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Interaction homme-machine Jean Caelen Laboratoire CLIPS-IMAG.

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1 Interaction homme-machine Jean Caelen Laboratoire CLIPS-IMAG

2 Historique Opérateur humain (...perforation de cartes...) Ecran de saisie (...page par page...) Ecran graphique (...clavier, souris, écran...) Calculateur Ordinateur Personnel

3 Actuellement… De : Combiné téléphonique (...communication humaine...) A : Interface instrumentale (...robot... action sur lenvironnement…) Met en relation des humains et des systèmes Personne / personne Personne / système

4 Les applications de linformatique les transports (air, rail, route, etc.), les télé-services transactionnels : commerciaux et bancaires, les télécommunications et les espaces de médiation, la formation et la télé-formation, la simulation et la conception assistée par ordinateur, la robotique et la télé-manipulation, la bureautique concept du bureau du futur, du bureau de lhandicapé, etc., lutilisation collective de lordinateur : le travail collaboratif, les cyber-villages, etc., la commande de processus continus ou discrets environnement robotique, chaînes de production, etc., laide à la création et aux activités artistiques, aux loisirs, à la diffusion de la culture concept de télévision interactive, de musée virtuel, etc., l'aide à la maintenance de systèmes complexes, etc. l'aide à l'acte chirurgical et médical.

5 Nouvelles interfaces Humains... plus diversifiés professionnel / grand public Systèmes... plus complexes fonctions diversifiées, en réseau, distribués, agents, assistants Lordinateur envahit tous les champs dapplication et atteint tous les publics Les humains ne veulent plus « subir », la « machine » doit sadapter

6 Les contours du domaine Les modalités : vocal, gestuel, visuel Le traitement automatique du langage naturel Lingénierie de linteraction homme-machine Les environnements virtuels et augmentés Limage et le son (synthèse et traitement) Les médiaspaces, les objets communicants Lintelligence ambiante Le collecticiel Lergonomie des interfaces et la sociologie…

7 Les conditions de la réussite « Utilité » adéquation au besoin opératoire (adéquation à la tâche) pertinence de loutil (pas un outil à « tout faire ») « Utilisabilité » fiabilité (vers le zéro-défaut) efficacité (réduction du temps de la tâche) facilité demploi (en adéquation avec la mémoire) rapidité dapprentissage manipulation agréable Les ingénieurs ne sont pas seuls concernés par les interfaces

8 Principes ergonomiques Adéquation des modes et des modalités sensorielles Adéquation des représentations Traitements compatibles avec les objectifs et avec le raisonnement H E+M modalités sensoriellesmodes représentationsmodèles, objets raisonnementstraitements H= humain, E = environnement, M = machine

9 Processus interactionnel Théorie de laction [Norman, 86] Modèle de [Rasmussen, 86] Habiletés Comportement Raisonnement Habiletés Comportement Raisonnement

10 Le modèle ICS [Barnard, 92] ICS peut se voir, en première approximation, comme un affinement du Modèle du Processeur Humain [Card 83]. ICS est une architecture parallèle multi-processus décomposée en un ensemble de neuf sous- systèmes spécialisés

11 Cadre Des individus qui agissent intentionnellement sur un environnement naturel ou artificiel au moyen dun système informatique pour réaliser une tâche.

12 Définition Adaptateur dimpédance (elle doit « résister ») Loupe (elle doit « focaliser ») Miroir (elle doit « refléter ») Attracteur (elle doit « motiver ») Linterface est une abstraction (elle ne commence ni ne sarrête au clavier- écran : elle a une profondeur)

13 Exemple : interface vocale

14 Interface : opérateur / tâche Activité de lusager cadrée par la tâche

15 Linterface doit avoir : des représentations sur lopérateur, aux plans cognitif et/ou social, une représentation des capacités perceptives et sensorielles humaines, un modèle du domaine de la tâche, un modèle dinteraction et/ou des règles sociales, une représentation delle-même (pour sadapter ou pour être plus générique) et de ses différents dispositifs.

16 Typologie 1. Typologie des usagers, 2. Typologie des environnements, 3. Typologie de linteraction, 4. Typologie des tâches, 5. Typologie des connaissances, 6. Typologie des dispositifs.

