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Développement et validation d’un système du simulation de la proprioception de la marche pour créer un sentiment d’incarnation en réalité virtuelle

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Kouakoua, Kean (2020). Développement et validation d’un système du simulation de la proprioception de la marche pour créer un sentiment d’incarnation en réalité virtuelle. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La marche est le principal moyen de locomotion humain, en dehors des moyens de transport; elle est aussi devenue un facteur important de mesure de l’état de santé et de l’autonomie des individus au quotidien. Cette importance se traduit, dans le milieu de la santé, par l’apparition de constantes de vitesse de marche, d’un nombre de pas journaliers conseillés, mais aussi par l’usage de la marche comme d’un outil de maintien et d’amélioration de la santé. Le domaine de la réadaptation en est un parfait exemple. Par ailleurs, l’engagement, la personnalisation, la modification du comportement l’augmentation du taux de rétention des connaissances ou l’amélioration des apprentissages moteurs sont autant d’éléments qui motivent, dans ce même domaine, l’usage de la réalité virtuelle et du sentiment d’incarnation; sentiment subjectif « d’être » et de contrôler un avatar qui découle d’une congruence suffisante entre les actes et intentions de l’utilisateur et l’information sensorielle perçue en retour. Ces deux objets possèdent donc un fort potentiel en réadaptation, d’autant plus lorsqu’ils sont utilisés ensemble. Néanmoins, ils se heurtent au problème suivant : une mobilité et un espace réduits constituent des limites pour se déplacer naturellement, pour retranscrire les actions et intentions et finalement pour permettre à l’utilisateur de s’incarner et profiter pleinement des avantages de réalité virtuelle et de la marche. Or, l’usage de patrons de vibrations musculaires permet aujourd’hui de reproduire des afférences sensorielles suscitant la marche sans qu’il n’y ait ni mouvement, ni activité volontaire. L’ensemble de ces éléments justifie donc les objectifs de cette étude : induire l’incarnation et la perception de marche en réalité virtuelle, sans mouvement ni commande volontaire, et mesurer l’impact de la synchronisation et de la complexité des patrons de vibrations utilisés à cet effet.

Pour ce faire, cinq conditions, dont quatre couplées à des patrons de vibration, ont été évaluées à l’aide de tests en choix forcés avec alternative, de questionnaires et de mesures sur le centre de pression. Les résultats de l’analyse des données subjectives ont révélé des effets positifs sur l’incarnation et la perception de marche, indépendamment de la stimulation proprioceptive utilisée, et ce, dans des proportions similaires à celles proposées par la littérature. Les résultats concernant le comportement des oscillations antéropostérieures du centre de pression révèlent des effets distinctifs en fonction du degré de synchronisation et du réalisme des afférences sensorielles constituant chaque stimulation visuoproprioceptive. De plus, la fréquence d’oscillation du centre de pression concorde avec la cadence de marche de l’avatar. On en déduit que plus la synchronisation et le réalisme des stimulations sont importants, plus l’incarnation, la perception de marche et la réponse motrice sont fortes.

Titre traduit

Proprioceptive stimulation added to a walking self-avatar enhances the perception of walking in static participants

Résumé traduit

Besides vehicles and animals, human locomotion remains the primary mode to navigation through our environment and became a major factor to determine the state of health and human autonomy in daily life. Especially in the field of rehabilitation where factors as the ideal gait speed to navigate through our environment, a recommendation about daily number of steps as well as human locomotion as a tool to maintain and improve health are of importance. Moreover, engagement, personalized modifications, behavior modification, improving rate of retention and motor learning skills are non-negligible arguments in favour of the use of virtual reality and embodiment in the field of rehabilitation. Embodiment refers to the subjective sensations of ownership and control over an avatar based on sensorial congruence between real actions and intentions and the perceived results. Therefore, both locomotion and embodiment have great potentials for rehabilitation, especially when combining them.

Nevertheless, lack of mobility and space are important limitations in terms of natural navigation through any environment (real or virtual), as those can affect movement patterns and intention and can limit the user to establish embodiment hence, depriving the individual of any advantages of virtual reality and locomotion. However, muscle vibration allows us to mimic gait sensorial afferences producing any voluntary muscle commands pre-recorded. All of the above-mentioned aspects justified our objectives : to determine if the addition of lowerlimb muscle-vibrations with gait like patterns to a walking visual self-avatar can improve the perception of walking in healthy standing individuals, and to compare the effects of the complexity of the vibration patterns and of their synchronicity on the sense of embodiment and perception of walking. To do this, five conditions included four with gait-like patterns of vibration were assessed. All conditions were evaluated with questionnaires, two alternatives forced choice and the center of pressure. Similar to previous literature results on visuo-tactile stimulations the subjective results showed positive effects of adding proprioceptive stimulation on the embodiment and the walking perception with no significant influence of the vibration pattern. Whereas anteroposterior oscillations of the center of pressure seems to be related to realness of gait-like patterns of vibration and synchronicity between sensorial stimulations. Moreover, the oscillation frequency of the center of pressure corresponds to the avatar’s walk pace. We conclude that the more synchronized and realistic the sensorial stimulations are, the stronger the embodiment, walking perception, and the motor response to stimuli will be.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec memoire en génie concentration technologie de la santé. Comprend des références bibliographiques (pages 83-88).
Mots-clés libres: incarnation, réalité virtuelle, illusion, proprioception, vibration
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Labbé, David
Codirecteur:
Codirecteur
Duclos, Cyril
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 15 déc. 2020 15:32
Dernière modification: 15 déc. 2020 15:32
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2631

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