Modélisation oscillatoire de l'écriture manuscrite

Dans ce travail de thèse, nous proposons un modèle oscillatoire de la production de traces écrites, appelé POMH, où l'écriture est vue comme la composition du mouvement de deux oscillateurs orthogonaux du plan. Il s'agit d'une extension du modèle classique d'Hollerbach, qui a été simplifié et rendu symétrique, permettant ainsi une méthode très rapide d'extraction de ses paramètres à partir de traces réelles enregistrées. Nous comparons cet algorithme avec une méthode d'optimisation usuelle afin de montrer son efficacité. Nous montrons que POMH permet de rivaliser avec un modèle répandu de la génération de trace, en terme de précision de reproduction de formes simples. Il est ensuite confronté, avec succès, à des traces plus complexes telles que des phrases entières ou des caractères chinois. Dans un second temps, nous cherchons à interroger les liens entre ces deux oscillateurs. Pour cela nous étudions leur phase relative, nous appuyant sur une approche dynamique de la coordination motrice. Nous tentons d'apporter des éléments de réponses à deux questions : (i) Y-a-t-il, comme pour le tracé d'ellipses, des coordinations préférentielles lorsque l'on écrit ? (ii) Quels sont les liens entre vitesse d'écriture et géométrie de la trace écrite ? Pour tenter de répondre à la première question, deux expérimentations sont faites. La première cherche à valider le calcul de la phase relative continue sur de l'écriture réelle. La seconde étudie l'existence éventuelle de patrons de coordinations (représentés par la phase relative) préférentiels pour la tâche d'écriture chez l'adulte. Pour tenter de répondre à la deuxième question, nous formulons deux hypothèses concernant l'évolution du paysage des patrons de coordination préférentiels avec la vitesse d'écriture. Nous proposons alors deux protocoles expérimentaux (non réalisés) qui permettraient de les valider. Dans un dernier temps, nous inscrivant dans un cadre interactiviste, nous proposons un modèle simplifié de reconnaissance de caractères, basé sur l'idée que lecture et écriture partagent un grand nombre de leurs mécanismes. Nous commençons par une recherche dans la littérature des preuves de ces liens entre perception et action pour toutes les modalités, et en particulier pour l'écriture cursive. Nous proposons ensuite deux algorithmes implémentant la perception de l'écriture comme une simulation intériorisée. Le premier utilise POMH comme représentation interne des caractères ; le second est basé sur le concept d'"images temporalisées" et donne de meilleurs résultats.In this thesis, we propose an oscillatory model of handwritten production, called POMH, where handwriting is considered as the combination of movement of two oscillators. It derives from the classical Hollerbach model which has been simplified and symmetrized, allowing for a fast method of extraction of its parameters from recorded strokes. We compare this algorithm with a Newton-based optimization method in order to prove its efficiency. We show that POMH is as good as the widespread Edelman-Flash model, in terms of accuracy at reproducing simple shapes. Then, it is successfully applied to more complicated handwritten strokes such as entire sentences or Chinese characters. In a second time, we aim at explaining the correlations between these two oscillators. In that purpose, we study their relative phase, based on the dynamical approach of motor coordination. We try to answer these two questions : (i) Is there, like it is the case in the drawing of ellipses, preferred coordinations in the handwriting movement ? (ii) What are the links between handwriting speed and the geometry of the produced trace ? In order to answer the first question, two experiments have been conducted. The first aims at validating the continuous relative phase computation on real handwriting; the second studies the possible existence of preferred coordination patterns in the handwriting task. To begin to answer the second question, we propose two hypotheses and two experiments that would allow to validate them. In a last effort, based on the interactivist theory, we propose a simplified model of off-line handwriting recognition, using the idea that reading and handwriting share a lot of their mechanisms. We first begin by a search, in the literature, for evidence of the links between perception and action for all modalities, particularly regarding handwriting. We then propose two algorithms implementing handwriting perception as an inner simulation. The first uses POMH as an internal representation of characters; the second is based on the concept of "temporalized images" and gives better results