17 Typologie des usagers Utilisateur de référence = Ho Usagers proches = Hp Usagers distants = Hd Système = M Ho U Hp travaillent avec Hd à laide de M

18 Typologie des univers Univers de référence artificiel = Uo Univers réel proche = Up Univers réel distant = Ud Environnement E = Uo U Up U Ud Uo Ud Up

19 Typologie de linteraction 4 Directions dajustement Ho contrôle E (Ho => E) Ho sinforme sur E (E => Ho) Ho interagit avec E (Ho E) Ho indépendant de E (Ho / E)

20 Rôles du système Médiateur Simulateur Assistant Partenaire

21 Typologie des tâches Tâches routinières par réutilisation complète de schémas Tâches innovantes ou de conception par réutilisation de parties de schémas (scripts) Tâches de création toujours nouvelles type de planification mise en jeu (hiérarchique, opportuniste, fin-moyens, etc.), nombre de buts poursuivis simultanément, avec partage des tâches à plusieurs ou non, astreinte à un processus temps réel ou non (qui conditionne les interventions sur interruptions externes),

22 Typologie des connaissances croyances de Ho sur E, croyances de Ho sur le système M, croyances de Ho sur lui-même, représentations de E dans M, croyances de M sur Ho,

23 Typologie des dispositifs Dispositifs statiques (écran) Dispositifs mobiles (robots) Dispositifs portables (PDA, téléphone) Dispositifs vestimentaires (capteurs) Dispositifs environnementaux (bornes) Directionnalité (E/S), taille, type canal, débit, etc.

24 Exemple de dispositifs Graphique (écran + clavier + souris) Vocal (microphone + HP) Gestuel (gant, retour deffort) Visuel (caméra, vidéo-projecteur) Multimodal (mixte)

25 Exemple : interface vocale Interface vocale téléphonique pour le renseignement touristique Ho = client, [Hd = agent], M = agent E = Base de données tourisme (E => Ho) Connaissances Ho = {langue, transport} Tâche = {routinier, hiérarchique, 1 but à la fois} Dispositifs {entrée = microphone, sortie = HP)

26 Tâche / activité Tâche : caractéristiques définition : suite(s) dactions conduisant potentiellement à un(des) but(s) nombre de buts poursuivis simultanément (tâches concurrentes et parallèles) type de planification et dynamicité du raisonnement (de la routine à linnovation) tâche individuelle ou collective astreinte à un processus externe (interruptions) contraintes particulières (urgence, sécurité, etc.) complexité (niveau cognitif exigé) Activité suite dactes effectués par un usager dans le cadre dune tâche actes langagiers actes non-langagiers On distingue la tâche prescrite de la tâche réalisée

27 Analyse de tâche Pour concevoir et évaluer des systèmes informatiques, on analyse le comportement de l'utilisateur, avant pendant et après l'existence du système. Le modèle UAN utilise des opérateurs d'enchaînement de tâches. Séquence Attente Disjonction répétée Indépendance d'ordre Entrelacement Parallélisme

28 Tâche = hiérarchie (a) A( ) (b) A( avec = acte où est une non-action Modèle de tâche : Ensemble des actions A muni de relations: précédé ( ), simultané (||), disjonctif (OU), Indépendance d'ordre (ET), entrelacements (, )

29 Représentation Script : s (ou scénario) |appartient-à {scénarios} |liens de séquentialité {, ||, OU, ET} |Corps : {Actions} |Conditions : {Contraintes} |_Effets : {Actions} Action : A |appartient-à {scripts s} |liens de séquentialité {, ||, OU, ET} |Corps : {Processus élémentaires} |Conditions : {Contraintes} |_Effets : {Processus élémentaires}

30 Activité Activité :

31 Modèles de tâche pour conduire l'interaction : on s'appuie sur le modèle de tâche prescrit, pour situer le cadre pragmatique : on s'appuie sur les connaissances requises, Le modèle de tâche décrit la structure de coordination des activités entre lusager et la machine Deux catégories de modèles

32 Modèles explicites Définition : un modèle de tâche explicite décrit de manière explicite la succession des actions (corps, effets, conditions, ordonnancement, etc.) conduisant à un but donné. Propriété : ce modèle convient bien aux tâches dites de routine. Formalismes : CLG [Moran, 81], GOMS [Card, 83], TAG [Payne, 86], MAD [Pierret-Golbreich, 89], ETAG [Tauber, 90], TKS [Johnson, 91], UAN [Hartson, 92], LOTOS [Amodeus, 93] etc. Outils : Arbres ET/OU, ATN, Pétri, Schémas, etc. ± richesse des opérateurs

33 UAN [Hartson, 92] Tâchesélectionnerobjet Acte utilisateur Action machine Etat CursorMove Icône(objet) MouseDown MouseUp Icône(objet) Inverse vidéo Icône(objet) inv.video ObjetSélectionné(objet)

34 Modèles implicites Définition : un modèle de tâche implicite décrit seulement le but à atteindre et quelques moyens pour latteindre. Propriété : ce modèle convient aux tâches dites innovantes ou de conception. Formalismes issus de lIA : exploration darbres de buts [Mahler, 85], [Mittal, 85], sélection et expansion de plans de conception [Brown, 85], proposition et révision dhypothèses par satisfaction et propagation des contraintes [Marcus, 86], modification de solutions presque bonnes [Stallman, 77], [Howe, 88], Outils : Prototypes, algorithmes génétiques, etc.

