Développement d'une solution de contrôle par capture de mouvements dans un logiciel de cartographie 3D de l'hôpital

Les HUG font partie des grandes institutions genevoises reconnues nationalement et internationalement pour leurs prestations médicales et leurs travaux de recherche à la pointe de l’innovation. Leurs recherches dans le milieu informatique ne sont également pas en reste. Le service de l’information médicale (SIMED), dirigé par le professeur Christian Lovis, travaille quotidiennement sur des projets qui font partie des prestations technologiques de demain. L’un de leur projets, le POS3D, a pour but d’étudier les diverses transmissions épidémiologiques qui peuvent survenir à l’intérieur des HUG, un bâtiment dans lequel travaillaient quotidiennement en 2012 plus de 10'000 collaborateurs qui ont effectué plus de 900'000 prises en charge ambulatoires. En parallèle à ce projet, la question d’amélioration de l’hygiène demeure un point permanent dans la stratégie de gouvernement de l’hôpital. L’intégration croissante d’outils informatiques tels que ceux développés par le SIMED ne fait que renforcer ce besoin de travail dans un environnement stérile. Partant de ces constatations, ainsi qu’en constatant une évolution technologique et technique incessante, notamment par l’apparition d’appareils de contrôle par capture de mouvements, démocratisés dans le milieu ludique des jeux vidéos, envisager un changement progressif dans les moyens d’interactions homme-machine est légitime. Le but de ce travail est une intégration d’une telle technologie dans le POS3D, qui n’est pas directement destiné aux milieux exigeants d’hygiène mais qui permettra de faire le point sur la pertinence et les possibilités offertes par la capture de mouvements dans le milieu hospitalier

Intégration et optimisation des grilles régulières de points dans une architecture SOLAP relationnelle

IRSTEA : PUB00043913Continuous fields are types of spatial representations used to model phenomena such as temperature, pollution or altitude. They are defined according to a mapping function f that assigns a value of the studied phenomenon to each p location of the studied area. Moreover, the representation of continuous fields at different scales or resolutions is often essential for effective spatial analysis. The advantage of continuous fields is the level of details generated by the continuity of the spatial data, and the quality of the spatial analysis provided by the multi-resolution. The downside of this type of spatial representations in the multidimensionnal analysis is the high cost of analysis and storage performances. Moreover, spatial data warehouses and spatial OLAP systems (EDS and SOLAP) are decision support systems that enable multidimensional spatial analysis of large volumes of spatial and non-spatial data. The analysis of continuous fields in SOLAP architecture represents an interesting research challenge. Various studies have focused on the integration of such representations in SOLAP system. However, this integration still at an early stage. Thus, this thesis focuses on the integration of incomplete continuous fields represented by a regular grid of points in the spatio-multidimensional analysis. This integration in the SOLAP system involves that the analysis of continuous fields must support:(i) conventional OLAP operators, (ii) Continuous spatial data, (iii) spatial operators (spatial slice), and (iv) querying data at different predefined levels of resolutions. In this thesis we propose differents approaches for the analysis of continuous fields in SOLAP system at different levels of the relational architecture (from the conceptual modeling to the optimization of computing performance). We propose a logical model FISS to optimize the performances of the multi-resolution analysis, based on interpolation methods. Then, we present a new methodology based on the Clustering sampling method, to optimize aggregation operations on regular grids of points in the relational SOLAP architecture.Les champs continus sont des types de représentations spatiales utilisées pour modéliser des phénomènes tels que la température, la pollution ou l’altitude. Ils sont définis selon une fonction de mapping f qui affecte une valeur du phénomène étudié à chaque localisation p du domaine d’étude. Par ailleurs, la représentation des champs continus à différentes échelles ou résolutions est souvent essentielle pour une analyse spatiale efficace. L’avantage des champs continus réside dans le niveau de détails généré par la continuité, ainsi que la qualité de l’analyse spatiale fournie par la multi-résolution. L’inconvénient de ce type de représentations dans l’analyse spatio-multidimensionnelle est le coût des performances d’analyse et de stockage. Par ailleurs, les entrepôts de données spatiaux et les systèmes OLAP spatiaux (EDS et SOLAP) sont des systèmes d’aide à la décision qui permettent l’analyse spatio-multidimensionnelle de grands volumes de données spatiales et non spatiales. L’analyse des champs continus dans l’architecture SOLAP représente un défi de recherche intéressant. Différents travaux se sont intéressés à l’intégration de ce type de représentations dans le système SOLAP. Cependant, celle-ci est toujours au stade embryonnaire. Cette thèse s’intéresse à l’intégration des champs continus incomplets représentés par une grille régulière de points dans l’analyse spatio-multidimensionnelle. Cette intégration dans le système SOLAP implique que l’analyse des champs continus doit supporter : (i) les opérateurs OLAP classiques, (ii) la vue continue des données spatiales, (iii) les opérateurs spatiaux (slice spatial) et (iv) l’interrogation des données à différentes résolutions prédéfinies. Dans cette thèse nous proposons différentes approches pour l’analyse des champs continus dans le SOLAP à différents niveaux de l’architecture relationnelle, de la modélisation conceptuelle à l’optimisation des performances de calcul. Nous proposons un modèle logique FISS qui permet d’optimiser les performances d’analyse à multi-résolution en se basant sur des méthodes d’interpolation. Puis, nous exposons une méthodologie basée sur la méthode d’échantillonnage du Clustering, qui permet d’optimiser les opérations d’agrégation des grilles régulières de points dans l’architecture SOLAP relationnelle en effectuant une estimation des résultats

