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Évaluation de l'impact de la modification du retour visuel présenté par un égo-avatar temps réel sur la cinématique de la marche

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Saint-Pierre Côté, Sara (2017). Évaluation de l'impact de la modification du retour visuel présenté par un égo-avatar temps réel sur la cinématique de la marche. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans les dernières années, la réalité virtuelle (RV) a trouvé de nombreux usages et a démontré son efficacité dans les domaines de la réhabilitation physique et motrice. Cette démocratisation de la RV est due, en partie, au fait que l’équipement est de plus en plus disponible et abordable. Cette popularité grandissante est également liée au fait qu’il est possible de placer les utilisateurs dans un environnement virtuel (EV) totalement contrôlable. La RV permet de remplacer, par un égo-avatar, la visualisation de leur corps et ainsi de fournir un retour visuel permettant aux participants d’observer leur propre movement performé par leur double virtuel. Cet égo-avatar peut être fidèle aux mouvements ou modifié, et ce, en temps réel. Il a été démontré que l’exposition à un retour visuel modifié fourni par un égo-avatar dans une situation statique induit une dérive proprioceptive et physique, mais il est intéressant de déterminer si de telles observations sont également possibles dans une condition dynamique comme la marche. L’objectif de cette étude est de quantifier les variations cinématiques, cinétiques et spatiotemporelles de la marche des participants lorsque le mouvement du membre inférieur de leur égo-avatar est manipulé; plus précisément, lorsque l’angle de flexion à la hanche de l’avatar est augmenté de 30°. Dans cette étude, dix participants ont été évalués. Ils devaient marcher sur un tapis roulant instrumenté de plates-forms de forces tout en observant leur égo-avatar selon une perspective à la première personne (comme s’ils se voyaient dans un miroir virtuel) et selon une perspective à la troisième personne (comme s’ils se suivaient eux même et s’ils se voyaient de profil). Les paramètres de la marche ont été comparés entre les différentes conditions dans le but d’établir si le participant change sa démarche afin de suivre la marche de son égo-avatar. Il est intéressant de constater que plusieurs paramètres, autant cinématiques, cinétiques et spatiotemporels sont modifiés lorsque le participant est exposé à son égo-avatar suivant fidèlement son mouvement. L’effet de la latence du système et de l’exposition à un retour visuel inhabituel sont explorés comme pistes d’explications. Lorsque l’égo-avatar est modulé, une augmentation de la force verticale au sol au moment du contact du talon est observée. L’algorithme de modulation choisi pour modifier la cinématique de la jambe de l’avatar produit une flexion à la hanche de plus grande amplitude sur une période de temps inchangée. La vitesse de déplacement de la jambe de l’égo-avatar est donc visiblement augmentée. Puisque l’hypothèse initiale est que les participants tenteront de suivre le mouvement de leurs égos-avatars, une augmentation de la vitesse de déplacement vertical du pied du participant pourrait être à l’origine du changement cinétique observé. Un EV plus immersif ainsi qu’un algorithme de modulation générant un mouvement plus naturel et mieux ciblé pourraient permettre d’avoir un impact plus significatif sur les caractéristiques du mouvement des participants et, le cas échant, pourrait s’avérer être un outil Clinique intéressant dans un contexte de réadaptation de la marche.

Titre traduit

Effect of a modification of the visual feedback provided by a real-time self-avatar on gait parameters during natural walking on a treadmill

Résumé traduit

In recent years, virtual reality (VR) has found many uses in physical and motor rehabilitation. This democratization of VR is due, in part, to the fact that equipment is more and more available and affordable. This growing popularity is also linked to the fact that it is possible to place users in a fully controllable virtual environment (VE). VR makes it, using a selfavatar, to replace the users’s visualization of their body and thus to provide a visual feedback allowing the participants to observe their own movements performed by their virtual double. This self-avatar can accurately replicate the user’s movements, or these movements can be modified in real time. When a user is exposed to a modified visual feedback provided by a self-avatar in a static situation, proprioceptive and physical drift are induced. It has yet to be determined if those observations are also possible in a dynamic condition such as walking. The objective of this study is to quantify the kinematic, kinetic and spatiotemporal variations in gait of the participants when the movement of the lower limb of their self-avatar is manipulated. More precisely, when the hip flexion angle of the avatar is increased by 30 °. In this study, ten participants were evaluated. They had to walk on a treadmill instrumented with force platforms while observing their self-avatar from a first-person perspective (as if they were looking themselves in a virtual mirror) and from a third-person perspective (as if they were following themselves and if they were looking themselves from a profile perspective). The selected parameters were compared between the different conditions in order to determine if the participant changes his gait in order to follow his self-avatar. It is interesting to note that several parameters (kinematic, kinetic and spatiotemporal) are modified when the participant is exposed to his self-avatar that is accurately following his movement. The effect of the system latency and exposure to unusual visual feedback are explored as possible explanations. When the self-avatar is modulated, an increase in the vertical force on the ground at the time of heel strike is observed. The modulation algorithm chosen to modify the kinematics of the leg of the avatar produces a hip flexion of greater amplitude over an unchanged period of time. The speed of the leg of the self-avatar is thus visibly increased. Since the initial hypothesis is that participants will attempt to follow the movement of their self-avatars, an increase in the vertical displacement velocity of the participant's foot could be at the origin of the observed kinetic change. A modulation algorithm generating a more natural and better targeted movement could allow to have a more significant impact on the participants' movement characteristics and would be an interesting clinical tool in a gait rehabilitation context.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Rapport de mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie des technologies de la santé". Bibliographie : pages 99-105.
Mots-clés libres: Avatars (Infographie) Temps réel (Informatique) Marche. Membres inférieurs Mouvements. Cinématique. Biomécanique. Imitation (Psychologie) Réalité virtuelle en médecine. Réadaptation Recherche. égo-avatar temps-réel, analyse de la marche, réhabilitation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Labbé, David
Codirecteur:
Codirecteur
Aissaoui, Rachid
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 11 juill. 2018 19:15
Dernière modification: 11 juill. 2018 19:15
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2068

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