III . 2 . A. Les prototypes mobiles :visiocasques et dispositifs portables

26Dans un cadre d’apprentissage, les visiocasques sont souvent exploités en tant que dispositifs de présentation de l’information, principalement pour des systèmes transportables (ex. : Kaufmann & Schmalstieg, 2002 ; Schwald & de Laval, 2003). En général, ils s’inscrivent dans une configuration matérielle du type : une ou deux caméras vidéo filmant la scène visionnée par l’utilisateur ; un ordinateur générant les entités virtuelles ; des dispositifs d’entrée d’information ; des capteurs de position (Azuma, 1997). Des architectures client-serveur sont également proposées, notamment pour des applications de formation à distance ou des systèmes multi-utilisateurs (ex. : Biocca et al., 2003). Des prototypes transportables pour l’apprentissage, qui s’affichent rarement comme de la RA, utilisent des assistants personnels pour la présentation de l’information (ex. : Luchini, Quintana, & Soloway, 2004). Pour l’apprenant et le formateur, le principal avantage des systèmes transportables réside dans la possibilité d’avoir de l’information à tout moment et partout. Ainsi, le système MARS (Mobile Augmented Reality System ; Feiner, MacIntyre, Höllerer, & Webster, 1997) vise l’assistance aux déplacements dans un environnement connu par le système – en l’occurrence, un campus universitaire. Le dispositif superpose aux images réelles, via un visiocasque semi-transparent, des informations visuelles telles que des noms de bâtiments et des pointeurs indiquant la direction. De surcroît, l’utilisateur dispose d’une tablette graphique portée à la main où sont affichées des icônes actives pour faire apparaître un historique d’un bâtiment donné, par exemple.

27Les technologies transportables orientent des efforts de recherche importants vers la conception de dispositifs miniaturisés qui restent toujours actifs, peuvent être utilisés sans problème tant que l’utilisateur se déplace et qui, de plus, laissent ses mains libres (Rhodes, 1997).

III . 2 . B. Les prototypes fixes : écrans conventionnelset dispositifs de projection

28Des applications de RA pour la formation utilisent également des écrans plus ou moins larges comme dispositifs d’affichage (ex. : Kustaborder & Sharma, 1999). Pour l’utilisateur, les principaux avantages de la solution technologique fixe sont un moindre encombrement comparativement à la solution portable, un champ de vision assez large et une possibilité de travailler en groupe.

29Dans certains cas, les systèmes fixes exploitent des interfaces tangibles en entrée (ex. : Fjeld et al., 2002). Les interfaces tangibles sont des objets physiques couplés à des capteurs d’information, qui permettent à l’utilisateur de se représenter, de contrôler et de manipuler l’information numérique qu’ils véhiculent (Ishii & Ullmer, 1997). Par exemple, des objets physiques de forme simple utilisés en entrée assisteraient la construction de représentations et, sur cette base, la conception d’un réseau IP (pour une démonstration, voir hhhhttp:// tangible. media. mit. edu/ exhibitions/ ARS/video.html).

30Pour des systèmes fixes, une autre technique consiste à projeter les entités virtuelles directement sur des objets de l’environnement réel (Butz, Endres, & Wahlster, 2003). À notre connaissance, cette technique est très peu exploitée dans le domaine de la formation (mais voir Pair & Piepol, 2002).

31Enfin, un nouveau type de dispositifs, également peu exploités, permet de projeter les images filmées directement sur la rétine à l’aide de faisceaux laser de faible intensité (Œhme, Schmidt, & Luczak, 2003). L’avantage principal de la projection rétinienne est le champ de vision relativement large. Malheureusement, actuellement il y a très peu de données expérimentales sur l’éventuelle dangerosité de cette technologie et son utilisation à long terme.

