De l'usage de la réalité virtuelle pour la rééducation d'enfants paralysés

Soutenu par Aurélien ADAM

Tuteur : Paul Richard

Résumé

Mots clés : réalité virtuelle, rééducation, auto-adaptation, coach virtuel

Dans le cadre à la fois de la dernière année du cycle ingénieur de l'ISTIA et du master 2 SDS (Systèmes Dynamiques et Signaux) de l'Université d'Angers, ce rapport présente le stage de fin d'étude réalisé au sein du laboratoire LARIS

Orienté recherche, le sujet de ce stage a porté sur une plateforme de rééducation pour enfants paralysés cérébraux. Le but est d'apport à cette plateforme un aspect autonome en mettant en place un "coach virtuel" et un système d'auto-adaptation des paramètres de l'application permettant une gestion de la difficulté en fonction de l'utilisateur.



Rapports



La plateforme

Le but de l'application de cette plateforme est de faire attraper à l'enfant différents objets, en l'occurence des fruits, qui se dirigent vers luis à travers un petit avatar. Pour cela la Kinect est utilisée.

Interface graphique de la plateforme

Composition de la plateforme



Le Coach Virtuel

Utilisée pour le moment uniquement au sein du centre de rééducation sous la surveillance d'un médecin ou d'un thérapeute, l'objectif est de rendre la plateforme utilisable par les enfants à la maison. Le but du coach virtuel est d'expliquer aux enfants ce qu'ils doivent en leurs donnant des instructions. Il permettra également de les corriger quand cela sera nécessaire ainsi que de les encourager en fonction de leurs résultats


Le fonctionnement du coach virtuel suit l'automate suivant :

virtual coach automaton

Automate de fonctionnement du coach virtuel

Liste des actions :
  • VC0 : c'est l'état initial de l'automate, le coach virtuel n'est pas affiché
  • VC1 : le coach virtuel donne le scénario
  • VC2 : le coach virtuel donne les instructions de la tâche
  • VC3 : le coach virtuel corrige l'enfant
  • VC4 : le coach virtuel encourage l'enfant et le remotive si besoin
Liste des transitions :
  • T1 : la tâche est lancée
  • T2 : une erreur est détectée
  • T3 : la session est terminée

Au départ le coach virtuel attend que la session démarre. Une fois qu'elle démarre, il apparait pour expliquer le scénario puis les instructions à suivre. Il disparait ensuite pour laisser l'enfant jouer. Il attend soit de détecter une erreur auquel cas il corrigera l'enfant, soit que la session se termine pour, en fonction des performances de l'enfant, donner ses encouragements et conseils.

On peut détailler l'action d'encouragement (VC4) par le sous automate suivant :

sous automate coach virtuel

Sous automate de l'action VC4

Liste des actions :
  • VC40 : état initial du sous-automate
  • VC41 : le coach virtuel encourage et (re)motive l'enfant
  • VC42 : le coach virtuel encourage l'enfant pour essayer d'attraper encore plus d'objets
  • VC43 : le coach virtuel encourage l'enfant et lui dit de continuer comme ceci
Liste des transitions :
  • T10 : le nombre d'objets attrapés est inférieur à 50% du nombre total d'objets à attraper
  • T11 : le nombre d'objets attrapés est compris entre 50% et 75% du nombre total d'objets à attraper
  • T12 : le nombre d'objets attrapés est supérieur à 75% du nombre total d'objets à attraper


L'auto-adaptation des paramètres

Le but de l'auto-adaptation des paramètres de l'application est d'offrir un moyen de s'adapter aux performances de l'utilisateur. Cela permet de maintenir un niveau de jeu tel que l'utilisateur ne se sente frustré parce que le jeu est trop difficile ou au contraire qu'il s'ennuie parce que le jeu est trop facile.
Les paramètres modifiables sont :

  • la tailles des objets à attraper
  • leurs vitesses de déplacement
  • leurs fréquences d'apparition
  • la distance d'apparition par rapport à l'avatar

On peut réprésenter le fonctionnement de ce module d'auto-adaptation par l'automate suivant :

Automate de fonctionnement de l'auto-adaptation des paramètres

Liste des actions :
  • TD0 : état initial de l'automate, on ne fait rien
  • TD1 : on augmente la difficulté
  • TD-1 : on diminue la difficulté
Liste des transitions :
  • T1 : si 4 objets ou plus attrapés lors des 5 derniers
  • T2 : si entre 2 et 4 objets attrapés lors des 5 derniers
  • T3 : si moins de 2 objets attrapés lors des 5 derniers

Le fonctionnement est le suivant : tous les 5 objets, on regarde combien d'objets l'utilisateur a attrapés. S'il en a attrapés au moins 4, on augmente la difficulté en modifiant un paramètre au hasard. S'il en a attrapés moins de 2, on diminue la difficulté en annulant la dernière modification. Sinon on ne change rien.