Apport des méthodes de planification automatique dans les simulations interactives d'industrialisation et de maintenance en réalité virtuelle

Ce document explore l'utilisation de méthodes de planification automatique dans des simulations interactives. Lors de simulations de montage et de démontage de composants industriels en environnement virtuel, l'utilisateur peut nécessiter une assistance. Cette assistance est réalisée par l'utilisation d'une solution de planification de trajectoire en temps réel. Cette solution permet la construction interactive d'une chemin par la combinaison de l'avis de l'utilisateur avec la performance de planificateurs automatiques. ABSTRACT : This PhD thesis explores the use of motion planning methods in interactive simulations. In the context of assembling and disassembling simulations of industrial components using haptic devices, the user may require assistance to find collision free paths. This assistance can be provided using real time interactive path planning methods. Our solution allows an interactive construction of free paths by combining the opinion of the user with the performance of fast modified automatic path planners

Planification interactive de trajectoire en Réalité Virtuelle sur la base de données géométriques, topologiques et sémantiques

Pour limiter le temps et le coût de développement de nouveaux produits, l’industrie a besoin d’outils pour concevoir, tester et valider le produit avec des prototypes virtuels. Ces prototypes virtuels doivent permettre de tester le produit à toutes les étapes du Product Lifecycle Management (PLM). Beaucoup d’opérations du cycle de vie du produit impliquent la manipulation par un humain des composants du produit (montage, démontage ou maintenance du produit). Du fait de l’intégration croissante des produits industriels, ces manipulations sont réalisées dans un environnement encombré. La Réalité Virtuelle (RV) permet à des opérateurs réels d’exécuter ces opérations avec des prototypes virtuels. Ce travail de recherche introduit une nouvelle architecture de planification de trajectoire permettant la collaboration d’un utilisateur de RV et d’un système de planification de trajectoire automatique. Cette architecture s’appuie sur un modèle d’environnement original comprenant des informations sémantiques, topologiques et géométriques. Le processus de planification automatique de trajectoire est scindé en deux phases. Une planification grossière d’abord exploitant les données sémantiques et topologiques. Cette phase permet de définir un chemin topologique. Une planification fine ensuite exploitant les données sémantiques et géométriques détermine un trajectoire géométrique dans le chemin topologique défini lors de la planification grossière. La collaboration entre le système de planification automatique et l’utilisateur de RV s’articule autour de deux modes : en premier lieu, l’utilisateur est guidé sur une trajectoire pré-calculée à travers une interface haptique ; en second lieu, l’utilisateur peut quitter la solution proposée et déclencher ainsi une re-planification. L’efficacité et l’ergonomie des ces deux modes d’interaction est enrichie grâce à des méthodes de partage de contrôle : tout d’abord, l’autorité du système automatique est modulée afin de fournir à la fois un guidage prégnant lorsque l’utilisateur le suit, et plus de liberté à l’utilisateur (un guidage atténué) lorsque celui-ci explore des chemins alternatifs potentiellement meilleurs. Ensuite, lorsque l’utilisateur explore des chemins alternatifs, ses intentions sont prédites (grâce aux données géométriques associées aux éléments topologiques) et intégrées dans le processus de re-planification pour guider la planification grossière. Ce mémoire est organisé en cinq chapitres. Le premier expose le contexte industriel ayant motivé ces travaux. Après une description des outils de modélisation de l’environnement, le deuxième chapitre introduit le modèle multi-niveaux de l’environnement proposé. Le troisième chapitre présente les techniques de planification de trajectoire issues de la robotique et détaille le processus original de planification de trajectoire en deux phases développé. Le quatrième introduit les travaux précurseurs de planification interactive de trajectoire et les techniques de partage de contrôle existantes avant de décrire les modes d’interaction et les techniques de partage de contrôle mises en œuvre dans notre planificateur interactif de trajectoire. Enfin le dernier chapitre présente les expérimentations menées avec le planificateur de trajectoire et en analyse leurs résultats. ABSTRACT : To save time and money while designing new products, industry needs tools to design, test and validate the product using virtual prototypes. These virtual prototypes must enable to test the product at all Product Lifecycle Management (PLM) stages. Many operations in product’s lifecycle involve human manipulation of product components (product assembly, disassembly or maintenance). Cue to the increasing integration of industrial products, these manipulations are performed in cluttered environment. Virtual Reality (VR) enables real operators to perform these operations with virtual prototypes. This research work introduces a novel path planning architecture allowing collaboration between a VR user and an automatic path planning