32Afin d’illustrer un scénario typique d’utilisation des prototypes fixes, nous présenterons brièvement les fonctionnalités d’un système dont l’objectif général est de compléter le matériel physique traditionnellement utilisé pendant des travaux pratiques de chimie (Fjeld et al., 2002). Il se présente comme un démonstrateur des liaisons entre atomes et molécules. Les utilisateurs peuvent voir, manipuler et composer d’une manière « directe » et « intuitive » des molécules en utilisant divers dispositifs d’interaction tels que des cubes et une poignée d’accès. Les modèles des molécules, c’est-à-dire le résultat des actions de l’utilisateur, s’affichent en trois dimensions sur un grand écran.

33Incontestablement, l’approche technologique a une valeur normative, car elle tente de délimiter un champ de recherche et de fournir des critères pour différencier les technologies de RA des autres technologies émergentes. En revanche, elle a, de notre point de vue, un intérêt assez relatif lorsque l’on s’intéresse à l’efficacité, l’utilité et l’utilisabilité d’un outil. De surcroît, définir la RA par la seule entrée correspondant à tel ou tel composant technologique comporte le risque de fragiliser le recensement des connaissances concernant l’utilisateur et l’ergonomie des systèmes, tout en renforçant un cloisonnement rigide de la recherche. Au contraire, aujourd’hui, le développement des nouvelles technologies est dans une dynamique de convergence afin de proposer aux utilisateurs des fonctions utiles ou plaisantes dans une grande variété de contextes d’utilisation.

IV . 1 . A. Apprentissage de procédures,éventuellement en communication avec un expert

38Un des objectifs de formation, implantés le plus souvent dans les prototypes de RA, est l’apprentissage rapide de procédures, notamment sur le poste de travail. Cet apprentissage peut être réalisé d’une manière autonome ou en communication avec un expert de la tâche. Les applications dans cette catégorie visent la formation professionnelle à la maintenance industrielle (Zhong et al., 2003), à l’assemblage (Boud, Haniff, Baber, & Steiner, 1999) et l’entraînement militaire (Kirkley et al., 2002). Ainsi, l’objectif d’un système destiné à la maintenance industrielle est d’afficher devant les yeux de l’utilisateur, rapidement et à des moments appropriés, des éléments invisibles par un opérateur non outillé, par exemple, des trajectoires de montage, les outils à utiliser, etc. (Schwald et al., 2003). Le développement du prototype est motivé par le fait que la maintenance industrielle est devenue une tâche assez complexe.

39Cependant, en amenant aux opérateurs des informations contextualisées, ces prototypes se présentent davantage comme une aide à l’exécution de procédures que comme de vrais systèmes implantant une méthode et des objectifs pédagogiques. De surcroît, on remarque un manque de réflexion sur les possibilités d’adapter l’aide au niveau d’acquisition de l’apprenant. Les objectifs d’assistance et de formation sont généralement confondus implicitement dans la littérature, alors qu’ils relèvent de processus, de tâches et d’activités mentales assez différents. Il est peu probable qu’une même fonctionnalité de l’outil puisse répondre à des besoins et des exigences de situations aussi disparates. À titre illustratif, le simple affichage d’une procédure aidera certainement l’apprentissage quand il s’agit d’une tâche relativement élémentaire. En revanche, dans des tâches plus complexes qui impliquent la réalisation de multiples procédures, la simple indication de la séquence des opérations serait peu efficace.

IV . 1 . B. Visualisation et manipulationde mondes physiques inaccessibles

40Un deuxième groupe d’objectifs de formation concerne l’aide à la visualisation et/ou à la manipulation de mondes physiques et conceptuels, qui sont par ailleurs difficilement représentables ou accessibles : systèmes planétaires (Shelton et al., 2002), concepts géométriques (Kaufmann, et al., 2002), etc. Ce groupe d’objectifs est implanté dans des prototypes destinés généralement à l’éducation. Un nombre plus limité de systèmes de RA avec des visées analogiques est utilisé pour la formation professionnelle. Par exemple, un prototype pour la formation médicale affiche et aligne spatialement et temporellement, sur un écran d’ordinateur conventionnel, des données échocardiographiques provenant d’un appareil réel et un modèle de cet organe en trois dimensions (Weidenbach et al., 2000). L’objectif, d’une part, est d’aider les étudiants en médecine à construire une représentation complète de la morphologie cardiaque. D’autre part, le système vise à assister les futurs médecins à faire le lien entre cette représentation et les données échocardiographiques, ce qui semble être une des difficultés majeures pour les débutants.

