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Alexandre Kabil
4 mai 2020
Thèse en réalité virtuelle de l'Université Paris Saclay

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Thèse en réalité virtuelle de l'Université Paris Saclay

Sujet de la thèse: Comprendre l’impact des rétroactions et de l’accompagnement virtuels sur l’expérience utilisateur : Application à la rééducation du membre supérieur post-AVC

Unité de recherche : IBISC - Informatique, BioInformatique, Systèmes Complexes

Mots clés : Réalité Virtuelle, Interaction Homme Machine, Expérience utilisateur, Feedbacks multimodaux, Analyse de performance, Rééducation motrice

Lien détaillé : https://www.adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?site=PSaclay&matricule_prop=31193

Contacts : samir.otmane@ibisc.univ-evry.fr et guillaume.bouyer@ibisc.univ-evry.fr

Date limite : 19 mai 2020

Profil et compétences recherchées

- Diplômé(e) de Master 2 Recherche (ou équivalent) en IHM et/ou RV.

- Si possible expérience (ex. stage) en Réalité Virtuelle et/ou Augmentée ou jeux vidéo, avec des dispositifs d’interaction 3D…

- Compétences en développement logiciel, programmation objet et 3D (type Unity/C#), bons bagages scientifiques.

- Intérêt pour la conception d’interactions, le prototypage rapide, les tests, et l’évaluation avec les utilisateurs finaux.

- Bonne maitrise de la communication en français et en anglais (oral/écrit).

- Qualités recherchées : grande motivation, autonomie, rigueur, force de proposition, ouverture aux approches pluridisciplinaires.

La candidature devra être accompagnée d’un CV, d’une lettre de motivation et des relevés de notes M1 et M2. Les avis d’enseignants et du responsable de stage de recherche M2 seront appréciés.

Présentation détaillée du projet doctoral

Contexte :

L’accident vasculaire cérébral (AVC) est une maladie qui affecte 120 000 patients par an en France, dont environ la moitié garde des séquelles fonctionnelles. Parmi les déficits moteurs, la parésie du membre supérieur est la plus fréquente. La récupération motrice, de qualité variable et incertaine, ne peut être suscitée que par une rééducation fondée sur des exercices répétitifs (grand nombre de mouvements), intensifs (en termes de temps et de participation active du patient) et orientés tâche (i.e. organisés autour d'objectifs clairs et concrets, plutôt que concentrés uniquement sur des mouvements ou des muscles particuliers). De plus la réadaptation doit être faite le plus tôt (dès la phase aiguë : avant le 14ème jour) et le plus longtemps possible (phase subaiguë de 14 jours à 6 mois, puis chronique après 6 mois).

Ce long processus est confronté à de nombreuses difficultés parmi lesquelles : le manque d’accès aux soins pour certains patients ; la baisse des moyens financiers et humains pour un accompagnement optimal au regard du nombre croissant des besoins (vieillissement de la population) ; le découragement des patients et la baisse de l’adhérence à leur traitement (lié au caractère répétitif des exercices, aux échecs éventuels, à l’effort demandé, aux déplacements en centre de soin, etc.) ; ou encore la diminution quasi-systématique des capacités motrices des malades dès lors que la rééducation est arrêtée et n’est pas compensée par l’activité quotidienne.

Les techniques de la Réalité Virtuelle et Augmentée (RV&A) peuvent apporter des éléments de réponse à ces problèmes. D’une part, pour les patients, la RV&A doit permettre l’amélioration de la motivation via des environnements 3d plaisants et variés ou une gamification des exercices, l’utilisation à domicile, l’accompagnement personnalisé, les feedbacks de performance, etc. D’autre part, pour les thérapeutes, elle peut fournir des mesures précises et des indicateurs détaillés sur l’activité motrice, et apporter un gain de temps par l’automatisation et la gestion de la prescription à distance. Plusieurs études cliniques ont déjà démontré les bénéfices d’approches thérapeutiques innovantes basées sur la RV, en complément des méthodes conventionnelle [2][3]. Néanmoins aucune solution commerciale ne s’est démocratisée, ni en centre de soin ni à domicile. Dans ce contexte, nous avons commencé à développer et évaluer un outil interactif pour la rééducation motrice à domicile, simple d’usage, peu encombrant et peu coûteux [1]. Il doit combiner des « exergames » en environnement virtuel, un dispositif de captation des mouvements, et une plateforme de suivi des résultats.

Une des questions que pose un tel système interactif de rééducation est le choix des feedbacks (ou « rétroactions ») virtuels pendant l’activité des patients. Les feedbacks, telles que définis dans la théorie de l'apprentissage moteur, sont un aspect essentiel de la rééducation motrice [4, 5]. Les feedbacks extrinsèques (ou 'augmentés') sont largement présents dans la rééducation en RV et mettent le plus souvent l'accent sur la 'connaissance des résultats' du mouvement : affichage d'un score, du temps restant ou écoulé, des effets sonores pour indiquer le succès ou l'échec, etc. La « connaissance de la performance » (c'est-à-dire la qualité cinématique du mouvement) n'est pas traitée efficacement bien qu'elle semble essentielle et difficile à percevoir dans les thérapies conventionnelles. Par exemple, la visualisation de la trajectoire idéale aide les patients à savoir si leur mouvement est correct. En ce qui concerne les feedbacks intrinsèques (qui correspondent à l'information sensorielle interne fournie par la vision, l'ouïe et la proprioception), ils peuvent être incomplets dans les systèmes de rééducation non immersifs en raison de la visualisation indirecte des mouvements virtuels et de la latence. Parallèlement, les interactions en environnement virtuel sont indissociables des feedbacks (« rendus ») multimodaux (visuels, audio, haptiques, etc.) utilisés pour réaliser les tâches de navigation, sélection, manipulation ou contrôle. De nombreux travaux ont porté sur l’impact des guides virtuels ou des représentations visuelles sur la performance [6] ou l’incarnation (« embodiement ») [7].