system. This architecture is based on an original environment model including semantic, topological and geometric information. The automatic path planning process split in two phases. First, coarse planning uses semantic and topological information. This phase defines a topological path. Then, fine planning uses semantic and geometric information to define a geometrical trajectory within the topological path defined by the coarse planning. The collaboration between VR user and automatic path planner is made of two modes: on one hand, the user is guided along a pre-computed path through a haptic device, on the other hand, the user can go away from the proposed solution and doing it, he starts a re-planning process. Efficiency and ergonomics of both interaction modes is improved thanks to control sharing methods. First, the authority of the automatic system is modulated to provide the user with a sensitive guidance while he follows it and to free the user (weakened guidance) when he explores possible better ways. Second, when the user explores possible better ways, his intents are predicted (thanks to geometrical data associated to topological elements) and integrated in the re-planning process to guide the coarse planning. This thesis is divided in five chapters. The first one exposes the industrial context that motivated this work. Following a description of environment modeling tools, the second chapter introduces the multi-layer environment model proposed. The third chapter presents the path planning techniques from robotics research and details the two phases path planning process developed. The fourth introduce previous work on interactive path planning and control sharing techniques before to describe the interaction modes and control sharing techniques involved in our interactive path planner. Finally, last chapter introduces the experimentations performed with our path planner and analyses their results

Personnalisation d'analyses décisionnelles sur des données multidimensionnelles

This thesis investigates OLAP analysis personalization within multidimensional databases. OLAP analyse is modeled through a graph where nodes represent the analysis contexts and graph edges represent the user operations. The analysis context regroups the user query as well as result. It is well described by a specific tree structure that is independent on the visualization structures of data and query languages. We provided a model for user preferences on the multidimensional schema and values. Each preference is associated with a specific analysis context. Based on previous models, we proposed a generic framework that includes two personalization processes. First process, denoted query personalization, aims to enhancing user query with related preferences in order to produce a new one that generates a personalized result. Second personalization process is query recommendation that allows helping user throughout the OLAP data exploration phase. Our recommendation framework supports three recommendation scenarios, i.e., assisting user in query composition, suggesting the forthcoming query, and suggesting alternative queries. Recommendations are built progressively basing on user preferences. In order to implement our framework, we developed a prototype system that supports query personalization and query recommendation processes. We present experimental results showing the efficiency and the effectiveness of our approaches.Le travail présenté dans cette thèse aborde la problématique de la personnalisation des analyses OLAP au sein des bases de données multidimensionnelles. Une analyse OLAP est modélisée par un graphe dont les noeuds représentent les contextes d'analyse et les arcs traduisent les opérations de l'utilisateur. Le contexte d'analyse regroupe la requête et le résultat. Il est décrit par un arbre spécifique qui est indépendant des structures de visualisation des données et des langages de requête. Par ailleurs, nous proposons un modèle de préférences utilisateur exprimées sur le schéma multidimensionnel et sur les valeurs. Chaque préférence est associée à un contexte d'analyse particulier. En nous basant sur ces modèles, nous proposons un cadre générique comportant deux mécanismes de personnalisation. Le premier mécanisme est la personnalisation de requête. Il permet d'enrichir la requête utilisateur à l'aide des préférences correspondantes afin de générer un résultat qui satisfait au mieux aux besoins de l'usager. Le deuxième mécanisme de personnalisation est la recommandation de requêtes qui permet d'assister l'utilisateur tout au long de son exploration des données OLAP. Trois scénarios de recommandation sont définis : l'assistance à la formulation de requête, la proposition de la prochaine requête et la suggestion de requêtes alternatives. Ces recommandations sont construites progressivement à l'aide des préférences de l'utilisateur. Afin valider nos différentes contributions, nous avons développé un prototype qui intègre les mécanismes de personnalisation et de recommandation de requête proposés. Nous présentons les résultats d'expérimentations montrant la performance et l'efficacité de nos approches. Mots-clés: OLAP, analyse décisionnelle, personnalisation de requête, système de recommandation, préférence utilisateur, contexte d'analyse, appariement d'arbres de contexte

