Les dispositifs miniaturisés de l’informatique mobile

Loi de Fitts et pointage

   Cette partie concerne les Chapitres 2 à 4. Elle débute par un chapitre (Chapitre 2) présentant une introduction au pointage et à la loi de Fitts, avec une présentation des nombreuses notions et métriques, ainsi que des différentes formulations de la loi. Alors que notre objectif premier était de vérifier spécifiquement la validité de la loi de Fitts dans le cadre de faibles niveaux d’échelle, nous avons entrepris un travail plus en profondeur, en repartant de la formulation de la loi sous la forme d’un compromis vitesse/précision. Dans le Chapitre 3, nous exprimons la loi de Fitts sous la forme d’un compromis temps/erreur et présentons une nouvelle formulation de la loi avec une équation puissance à un seul coefficient ajustable. Le Chapitre 4 quant à lui, s’intéresse à la notion d’Indice de Performance, qui permet de caractériser les performances globales d’utilisateurs sur tout périphérique de pointage. Alors que cette métrique est réputée invariante, nous montrons qu’il existe des cas particuliers où elle ne l’est plus. Enfin, un récapitulatif des contributions sur le pointage est présenté dans le Chapitre 5, ainsi que des perspectives à court terme qui permettront de proposer un nouveau modèle et de nouvelles métriques pour le pointage à de très petits niveaux d’échelle.

Introduction : Pointage et Loi de Fitts

   Dans toutes sortes de situations de la vie quotidienne, nous avons besoin d’effectuer des mouvements destinés à atteindre un point de l’espace. Par exemple pour éteindre la lumière dans une pièce il nous faut atteindre avec la main un interrupteur mural. Le contexte de l’IHM ne fait pas exception. Depuis l’origine de l’interface graphique mise au point dans les années 1980, l’utilisateur s’exprime la plupart du temps au moyen de clics de souris sur diverses cibles graphiques comme des icônes ou des liens hypertexte. De manière générale on appelle pointage l’acte consistant à atteindre un objet identifié comme la cible avec un pointeur (par exemple, le bout du doigt, la pointe d’un stylo ou d’un stylet, ou un curseur d’écran). Comme on le sait au moins depuis Woodworth [Woodworth, 1899], tout mouvement de pointage se heurte à un problème de conflit vitesse/précision. Un mouvement précis est lent, tandis qu’un mouvement rapide est imprécis. La loi de Fitts [Fitts, 1954], qui lie le temps de mouvement (indice de vitesse) à la difficulté (indice de la précision requise) de la tâche de pointage, est une description mathématique de la relation liant la vitesse et la précision de nos mouvements de pointage