Objectifs du travail de thèse et résultats attendus :

Un des objectifs de cette thèse est donc d’étudier ces feedbacks afin de mieux comprendre l’influence qu’ils ont sur l’expérience utilisateur, que ce soit la performance motrice, le confort ou encore la motivation. Ces feedbacks sont également indissociables des consignes et autres messages ou avatars d’accompagnement de la rééducation (ex. récompenses).

Pour cela, le travail consiste à

- Faire un état de l’art des modèles et études existants, en ayant une approche multidisciplinaire (rééducation, réalité virtuelle et augmentée, apprentissage moteur)

- Proposer un formalisme des feedbacks en réalité virtuelle en lien avec l’expérience utilisateur

- Déterminer par prototypage et expérimentations des lignes directrices de conception applicables à la rééducation motrice qui améliorent les conditions d’exercice des patients et leurs performances.

- Permettre leur intégration dans le système de rééducation existant

- Publier les travaux dans des conférences internationales reconnues de rang A (eg. IEEE VR ou ACM CHI) et dans au moins une revue de renommé internationale.

Participants et modalités pratiques :

Cette thèse sera portée par l’équipe IRA2 du laboratoire IBISC (Evry). Les recherches de l'équipe IRA2 (www.ibisc.univ-evry.fr/ira2) visent à assister les interactions 3D des utilisateurs (tâches de navigation, sélection, manipulation et contrôle) dans les environnements virtuels ou augmentés. Les approches suivies sont en particulier : les feedbacks multimodaux (visuels, audio et haptiques), les commandes manuelles, gestuelles & tactiles, l’adaptabilité des interactions et la conception centrée utilisateurs. Les travaux sont mis en œuvre et évalués sur la plateforme de Réalité Virtuelle EVR@ de l’IBISC.

Le(la) candidat(e) retenu(e) sera inscrit(e) en thèse à l’École Doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (STIC) de l’Université Paris-Saclay.

La thèse sera placée sous la direction de Samir Otmane (UEVE) et co-encadrée par Guillaume Bouyer (UEVE, ENSIIE).

Objectif et contexte

L’objectif de cette thèse est de caractériser les feedbacks et l’accompagnement proposés dans les applications de réalité virtuelle, notamment les environnements de rééducation motrice, et de mieux comprendre dans quelle mesure ils impactent l’expérience utilisateur (performance, confort ou encore motivation).

Contexte :

L’accident vasculaire cérébral (AVC) est une maladie qui affecte 120 000 patients par an en France, dont environ la moitié garde des séquelles fonctionnelles. Parmi les déficits moteurs, la parésie du membre supérieur est la plus fréquente. La récupération motrice, de qualité variable et incertaine, ne peut être suscitée que par une rééducation fondée sur des exercices répétitifs (grand nombre de mouvements), intensifs (en termes de temps et de participation active du patient) et orientés tâche (i.e. organisés autour d'objectifs clairs et concrets, plutôt que concentrés uniquement sur des mouvements ou des muscles particuliers). De plus la réadaptation doit être faite le plus tôt (dès la phase aiguë : avant le 14ème jour) et le plus longtemps possible (phase subaiguë de 14 jours à 6 mois, puis chronique après 6 mois).

Ce long processus est confronté à de nombreuses difficultés parmi lesquelles : le manque d’accès aux soins pour certains patients ; la baisse des moyens financiers et humains pour un accompagnement optimal au regard du nombre croissant des besoins (vieillissement de la population) ; le découragement des patients et la baisse de l’adhérence à leur traitement (lié au caractère répétitif des exercices, aux échecs éventuels, à l’effort demandé, aux déplacements en centre de soin, etc.) ; ou encore la diminution quasi-systématique des capacités motrices des malades dès lors que la rééducation est arrêtée et n’est pas compensée par l’activité quotidienne.

Les techniques de la Réalité Virtuelle et Augmentée (RV&A) peuvent apporter des éléments de réponse à ces problèmes. D’une part, pour les patients, la RV&A doit permettre l’amélioration de la motivation via des environnements 3d plaisants et variés ou une gamification des exercices, l’utilisation à domicile, l’accompagnement personnalisé, les feedbacks de performance, etc. D’autre part, pour les thérapeutes, elle peut fournir des mesures précises et des indicateurs détaillés sur l’activité motrice, et apporter un gain de temps par l’automatisation et la gestion de la prescription à distance. Plusieurs études cliniques ont déjà démontré les bénéfices d’approches thérapeutiques innovantes basées sur la RV, en complément des méthodes conventionnelle [2][3]. Néanmoins aucune solution commerciale ne s’est démocratisée, ni en centre de soin ni à domicile. Dans ce contexte, nous avons commencé à développer et évaluer un outil interactif pour la rééducation motrice à domicile, simple d’usage, peu encombrant et peu coûteux [1]. Il doit combiner des « exergames » en environnement virtuel, un dispositif de captation des mouvements, et une plateforme de suivi des résultats.

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