Méthodes de diagnostic avancées dans la validation formelle des modèles

Malgré l'existence d'un nombre important d'approches et outils de vérification à base de modèles, leur utilisation dans l'industrie reste très limitée. Parmi les raisons qui expliquent ce décalage il y a l'exploitation, aujourd'hui difficile, des résultats du processus de vérification. Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation des outils de vérification dans les processus actuels de modélisation de systèmes qui utilisent intensivement la validation à base de modèles. Nous établissons ensuite les limites des approches existantes, surtout en termes d'utilisabilité. A partir de cette étude, nous analysons les causes de l'état actuel des pratiques. Nous proposons une approche complète et outillée d'aide au diagnostic d'erreur qui améliore l'exploitation des résultats de vérification, en introduisant des techniques mettant à profit la visualisation d'information et l'ergonomie cognitive. En particulier, nous proposons un ensemble de recommandations pour la conception d'outils de diagnostic, un processus générique adaptable aux processus de validation intégrant une activité de diagnostic, ainsi qu'un framework basé sur les techniques de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) permettant une implémentation et une personnalisation rapide de visualisations. Notre approche a été appliquée à une chaîne d'outils existante, qui intègre la validation de modèles UML et SysML de systèmes temps réel critiques. Une validation empirique des résultats a démontré une amélioration significative de l'utilisabilité de l'outil de diagnostic, après la prise en compte de nos préconisations.A plethora of theoretical results are available which make possible the use of dynamic analysis and model-checking for software and system models expressed in high-level modeling languages like UML, SDL or AADL. Their usage is hindered by the complexity of information processing demanded from the modeller in order to apply them and to effectively exploit their results. Our thesis is that by improving the visual presentation of the analysis results, their exploitation can be highly improved. To support this thesis, we define a diagnostic trace analysis approach based on information visualisation and human factors techniques. This approach offers the basis for new types of scenario visualizations, improving diagnostic trace understanding. Our contribution was implemented in an existing UML/SysML analyzer and was validated in a controlled experiment that shows a significant increase in the usability of our tool, both in terms of task performance speed and in terms of user satisfaction. The pertinence of our approach is assessed through an evaluation, based on well-established evaluation mechanisms. In order to perform such an evaluation, we needed to adapt the notion of usability to the context of formal methods usability, and to adapt the evaluation process to our setting. The goal of this experiment was to see whether extending analysis tools with a well-designed event-based visualization would significantly improve analysis results exploitation and the results are meeting our expectations

SIG et terrain : antinomie ou complémentarité<br />dans le développement d'une Recherche-Action en géomatique ?

