Doctorant F/H Conception et évaluation de techniques de locomotion semi-automatiques pour la navigation interactive en milieu immersif

Context
Inria est l’institut national de recherche en sciences et technologies du numérique. La recherche de rang mondial, l’innovation technologique et le risque entrepreneurial constituent son ADN. Au sein de 200 équipes-projets, pour la plupart communes avec les grandes universités de recherche, plus de 3 500 chercheurs et ingénieurs y explorent des voies nouvelles, souvent dans l’interdisciplinarité et en collaboration avec des partenaires industriels pour répondre à des défis ambitieux.
Inria est un des membres fondateurs du consortium Jumeaux Numériques des Territoires (JUNN), qui vise à doter la France d'une infrastructure stratégique pour rendre les territoires intelligibles et anticipables. Ce programme ambitionne de structurer l'écosystème français des jumeaux numériques de territoires : un commun numérique souverain, ouvert et interopérable, au service de la planification écologique, de l'innovation industrielle et de la décision publique.
Aux côtés de l’IGN, du Cerema et d’autres partenaires industriels et académiques, Inria contribue aux briques scientifiques et technologiques du projet (modèles 3D et temporels, graphes de connaissances, IA, simulations, interactions immersives avancées) et en assure la coordination scientifique.
Dans ce contexte, l'équipe ILDA mène des recherches sur les moyens de permettre aux utilisateurs de naviguer de manière interactive dans des représentations 3D immersives. Les interactions liées à la navigation immersive posent en effet d'importants problèmes d'utilisabilité. Un des problèmes majeurs est la cybercinétose, ou mal des simulateurs, dont les symptômes peuvent se traduire par des nausées, vertiges, maux de tête ou encore des troubles de l'équilibre. La cybercinétose résulte de conflits sensoriels entre 1) les informations visuelles que perçoit l'utilisateur, en immersion dans un environnement virtuel en mouvement ; et 2) les informations vestibulaires et proprioceptives que perçoit ce même utilisateur, qui peuvent ne pas correspondre aux mouvements de translation et d'orientation de la caméra virtuelle contrôlant le champ de vision de l'utilisateur.
De tels conflits sensoriels vont typiquement apparaitre quand l'utilisateur navigue d'un point de vue à un autre point de vue éloigné dans le monde virtuel par translation et rotation automatique animée de la caméra suivant une trajectoire prédéfinie. Ce moyen de parcourir virtuellement de grandes distances présente certains avantages : il permet d'optimiser la trajectoire ; il nécessite peu d'interactions motrices de la part de l'utilisateur (par opposition à une navigation qui ne serait basée que sur les mouvements de marche de l'utilisateur) ; et il permet de couvrir de grandes distances dans un espace physique très restreint, potentiellement assis sur une chaise en position fixe. Mais les inconvénients liés à la cybercinétose ont un impact négatif trop important pour envisager de tels déplacements automatiques.
Assignment
Différentes techniques d'interaction ont été conçues pour limiter ces conflits sensoriels entre système visuel et système vestibulaire. La téléportation est l’une des plus efficaces, car elle supprime le mouvement visuel continu, bien qu’elle puisse affecter l’orientation spatiale. Les vignettes dynamiques ou la réduction du champ de vision pendant les déplacements diminuent le flux optique périphérique et réduisent significativement les symptômes. D’autres approches cherchent à renforcer la cohérence sensorielle, comme la locomotion couplée aux mouvements de la tête ou du corps, ou l’ajout de repères visuels stables.
Les travaux de recherche se sont jusqu'à maintenant essentiellement concentrés sur les transitions entre deux perspectives de l'utilisateur sur le monde virtuel à la première personne (dites vues ego-centriques). La transition entre deux perspectives de natures différentes, l'une ego-centrique et l'autre offrant une vue à la troisième personne permettant de situer l'utilisateur dans son environnement (exo-centrique), n'a à notre connaissance pas été explorée et soulève de nombreux défis et questions de recherche.
Le but de cette thèse est d'explorer différentes manières d'effectuer des navigations interactives entre des configurations impliquant 1) deux points de vue, l'un ego-centrique et l'autre exo-centrique; ou 2) une séquence de points de vue exo-centriques. Les techniques d'interaction sous-jacentes, à concevoir et à valider, doivent permettre à l'utilisateur de conserver une bonne orientation spatiale en immersion (c'est-à-dire, comprendre là où il se trouve et dans quelle direction il regarde), quelle que soit l'échelle, et en minimisant les problèmes de cybercinétose.
Main activities
Les activités de recherche menées dans le cadre de cette thèse incluent :
étude de l'état de l'art en termes de locomotion interactive dans des représentations immersives ;
création d'un espace de conception (design space) structuré en fonction des dimensions caractérisant les transitions de navigation entre points de vue (ego- \& exo-centriques) ;
identification de techniques de navigation sur la base de cet espace de conception ;
prototypage de ces techniques de navigation dans des environnements immersifs ;
définition de méthodes d'évaluation des techniques de navigation (opérationalisation des tâches, réflexion quant aux mesures à effectuer pour obtenir des observations concernant à la fois les questions de cybercinétose et d'orientation spatiale) ;
évaluation des techniques de navigation prototypées sur la base de ces méthodes d'évaluation.
Skills
Compétences techniques et niveau requis : développement logiciel, et IHM en particulier. La maîtrise de Unity, Unreal ou de WebXR constitue un atout important.
Langues : Anglais