Par Frédéric Vella IRIT - Toulouse Equipe IHCS
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Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 1
Modèles psychophysiques d’atteintes de cibles pour les personnes souffrant de troubles neuromusculaires
Par Frédéric VellaIRIT - Toulouse
Equipe IHCSDirectrices : Nadine Vigouroux et Régine André-Obrecht
Encadrant : PhilippeTruillet
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 2
Plan de la présentation
• Contexte et problématiques• Partie 1 : Loi de Fitts et handicap• Partie 2 : Projection théorique sur la
conception de claviers virtuels– Caractérisation de la fatigue – Validation de la loi de Fitts
• Conclusions et perspectives
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
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Personnes handicapées en France
5 millions de personnes handicapées
2 millions de personnes atteintes de déficiences motrices
[Vilalta, 2006]
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
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Problématiques
PC
Fatigue ?
Contexte et problématique
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Conclusions et perspectives
1) Difficultés de l’interaction WIMP
2) Utilisation d’un périphérique
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Une définition : Fatigue
• [Allain et al, 1999] – « une baisse d'activité d'un système vivant ayant un
fonctionnement excessif. Elle devient observable, soit par une plainte de l’utilisateur, soit par des signes observés. La fatigue est souvent due au vieillissement, à l’usure, à l'altération de la structure ou encore à l'épuisement (au sens biochimique du terme). Elle se présente sous plusieurs formes : musculaire, nerveuse, ou encore organique quand elle est d’origine pathologique ».
Contexte et problématique
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Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
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Objectifs de la thèse
• Validation d’une loi de psychomotricité • Utilisation pour la conception Concevoir des interfaces utilisables pour les personnes
handicapées motrices – « Problème handicap: difficultés motrices
• Impact sur les performances »
• Axes de recherches– Multi modalités ou autres modalités – Design de dispositifs adaptés – Techniques d’interactions
• 2 approches – A posteriori : expérimentations – A priori : Se base sur des modèles, permet d’assurer une certaine
utilisabilité
Contexte et problématique
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Goal, Operators, Methods, and Selection rules (GOMS)
• Temps d’exécution d’une tâcheT = TH +TM + TD + TP
Opérateurs : K (frappe), P (désignation), H (prise en main), D (déplacement), M (activité mentale), R (temps de réponse du système)
[Card 1980]
Contexte et problématique
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MT = a + b × ID
ID = log2(2A/W)
[Fitts, 1954]
Loi de Fitts
• Fitts : prédiction du temps d’atteinte de cibles
• Indice de Difficulté (ID)
c
WAbaMT 2log.
Avec C= 0,5 [Welford, 1968]
C= 1 [MacKenzie, 1992]
Contexte et problématique
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Conclusions et perspectives
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Fitts : Personnes valides
• Cohérente avec cette population • Techniques basées sur Fitts
– Goal Crossing [Accot et Zhai, 1997]• EdgeWrite [Wobbrock et Myers, 2006]• GrooveWrite [Al Faraj et al, 2008]
Agilité et précision– Pointage sémantique [Blanch, 2004]– Cibles extensibles [McGuffin, 2002]
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Conclusions et perspectives
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Fitts : Personnes handicapées
• La loi de Fitts, est-elle valable dans le cadre du Handicap Moteur?– Ecart important entre les résultats théoriques
et expérimentaux [Hwang, 2005] et [Vigouroux, 2004]
Ajout de paramètres supplémentaires réduction déviation [Moulton, 1999]Angles de mouvements
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Conclusions et perspectives
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Champs d’études
• Définir :– Les paramètres pertinents dans le cadre
du handicap moteur – Des valeurs de ces paramètres pour
différentes catégories de handicap moteur
Adapter la loi de Fitts
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Conclusions et perspectives
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Démarche
• Expérience de Fitts avec différentes catégories de populations – Reprise de l’expérience 1D pour
• Même situation expérimentale– Détermination des paramètres a et b dans les
mêmes conditions que pour les personnes valides
• Nouvelle modélisation
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Conclusions et perspectives
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Expérimentation
• Objectifs– Etude de l’effet de ID (taille et distance) sur les
performances pour adaptation de a et b
A
H
W
• Variables (en pixels)– W : 8, 16, 24, 32, 40– A : 80, 160, 240,
480
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Conclusions et perspectives
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Hypothèses
• H 1 : Les distances parcourues pour aller d’une cible à l’autre par les sujets valides sont moins importantes que celles parcourues par les sujets handicapés
• H 2 : Les personnes handicapées réalisent plus d’erreurs d’atteintes de cibles que les personnes valides
• H 3 : L’indice de difficulté est moins important pour les personnes valides que pour les personnes handicapées pour un W et un A identiques
• H 4 : Le temps de parcours (MT) d’une cible à l’autre par les sujets valides est moins important que celui des sujets handicapés
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Expérimentation
• Populations – Valides (15V) – Handicapées (9HM, 4HT) Variabilité
• Consignes – Atteindre rapidement les cibles
• Retours– Avec erreur : cible fixe – Sans erreur : déplacement de la cible + son
0123456789