35 Algorithmes génétiques Pour une séquence P de prototypes donnée et un but B à atteindre : a)Mutation Pm M (Pm P) b)Croisement Pc C ((Pm) (P-Pm)) c)Sélection P S (Pc) d)Satisfecitsi x P satisfaisant B alors arrêt sinon P = P'; retour a)

36 Modèle dusager Profil… Perceptif Cognitif Actionnel (-> par le langagier et le non-langagier) Psycho-social Usage : Comportement type modèle de lusager ou des usages ?

37 Les connaissances

38 Modèles dusager Statiques -> Dialogue adaptable - préférences - niveau dexpertise - particularités langagières - etc. Dynamiques -> Dialogue adaptatif - connaissances évolutives - stratégies dynamiques - robustesse - etc. Techniques

39 Architecture Seeheim Modèle en couche : des dispositifs à lapplication Seeheim (1980) Présentation contrôle lexical Dialogue contrôle syntaxique Interface de l'application contrôle sémantique

40 Le composant vocal… 1. Moteur 2. Filtrage acoustique 3. Filtrage linguistique 4. Lexique 5. Rehaussement 6. Rejet 7. Analyse sémantique 8. Synchronisation 9. Fusion 10. Transduction phonétique 11. Prosodie

41 La boucle « à événements »

42 ARCH : Seeheim révisé Adaptateur de noyau fonctionnel Noyau Fonctionnel Contrôleur de Dialogue Techniques de Présentation Interaction de Bas Niveau

43 ARCH : ex. système Matis Adaptateur de noyau fonctionnel Noyau Fonctionnel Techniques de Présentation Phrases reconnue s Interaction de Bas Niveau Entrées et Sorties graphiques Système de fenêtrage Queues d'événements Interface Builder Entrées en langage naturel Parser (Grammaires) Mapper Vocabulaire Contrôleur de Dialogue Reconnaissance

44 ARCH : ex. système Matis Adaptateur du Contrôleur de Dialogue Noyau Fonctionnel Techniques de Présentation Interaction de Bas Niveau Requêtes sous forme de structure de données Base de Données Requêtes S.Q.L. Requêtes S.Q.L. Résultats sous forme textuelle Traduction noyau fonctionnel

45 Modèles à agents Modularité et parallélisme Conception itérative (modifiabilité) Dialogue à plusieurs fils Mise en œuvre des collecticiels Correspondance avec lapproche objets Catégorie dagents réactifs => classe Événement => méthode Encapsulation : lagent est seul à modifier son état Mécanisme de sous-classe

46 MVC (Smalltalk) M = MODEL la compétence abstraite de lagent (noyau fonctionnel) V = VIEW le rendu perceptible de lagent (comportement en sortie) C = CONTROLLER le comportement en entrée Un agent = 3 facettes Une hiérarchie dagents

47 Architecture PAC (Coutaz 87) Une hiérarchie dagents PA Présentation Abstraction Contrôle

48 Exemple : le réchaud Deux agents : la casserole et le réchaud ON/OFF PA C TempRéchaud On/off PA C MasseEau TempEau TempSource ObjetSur

49 Réchaud(TempSource, TempAmbiant, On, ObjetSur) facette-P image-réchaud if-MouseClick(button) On ; Color(button)=rouge if-MouseDoubleClick(button) ¬On ; Color(button)=noir if TempRéchaud > T eff image-effluves facette-A if-On TempRéchaud=F + (TempRéchaud, t) else TempRéchaud=F - (TempRéchaud, TempAmbiant, t) facette-C if-ObjetSur TempSource = TempRéchaud Casserole(TempSource, TempAmbiant, TempEau, MasseEau) facette-P image-casserole if-MouseDrag(Réchaud) ObjetSur ; else ¬ObjetSur if TempEau > T 100 image-bulles facette-A TempEau=H(TempEau, MasseEau, TempSource, t) facette-C if- ¬ ObjetSur TempSource=TempAmbiant

50 ARCH-MVC Composants indépendants des modalités

51 Exemple : agent linguistique Morpho-syntaxe Sémantique Pragmatique

52 Perspectives Interface, tend à posséder... des représentations sur lopérateur, aux plans cognitif et/ou social, une représentation des capacités perceptives et sensorielles humaines, un modèle du domaine de la tâche, un modèle dinteraction et/ou des règles sociales, une représentation delle-même (pour sadapter ou pour être plus générique) et de ses différents dispositifs.

53 Perspectives Evolutions prochaines ? Multimodalité, multi-sensorialité parole, geste, langage, vision Modes de communication à distance, virtualisés, augmentés Diversité public, tâches, objets communicants, environnement Les ingénieurs ne sont pas seuls concernés par les interfaces

54 Recommandations A lingénieur il manque des outils génériques de spécification et de génération des interfaces il faut en même temps personnaliser linterface il faut maîtriser tous les dispositifs, les fiabiliser... il manque des méthodes dévaluation A lergonome il faut rechercher une plus grande synergie dans le processus de conception il manque une ergonomie prédictive il faut une formation adaptée des ingénieurs Au sociologue, au juriste il manque une « logique » des usages il y a des problèmes éthiques


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