Applications en IHM

   Depuis sa description en 1954, et plus particulièrement grâce aux travaux de Card [Card et al., 1978] et MacKenzie ([MacKenzie, 1992],[Soukoreff and Mackenzie, 2004]), la loi de Fitts a été beaucoup utilisée pour évaluer expérimentalement de nombreux dispositifs d’entrée parmi lesquels :
– la souris, le plus courant ([Card et al., 1978], [Bacon and Vu, 2011], [MacKenzie and Isokoski, 2008]),
– le joystick (parfois francisé en “manche à balai”, qui permet de contrôler un curseur en mode vitesse ([Card et al., 1978], [Epps, 1986], [Kantowitz and Elvers, 1988], [Casiez and Vogel, 2008]…),
– les touches de direction ([Card et al., 1978]),
– les pédales pour les pieds, agissant comme des flèches de direction gauche et droite ([Drury, 1975]),
– les surfaces tactiles ([Bacon and Vu, 2011]),
– les pavés tactiles (touchpad) ([Epps, 1986]),
– les boules de commande (trackball) ([Epps, 1986]),
– les tablettes graphique ([Guiard et al., 2011]),
– les dispositifs de suivi du regard (eye-tracker) ([Ware and Mikaelian, 1987]) Tous ces dispositifs sont utilisables par différentes parties du corps, comme la main, le pied ou les yeux. Ils peuvent être des périphériques de pointage direct (écran tactile, où l’utilisateur indique précisément sur le dispositif d’affichage le point qu’il vise) ou indirect (le contrôle du curseur se fait sur un dispostif distinct de l’écran). De la même façon, les pointages sont absolus (l’utilisateur pointe une coordonnée pour y placer le curseur), ou relatifs (l’utilisateur imprime un mouvement au dispositif d’entrée qui fait se déplacer le curseur dans une direction). En informatique et en IHM en particulier, la loi de Fitts est massivement appliquée à des tâches où l’utilisateur doit positionner un curseur sur une cible à l’écran. D’après sa formulation originelle, elle s’applique spécifiquement dans les cas suivants :
1. Elle s’applique uniquement au mouvement dans une dimension unique et non pas à un mouvement en deux dimensions (même si des extensions ont été proposées, par MacKenzie [MacKenzie and Buxton, 1992] ou par Accot et Zhai —loi de Steering— [Accot and Zhai, 1997] [Accot and Zhai, 2003]).
2. Elle s’applique à des tâches effectuées avec ou sans entraînement
3. Elle est aussi très utilisée pour l’étude de la saisie de texte, sur clavier physique ou virtuel ([MacKenzie and Zhang, 1999] [Zhai et al., 2002]). La loi de Fitts permet de déduire des recommandations cruciales pour la conception d’interfaces graphiques :
1. Les boutons et autres contrôles actifs, graphiques ou physiques doivent être d’une taille suffisante, puisqu’il est difficile de cliquer sur de petits contrôles.
2. Les bords et les coins de l’écran d’ordinateur sont faciles à atteindre, parce qu’une fois que le pointeur a atteint le bord, il y reste indépendamment de la distance parcourue avec la souris,ce qui peut se traduire par une largeur de cible (W) infinie, donc un temps d’acquisition tendant vers 0. Dans ce genre de cas, des problèmes peuvent se poser, quand le curseur de la souris “glisse” le long des bords par exemple [Appert et al., 2008]. Cela explique la position du menu “Démarrer” dans les version récentes de Windows, ou du Dock sous Mac OS X. Dans le cas d’un écran tactile, cette assertion n’est pas toujours vraie, parce que la taille du doigt peut rendre l’acquisition de cible dans un angle ou trop près d’un bord particulièrement pénible.
3. De la même façon, un menu placé sur un bord de l’écran (sous Mac OS) est plus facilement pointable qu’un menu placé sur une fenêtre au milieu de l’écran.