s ourisc las s ique
s ans fil
trac kball touc hP ad mini-joys tic k
Arthrogrypos e
Tétraplégie
Myopathie
Contexte et problématique
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Conclusions et perspectives
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05000
10000150002000025000300003500040000
HM HT V
Sujets
Dist
ance
en
pixe
ls
Distance parcourue
• H 1 : DT(V) < DT(HM) et DT(HT) vérifiée pour HT
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Conclusions et perspectives
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Taux d’erreurs
• H 2 : Les HT et HM réalisent plus d’erreurs d’atteintes de cibles que les V vérifiée pour HT
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
HM HT V
Taux
d'e
rreu
rs
17
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Nombre de cibles manquées par taille et population
0
0,5
1
1,5
2
2,5
8 16 24 32 40
Taille des cibles
Nbr
cibl
e/N
bre
de
pers
onne
s
V
HT
HM
ID : tailles de cibles atteintes et non atteintes
0
1
2
3
4
5
6
7
HMHT V HMHT V HMHT V HMHT V HMHT V HMHT V HMHT V HMHT V HMHT V HMHT V
tail le 8 tail le 16 tail le 24 tail le 32 tail le 40
ID
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Résultat : ID
• H 3 : L’indice de difficulté est moins importante pour les V que pour les H pour un W et un A identique pour les 2 populations non vérifiée
Contexte et problématique
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Conclusions et perspectives
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Résultat: MT
• H 4 : Le temps de parcours (MT) d’une cible à l’autre par les V < HT et HM vérifiée
-
Contexte et problématique
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Conclusions et perspectives
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Modélisation par régression linéaire
Valides
Myopathes
Tétraplégiques
Contexte et problématique
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Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 21
Modélisation par encadrement d’intégrale
Contexte et problématique
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Conclusions et perspectives
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Mise en pratique
• Claviers virtuels – Aide à la communication – Un clavier un ensemble d’atteinte de cibles
Modèle théorique adapté
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
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Adaptation de Fitts: Agencement des touches
[Soukoreff, 1995]
Touche i
Touche jAij
Wj
Contexte et problématique
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Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
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Claviers virtuels
• Initialement le clavier AZERTY – ralentir la frappe– Clavier physique 10 doigts
• Constat : les claviers virtuels AZERTY non optimisés– Clavier virtuel 1 doigt
Minimiser le déplacement du curseur : optimiser la vitesse de saisie et réduire la fatigue
• 2 voix d’études – Listes de prédictions (lettres, mots)– Agencement des touches
Contexte et problématique
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Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
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Agencement des touches
• Raisons du choix – Besoins utilisateurs—ChatCom– Uniquement la prise en compte de la
motricité(conditions expertes)
• 2 procédés – Réduction du nombre de touches – Réagencement des touches
Contexte et problématique
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Conclusions et perspectives
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Réduction du nombre de touches
Clavier ambigu UKO
(emprunté à [Harbusch et al, 2003])
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Temps (en min)
Tem
ps m
oyen
d'u
n cl
ic (e
n m
s)
Suject 1
Suject 2
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Temps en minute
Duré
e m
oyen
ne d
'un
clic
(in
ms)
Suject 1
Suject 2
Suject 3
Suject 4
[Vigouroux et al, 2004]
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Réagencements des touches
Anglais WPM %
QWERTY 31.7 FITALY 42.37 33,66 OPTI II 42.44 33,88 Français GAG II 45.15 42.43 WPM %
Metropolis 46.26 45.93 AZERTY 30.33 GAG I 47.63 50.25 GAG 48.61 60.27
Clavier FITALY [MacKenzie et Zhang, 1999]
Clavier OPTI [MacKenzie et Zhang, 1999]. Clavier Metropolis
[Zhai et al, 2000] Clavier GAG (Généré par Algorithme Génétique) [Raynal et Vigouroux, 2005a]
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 28
Agencements des touches
• Est-ce que ces agencements sont adaptés ?– Vitesse Clavier ambigu < clavier AZERTY– Vitesse clavier non ambigu qqconque <
clavier AZERTY Objectif: concevoir un clavier virtuel
adapté aux problèmes de pointage – Tenir compte de la difficulté de déplacer le
curseur • « directions préférentielles »
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
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www.fitaly.com
SOftware KEYboard TOolkit SOKEYTO : Outil d’instrumentation
Sauvegarde du clavier logiciel
Poser une touche (forme rectangulaire)
Effacer la touche
Affecter un caractère à une touche
Créer une touches
Ouvrir un clavier logiciel
Placer la touche
Couleur de la touche
Touche du clavier logiciel
Déplacer la touche
ENVIRONNEMENT DE CONCEPTION POUR CLAVIER LOGICIEL
• Objectifs scientifiques– Concevoir des claviers virtuels
–Conception centrée utilisateur – Confronter de manière prédictive les
différents agencements (tailles des touches, localisation, espacements) Base d’évaluation de claviers virtuels
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 30
SOftware KEYboard TOolkit (SOKEYTO) : Outil d’instrumentation
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Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 31
Etude de cas
• Objectifs : Caractérisation de la fatigue motrice
• La vitesse (en WPM) n’est pas le seul paramètre qui la caractérise – Nombre total de caractères saisis
• L’agencement des touches est il optimisé selon la motricité des sujets ?
