinateurs, l’algorithmique, le génie logiciel, les bases de données, l’IHM est devenu un chapitre à part entière, et un chapitre incontestablement critique uploads/Science et Technologie/ etude-de-la-coordination-bimanuelle-dans-le-domaine-de-l-x27-interaction-homme-machine.pdf