Gestural manipulations of a sonified virtual object for interface control in driving situations

Les constructeurs automobiles proposent un vaste éventail de fonctions secondaires à la conduite, en relation avec le GPS, la musique, ou encore la ventilation. L'ensemble de ces fonctions est centralisé sur un écran accessible au centre de l'habitacle, équipé d'une dalle tactile dans nombre de véhicules récents. Cependant, leur manipulation en conduite peut se révéler périlleuse : la sollicitation de la modalité visuelle pour interagir avec l'interface peut entraîner une baisse de vigilance vis-à-vis de la tâche de conduite, ce qui peut mener à des situations dangereuses. Au cours de cette thèse, fruit d'une collaboration entre le Groupe PSA et le laboratoire PRISM, nous nous sommes attachés à proposer une association de gestes et de sons comme alternative à une sollicitation visuelle. Le but est de proposer des interactions réalisables en aveugle, pour permettre au conducteur de focaliser ses yeux sur la route. Pour réaliser conjointement une manipulation de l'interface et une tâche de conduite, une sollicitation multisensorielle peut en effet permettre de faire baisser la charge mentale du conducteur, en comparaison à une situation unimodale visuelle. Pour que le lien entre les gestes et les sons paraisse naturel, un objet virtuel a été introduit, manipulable grâce à des gestes. Cet objet est le support des stratégies de sonification, par analogie aux sons de notre environnement, qui sont la conséquence d'une action sur un objet. L'objet virtuel permet également de structurer différents gestes autour d'une même métaphore, ou encore de redéfinir le menu d'une interface. La première partie de cette thèse est consacrée à la mise au point de stratégies de sonification pour transmettre des informations pertinentes sur la dynamique de l'objet virtuel. Deux expériences perceptives ont été mises en place, qui ont conduit à la discrimination de deux stratégies de sonification intéressantes. Dans une deuxième partie, nous avons œuvré à la mise en situation automobile par un travail sur les stimuli sonores, sur l'interface, et par l'étude de l'intégration multisensorielle. Un design des stratégies de sonification a été proposé pour permettre de se projeter dans une utilisation en véhicule. Par la suite, les évocations provoquées par le couplage des gestes et des sons ont été au centre d'une troisième expérience perceptive. Cette étude a été effectuée en aveugle, où le concept d'objet virtuel était inconnu et découvert progressivement par les sujets. Ces images mentales véhiculées par les stratégies de sonification peuvent en effet être utiles lors de la familiarisation des utilisateurs avec l'interface. Une quatrième expérience perceptive s'est concentrée sur la prise en main de l'objet virtuel, où l'intégration des stimuli visuels et auditifs a été étudiée, dans le contexte du maniement d'une interface. Les sujets ont été placés dans des conditions similaires à la découverte de l'interface en véhicule à l'arrêt, avec des stimuli audio-visuels ; puis à son utilisation en aveugle grâce aux stratégies de sonification. Les enseignements de ces expériences ont permis de bâtir une interface gestuelle, qui a été comparée à une interface tactile dans une dernière expérience perceptive réalisée en simulateur de conduite. Bien que les résultats montrent une utilisation plus performante de l'interface tactile, l'association des gestes et des sons semble intéressante du point de vue de la charge cognitive des conducteurs. L'interface gestuelle peut donc offrir une alternative prometteuse ou un complément aux interfaces tactiles pour une utilisation simultanée à la conduite en toute sécurité.Car manufacturers offer a wide range of secondary driving controls, such as GPS, music, or ventilation, often localized on a central touch-sensitive screen. However, operating them while driving proves to be unsafe: engaging the sense of sight for interface interaction can lead to vigilance reduction towards the driving task, which can lead to high-risk situations. In this PhD thesis, which is a part of a collaborative research project involving both the PSA Group and the PRISM laboratory, we aim to provide a gesture and sound association as an alternative to the visual solicitation. The goal is to enable blind interface interactions, allowing the driver to focus their eyes on the road. When jointly performing interface manipulations and the driving task, a multisensory solicitation can lower the driver's cognitive load, in comparison with a visual unimodal situation. For the gesture-sound association to feel more natural, a virtual object that can be handled with gestures is introduced. This object is the support for sonification strategies, constructed by analogy with sounds from our environment, which are the consequence of an action on an object .The virtual object also allows to structure different gestures around the same metaphor, or to redefine the interface's menu. The first part of this thesis deals with the development of sonification strategies, with the aim to inform users about the virtual object dynamic. Two perceptual experiments were set up, which led to the discrimination of two valuable sonification strategies. In a second part, the automotive application was addressed by designing new sound stimuli, the interface, and by studying the multisensory integration. Sounds were proposed for each of the two sonification strategies, to progress towards an in-vehicle integration. The evocations brought by the gestures and sounds association were the subject of a third perceptive blinded experiment. The concepts around the virtual object were unknown and gradually discovered by the subjects. These mental images conveyed by the sonification strategies can help users familiarize with the interface. A fourth perceptual experiment focused on the virtual object handling for first-time users, where the integration of audio-visual stimuli was studied, in the context of an interface manipulation. The experiment conditions were similar to the driver first discovering of the interface in a parked vehicle thanks to audio-visual stimuli, and then operating it through sonification strategies only. The results of this experiment lead to the design of a gestural interface, which was compared with the results obtained with a touchscreen interface in a final perceptual experiment, carried out in a driving simulator. Although the results show better performances for the tactile interface, the combination of gestures and sounds proved to be effective from the cognitive load point of view. The gesture interface can therefore offer a promising alternative or complement to tactile interfaces for a safe simultaneous use in driving condition