Interaction haptique pour la conception de formes en CAO immersive
Résumé
This thesis addresses the use of Virtual Reality and focuses on haptic feedback to enhance users' interaction in systems of Computer Aided Design. Here we describe the place of Product Lifecycle Management in the production process, specifically, the role of Computer Aided Design. CAD encompasses numerous functionalities for the 3D editing of numerical mock-ups, but lacks recent methods of interaction. This is why we investigate the use of VR : to ease editing of forms. To have a better understanding of our proposed haptic solutions, we first present some relevant properties of CAD, such as data structures and the concepts of Boundary Representation, history graph of conception and persistent naming. We also describe three main categories of perceptible information : referents, geometrical information and haptic guides. Then, we present the tactile and force feedbacks used to map these information. The work of the designer is separated into two main types of task : the selection and the modification of the digital mock-up. Our research on new haptic interaction is structured around these two types. First, we describe the issues linked to the selection process : the research of an adapted haptic feedback and the creation of an appropriate method to select "in context" the different elements of the mock-up. Second, we present two tasks that are typical of CAD modification : the editing of curves and surfaces, and the extrusion. These two functionalities are used to highlight the benefits of haptics in order to edit parameters of two different CAD operations. We focused our study on the impact of different factors such as the context of the task, the simultaneous manipulation of parameters, and the user ease to understand our solutions. The analysis of the experimental results does not clearly support haptic usefulness. It has been noted that this is usually well-welcomed by users, although special care is required for the tuning of the feedback and for the integration of the different methods to prevent disturbing and uncomfortable manipulation. Nevertheless, future prospects on haptic integration for CAD editing look promising. We conclude by providing some guidelines about the integration of VR in CAD, which will be mandatory for a thorough evaluation of our solution with CAD experts.
Les travaux présentés dans cette thèse traitent de l'utilisation de la Réalité Virtuelle (RV) et plus particulièrement du retour d'effort pour améliorer l'interaction dans les applications de Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Dans ce document, nous décrivons le rôle actuel du Product Lifecycle Management (PLM) dans l'industrie, et plus spécifiquement la place tenue par l'outil CAO. Celui-ci offre de nombreuses fonctionnalités pour l'édition d'une maquette en trois dimensions, mais, actuellement, ne bénéficie pas pleinement des méthodes d'interactions les plus récentes. Notre positionnement de recherche concerne l'utilisation des dispositifs de visualisation ainsi que les nouvelles méthodes d'interaction offertes par la RV, pour rendre l'édition de forme plus intuitive. Toutefois, de nombreuses applications industrielles du PLM, telles que l'assemblage ou l'ergonomie, utilisent déjà des solutions de RV pour augmenter l'interaction avec le produit. Afin de bien appréhender les solutions haptiques que nous proposons, un rappel des principaux concepts de la CAO est effectué, en particulier relatif à ses modèles de données (B-Rep, graphe d'historique, persistent naming). On décrit également les informations perceptibles autour de trois principales catégories : référents, informations géométriques et guides, puis les retours tactiles et d'efforts envisagés pour traduire les différents types d'informations que l'on peut rencontrer. Le travail du concepteur s'articulant autour de deux catégories de tâches : la sélection et la modification de la maquette CAO, nous avons structuré nos travaux de recherche en haptique autour de ces deux grandes classes. De fait, nous abordons ensuite les problématiques de sélection dans une maquette 3d, sélection assistée par des retours haptiques adaptés, et ce en particulier pour permettre une perception fine des composants topologiques. Dans un second temps, nous présentons deux tâches représentatives des activités de modification en CAO : l'édition de courbes et surfaces et l'extrusion. Ces deux fonctionnalités permettent de montrer l'apport de l'haptique pour la manipulation de paramètres sur deux types d'édition CAO très différents. Nous nous intéressons à l'impact de différents facteurs comme le contexte de réalisation de la tâche, la manipulation simultanée des paramètres, la cohabitation de multiples retours haptiques, ou la prise en main, par les tilisateurs, des solutions haptiques. L'analyse des expérimentations relatées dans cette thèse montre des résultats mitigés sur l'apport de l'haptique. Si ce canal sensorimoteur est généralement plebiscité, il convient néanmoins de faire attention au paramétrage des retours d'effort et à la mise en relation des différentes méthodes haptiques, au risque de gener le travail de l'utilisateur du système CAO. Au demeurant, une fois cet écueil évité, les perspectives de l'intégration de l'interaction haptique pour l'aide 'a l'édition CAO semblent prometteuses. Nous concluons cette recherche en esquissant la méthodologie d'intégration RV-CAO qu'il conviendrait de suivre pour mener à bien une évaluation complète de nos solutions avec des utilisateurs CAO experts.
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