Géométrie de la tâche contre performance du mouvement

   Cette section attire l’attention sur une distinction évidente qui n’a toutefois reçu que peu d’attention dans la littérature. D’une part, les expérimentateurs ont un contrôle total sur D et W, deux variables déterministes qui caractérisent la disposition géométrique des cibles et qui servent à spécifier aux participants respectivement, l’amplitude moyenne de mouvement requise et la variabilité des points d’arrivée du mouvement. D’autre part, il convient de caractériser la performance réelle des participants, qui ne répond pas nécessairement aux spécifications, et qu’il convient de caractériser. Les mesures élémentaires (considérant un mouvement individuel) sont la durée du mouvement T et son amplitude A, à partir de laquelle une valeur d’erreur peut être calculée, définie comme E = A − D. Contrairement à D et W, les variables T et A (ainsi que E) sont des variables aléatoires, ce qui reflète la variabilité naturelle des actions humaines. Nous devons faire une distinction claire entre d’un côté T, A et E, qui se mesurent au niveau du mouvement individuel, et de l’autre les statistiques de tendances centrales comme les moyennes µT , µA et µE, qui se calculent sur des échantillons de mouvements. Les équations formulées précédemment (en particulier dans la Section 2.2 sont délibérement écrites sous la forme MT = f(DW) plutôt que MT = f(AW) comme c’est l’usage dans la littérature depuis Fitts [Fitts, 1954]. Cette dernière notation est en effet logiquement bancale. Si W désigne sans ambiguïté une propriété de la disposition géométrique des cibles, la signification de A est généralement peu claire, elle peut en effet correspondre à D, se rapportant aussi à la disposition géométrique, ou à µA qui se réfère spécifiquement au mouvement effectué par l’utilisateur. L’écriture de la loi de Fitts est particulièrement ambigue à cet égard lorsque W est remplacée par We (la largeur effective définie en Section 2.3.2) pour désigner la répartition des points d’arrivée de mouvement. Dans ce cas We sert à noter une variable aléatoire du mouvement, alors que W dénote clairement une propriété de la tâche. En fait, la question de la précision peut être abordée dans le paradigme de Fitts sous deux angles différents, également légitimes. Dans une première approche, la loi de Fitts porte sur la dépendance de µT au rapport sans dimension WD(ou son inverse DW), comme suggéré dans les formulations standard. Dans cette approche, µT est prédite à partir de géométrie de la tâche, et le problème de la précision doit être exprimé en fonction de DW ou WD . Dans l’autre approche, la loi de Fitts se définit comme la dépendance mutuelle de deux variables aléatoires : le temps de mouvement moyen et l’erreur variable relative RVE représentée par le rapport σAµA, un coefficient de variation, avec σA et µA désignant respectivement l’écart-type et la moyenne de l’amplitude du mouvement [Guiard and Olafsdottir, 2011]. En d’autres termes la loi de Fitts peut être écrite sous la forme µT = f(WD), comme l’expression de la dépendance causale d’une variable aléatoire de temps sur une variable déterministe géométrique, l’alternative étant de l’écrire sous la forme µT = f(σAµA), exprimant cette fois la dépendance mutuelle de deux variables aléatoires. Ces deux possibilités sont ce que nous appelons la version géométrique et la version stochastique de la loi de Fitts.