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 32
Etude de cas
• Sujets : 2 personnes handicapées (myopathes)– Annie : sujet 1, degré 3Annie : sujet 1, degré 3– Céline : sujet 2, degré 2Céline : sujet 2, degré 2
• Claviers conçus avec la plateforme SOKEYTO [Vella 2005]
Clavier Annie Clavier Céline
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 33
Comparaison des résultats théoriques
WPM théorique du modèle de Soukoreff
AZERTY 52,3Céline 54,8Annie 57,2
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 34
Déroulement
• Exercice 1 : – saisie de 1367 caractères– 8 jours (2 fois par jour avec contre-balancement
(AZERTY versus « sujet »))• Exercice 2 :
– Saisie sans phase de repos de 5555 caractères – 2 jours (2 fois par jour avec contre-balancement
(AZERTY versus « sujet »))• Consigne
– La saisie doit être effectuée aussi vite que possible
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 35
Hypothèses
• H 1 : Distance AZERTY > claviers conçus• H 2 : Vitesse claviers conçus par les sujets >
vitesse clavier AZERTY• H 3 : Nombre de caractères saisis claviers
conçus par les sujets > nombre de caractères saisis par AZERTY
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 36
Exercice 1 : Distance réelle
• H 1 : D (AZERTY) > D (claviers conçus) vérifiée
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 37
Exercice 1 : Apprentissage et vitesse
• H 2 : V(conçus) > V (AZERTY) non vérifiée!
CélineAZERTY
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8
Vite
sse
(en
WPM
)
Numéro du jour
matin
soir
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8
Vite
sse
(en
WPM
)
Numéro du jour
matin
soir
AnnieAZERTY
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 38
Validation des modèles
WPM Expérimental
W.P M. théorique avec les nouveaux modèles
Modèle myopathes
AZERTYSujet 1 11,25
Entre 23,6 et 23,9Sujet 2 23,82
Céline Sujet 2 21,94 Entre 23,3 et 23,4
Annie Sujet 1 11,6 Entre 24,6 et 26,8
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 39
Conclusion
• Nouveaux modèles adaptés au comportement moteur des populations
• Première partie – Temps Moyen
• Deuxième partie – Effet d’apprentissage
• Première validation du modèle– Personnes atteintes d’amyotrophie spinale
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
Conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 40
Perspectives
• Identification de nouveaux paramètres de la fatigue – Mesure WPM pas représentative d(WPM)/dt
• Règles rapport A/W pour la spécification d’IHM• Adaptation (intra ou inter) des modèles • Classification d’un sujet dans une classe de
pathologie • Etude de la trajectoire et du mouvement• Etude de Fitts 2D
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Merci,
des questions ?
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 42
Exercice 2 : Nombre de caractères
• H 3 : Nbre de caractères saisis claviers désignés par les sujets > nbre de caractères saisis par AZERTY vérifiée
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Soutenance de thèse le 18 décembre 2008 à l'IRIT 43
Variation du temps de saisie d’un caractère
• H 4 : Augmentation du temps pour aller d’une touche à une autre vérifiée
MT pourrait être un indice montrant une fatigue motrice
Contexte et problématique
Loi de Fitts et handicap
conception de claviers virtuels
Conclusions et perspectives
Pointage sémantique et cibles extensible
Distance
Vitesse Temps moyen d’accès à une touche
Erreurs de saisie
Score
«Classique» - + + + 3
«BigKey» - + + - 2
«Sans Pointeur»
+ - - - 1
Logique floue
• Rigueur mathématique – Résultats exactes =/= approximatifs