Is it still necessary to practise GIS fieldwork? That is the question one may ask nowadays. As numirical systems are spreading more and more widely, data producing organisations are more and more numerous in offering or selling geographical information in every field, and at a distance on the web statistics, terrain numerical models (Shuttle Radar Topography Mission), vectorial data, raster data. So that geographers/geomaticians will produce more and more precise maps with no systematic practice of field work. However, the above should be qualified. The arrival of the Net, the nomadic development of communication, of mobility, and the increasing proportion of the open source characterise the present day evolution of GIS against a democratisation backdrop of access to geographical information, of universal availability of tools and of the virtualisation of data location. In consideration of this, the relationship between GIS and fieldwork is contradictory. One witnesses at the same time a disconnection of field-research, taking into account that access to precise information is increasing and constructed from a distance and that field-research, thinks to various movable implements brought in the field, is an integral part of the system.In addition, GIS are much more than methodological instruments in the service of the specialists in their thinking about geographical space. They are also regarded as organisational components in the practice of and reflection on planning. Besides, the several and even numerous definitions reveal what the concept GIS really is a truly social construct. This shows very well the importance of situating any GIS project within a specific social context. Every project for a structure is unique, and can be understood only with reference to the organisational context in which it is inserted given these conditions, developing a GIS project can not be thought out independently from field-work or even from immersing in it.The interactions between GIS and field have been shown in a doctoral thesis conducted under the aegis of a “Research-Action” (R-A) program involving a forestry organisation and a territorial community. Field has became a place of commitment and mobilisation for geographers who are led to play a double role: that of researchers and that of actors. This Research Action program enables us to go further in a reflection on the interactions between GIS and Field, thought understanding of the relationship between the researcher and field of action. What attitude should one adopt relatively to fieldwork within the scope of this thesis?Finally, fieldwork does not exist in the abstract. It is not a predetermined object which is discovered and analysed by specialists. It is an intellectual construction developing according to the problem that is being posed by the one who is dealing with it, and according to what he wishes to do in his analysis. A researcher's responsibility is fully engaged with regard to his fieldwork choices and relatively to the perspectives of research an action.Avons-nous encore besoin d'aller sur le terrain pour pratiquer les SIG ? Telle est la question que l'on peut se poser aujourd'hui. A l'heure de la généralisation du numérique, les producteurs de données sont de plus en plus nombreux à offrir ou vendre de l'information géographie dans tous les domaines et à distance via Internet (statistiques, modèle numérique de terrain (Shuttle Radar Topography Mission), données vecteurs, fonds rasters). Ainsi, les géographes/géomaticiens produisent de la cartographie de plus en plus précise sans une pratique systématique du terrain.Cependant ces propos sont à nuancer. L'arrivée d'Internet, le développement du nomadisme, de la mobilité et la part croissante de l'open source marquent l'évolution actuelle des SIG sur fond de démocratisation de l'accès à l'information géographique, de la banalisation des outils et de la virtualisation de la localisation des données. Dans ce contexte, la relation entre SIG et terrain est contradictoire. On assiste à la fois à une déconnexion avec le terrain compte tenu de l'accès grandissant et à distance à de l'information précise et, en même temps, le terrain, grâce aux différents outils nomades embarqués, fait partie intégrante du système.De plus, les SIG sont bien plus que de simples outils méthodologiques au service des géographes dans leur réflexion sur l'espace. Ils sont aussi considérés comme une composante organisationnelle dans les pratiques et réflexions sur l'aménagement. D'ailleurs, les définitions multiples et variées sont révélatrices du concept même de SIG : une véritable construction sociale. Ceci montre bien l'importance de replacer tout projet SIG dans un contexte social spécifique. Chaque projet d'une structure est unique, et ne peut être compris qu'en référence au contexte organisationnel dans lequel il s'insère. On ne peut alors imaginer le développement d'un projet SIG sans la pratique, voire « l'immersion » sur le terrain.Les interactions entre SIG et terrain ont été prouvées dans une thèse effectuée dans le cadre d'une Recherche-Action (RA), avec un organisme forestier et une collectivité territoriale. Le terrain devient un lieu d'engagement et de mobilisation pour le géographe amené à occuper une double fonction (chercheur et acteur). Cette RA nous permet d'aller plus loin dans la réflexion sur les interactions entre SIG et terrain en appréhendant les relations entre le chercheur et son terrain. Quelle posture faut-il adopter par rapport au terrain dans le cadre de ce type de thèse ? Finalement, le terrain n'existe pas dans l'absolu. Ce n'est pas un objet prédéterminé que le spécialiste détecte et analyse. C'est une construction intellectuelle qui varie selon la question posée, celui qui l'étudie et ce qu'il compte faire de son étude. La responsabilité du chercheur reste entière quant à son choix de terrain et aux perspectives de recherche ou d'action

Conception instrumentée du rendu graphique des interfaces

International audienceWe propose to define the activity of graphical rendering design, which aims at maximizing the display quality of the image components. Overlooked in most design methods, this activity is essential for the success of a design project and for the validation of interfaces of critical systems. As such, it is pluri-disciplinary: graphical design (design, infovis), evaluation (experimental psychology), influence from hardware and software technologies (computer science), design methodology (design rationale, maintenance, computer science). In this paper, we detail the activity of graphical rendering design of HMI, by identifying its main dimensions. We also present a tool that instruments it: we describe its main functionalities, as well as the methods allowing to achieve the activity. Finally, we discuss about the benefits of inter disciplinary instrumentation during the design process