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Table des matières

1 Introduction Générale 
1.1 Contexte
1.2 Organisation du mémoire
1.2.1 Loi de Fitts et pointage
1.2.2 Bijoux numériques
I Pointage et loi de Fitts
2 État de l’art du pointage 
2.1 Introduction : Pointage et Loi de Fitts
2.1.1 Définition
2.1.2 Protocole discret vs. réciproque
2.1.3 Applications en IHM
2.2 Formulation et terminologie
2.2.1 Variantes de l’équation d’origine
2.2.2 Indice de Difficulté (ID) d’une tâche
2.3 Utilisation de paramètres effectifs
2.3.1 Illustration des notions présentées par une manipulation
2.3.2 Largeur We et distance De effectives
2.3.3 Indice de difficulté effectif
2.4 Indice de performance (Throughput)
2.4.1 Définition défendue par MacKenzie
2.4.2 Définition défendue par Zhai
2.4.3 Utilisation de l’Indice de Performance
2.5 Application aux exemples présentés
2.6 Conclusion
3 Expression de la loi de Fitts comme un compromis temps/erreur 
3.1 Motivation
3.2 Temps et erreur
3.2.1 Le temps n’est pas une vitesse
3.2.2 La précision : Ni information ni difficulté
3.2.3 Distance relative (DW) vs. Tolérance relative (WD)
3.2.4 Géométrie de la tâche contre performance du mouvement
3.3 La loi de Fitts comme une théorie d’affectation des ressources
3.4 Mise en évidence du compromis temps/erreur dans les données de Fitts (1954)
3.4.1 Une relation en loi puissance entre temps de mouvement et erreur relative relative (RVE)
3.4.2 Quantité de ressources
3.4.3 Affectation des ressources : le déséquilibre stratégique
3.4.4 Discussion
3.5 Données expérimentales sur le compromis temps/erreur
3.5.1 Méthode
3.5.2 Résultats et discussion
3.6 Implications pour la recherche fondamentale et l’IHM
4 Étude de l’invariance de l’Indice de Performance 
4.1 Introduction
4.2 Invariance dans la loi de Fitts
4.3 Rappels sur l’Indice de Performance (IP)
4.4 Ordre des opérations pour le calcul de l’IP : un problème lié à l’inégalité de Jensen
4.5 Réédition du test de Mackenzie et de Isokoski
4.5.1 Méthode
4.5.2 Analyse des données
4.5.3 Résultats et discussion
4.6 Conclusion et perspectives
5 Récapitulatif du Pointage 
5.1 Rappel des contributions
5.1.1 Loi de Fitts comme un compromis temps/erreur
5.1.2 Invariance de l’Indice de Performance
5.2 Vers un modèle et des métriques pour les petits niveaux d’échelle
5.3 Vers une nouvelle approche
II Bijoux numériques
6 Introduction aux bijoux numériques 
6.1 Bijoux classiques
6.1.1 Fonctions des bijoux
6.1.2 Localisation des bijoux
6.1.3 Propriétés
6.2 Présentation du domaine
6.2.1 Informatique mobile
6.2.2 Informatique portée (wearable computing)
6.2.3 Bijoux numériques
7 Vers un un espace de caractérisation de l’interaction sur bijoux numériques 
7.1 Enquête
7.1.1 Démographie
7.1.2 Connaissance et intérêt pour les bijoux numériques
7.1.3 Habitudes de port de bijoux classiques
7.1.4 Tâches
7.2 Présentation de l’espace de caractérisation
7.3 Modalités non gestuelle
7.3.1 Modalité vocale
7.3.2 Modalité passive
7.4 Modalité gestuelle
7.4.1 Matériel pour l’interaction gestuelle
7.4.2 Le dispositif comme référentiel d’interaction
7.4.3 Le dispositif se déplace dans un autre référentiel
7.4.4 Résumé sur l’interaction gestuelle
7.5 Modalités de sortie
7.5.1 Modalité visuelle
7.5.2 Modalité audio
7.5.3 Modalité tactile
7.5.4 Dispositifs déportés
7.5.5 Conclusion sur les sorties
7.6 Vue d’ensemble de l’interaction
7.6.1 Boucles d’oreilles
7.6.2 Pendentifs, colliers
7.6.3 Broches
7.6.4 Bracelets, montres
7.6.5 Anneaux, bagues
8 Contribution à l’étude de la joaillierie numérique : Watch It 
8.1 Motivation
8.2 Contexte et travaux connexes
8.2.1 Dispositif comme mobile
8.2.2 Dispositif comme référentiel d’interaction
8.3 Interaction sur un bracelet
8.3.1 Le concept WatchIt
8.3.2 Vocabulaire gestuel
8.4 Expérience préliminaire
8.4.1 Participants
8.4.2 Méthode
8.4.3 Résultats
8.4.4 Discussion
8.5 Interaction “eyes-free”
8.5.1 Définition
8.5.2 Menu Audio
8.6 Expérience “eyes-free”
8.6.1 Participants
8.6.2 Stimulus
8.6.3 Méthode
8.6.4 Tâche
8.6.5 Résultats
8.6.6 Discussion
8.7 Contrôle continu
8.7.1 Technique de défilement sur le bracelet
8.7.2 Technique de pointage absolu
8.7.3 Note sur la validation
8.8 Expérience de défilement de liste
8.8.1 Participants
8.8.2 Stimulus
8.8.3 Méthode
8.8.4 Tâche
8.8.5 Résultats
8.8.6 Discussion
8.9 Discussion sur WatchIt
8.9.1 Utilisation “eyes-free”
8.9.2 Utilisation pour du contrôle continu précis
8.10 Applications
8.10.1 Cas d’utilisation général de WatchIt
8.10.2 Scénarios
8.11 Conclusion et perspectives
8.11.1 Perspectives sur les techniques d’interaction
8.11.2 Limitations technologiques et perspectives d’utilisation d’une technologie capacitive
8.11.3 Utilisation des deux potentiomètres sur chaque demi-bracelet : implémentation d’un lecteur musical
8.11.4 Conclusion
9 Conclusions et Perspectives 
9.1 Contributions
9.1.1 Pointage et loi de Fitts
9.1.2 Bijoux numériques
9.2 Perspectives
9.2.1 Pointage sur bijoux numériques
9.2.2 Vers une remise en cause de la norme ISO ?
9.2.3 Rôle futur des bijoux numériques
9.2.4 Vers un bracelet totalement augmenté
9.2.5 Augmentation d’autres objets du quotidien
9.2.6 Utilisation de nouveaux dispositifs d’affichage sur bijoux numériques
A Publications personnelles
Bibliographie

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