41Dans tous les cas, la méthode pédagogique affichée est la méthode active. Cependant, l’utilisateur est fortement limité dans ces interactions avec le système, puisque les prototypes actuels proposent un nombre restreint de fonctions (ex. : visualisation, sélection, rotation des entités virtuelles). Par conséquent et paradoxalement, les systèmes de RA fonctionnent essentiellement comme des démonstrateurs limitant les possibilités d’exploration autonome de la part de l’utilisateur. La référence aux méthodes actives est, en effet, récurrente dans le domaine des technologies émergentes pour la formation selon des acceptations variées allant jusqu’à l’assimilation de l’apprentissage par l’action à la seule interactivité formelle du logiciel (Burkhardt & Wolff, 2002).

IV . 1 . C. Aide à l’animation de cours

42Un troisième groupe d’objectifs de formation, peu discuté dans la littérature, fait référence à l’aide apportée au formateur pendant l’animation d’un cours magistral en présentiel. Citons dans cette orientation le prototype de la « salle de classe du futur » (Cooperstock, 2001). Le système joue le rôle de contrôleur des technologies de présentation (projecteurs, éclairage, logiciels de présentation, etc.). Il met en marche et configure les outils utilisés par l’enseignant en fonction de son activité. Le dispositif repose sur une utilisation extensive de capteurs de mouvements et de systèmes de reconnaissance gestuelle. L’objectif de l’application est de laisser l’enseignant se concentrer sur le contenu enseigné en l’assistant dans le contrôle du fonctionnement des technologies. Dans certains cas, les auteurs travaillant sur des aides à la visualisation et manipulation de mondes physiques inaccessibles s’adressent également aux formateurs (ex. : Kaufmann et al., 2000). Le contexte d’utilisation privilégié est l’éducation.

V . 2 . A. Charge physique

50Les résultats empiriques convergent sur ce point : les visiocasques et les projecteurs portables posent de nombreux problèmes de charge physique. Certains modèles pèsent jusqu’à 1 kg et la concentration de cette charge est principalement au niveau du front (Baber, 2001 ; Baber & Baumann, 2002). Cela pourrait induire de la fatigue, voire des TMS à long terme. Il est important que le poids des dispositifs portables, s’ils sont plusieurs, soit distribué d’une manière équitable entre les différentes parties du corps de l’opérateur. Le positionnement approprié des divers dispositifs portables sur le corps est fonction des positions adoptées par l’utilisateur pendant son activité. Ainsi, un port prolongé sur la tête peut être retenu si les mouvements de la tête n’ont pas une importance cruciale pour la prise d’information (Geelhoed, Falahee, & Latham, 2000). Dans le cas contraire, même des dispositifs légers peuvent s’avérer gênants.

V . 2 . B. Charge mentale

51Les résultats des études sur la charge mentale induite par les dispositifs d’interaction en RA sont beaucoup moins concluants que ceux concernant la charge physique. Certains auteurs rapportent que les sujets portant un visiocasque se plaignent du phénomène de rivalité binoculaire, d’une réduction de leur champ de vision et d’exigences attentionnelles très élevées (Baber et al., 1999). D’autres constatent moins de gêne ressentie par les utilisateurs (Tang, Owen, Biocca, & Mou, 2003). Cependant, les expériences testant la charge mentale ont souvent été conduites en laboratoire et les sujets portaient les casques pendant des sessions expérimentales relativement courtes. Par ailleurs, les conclusions ont été faites en utilisant l’échelle NASA TLX (Task Load Index), ce qui n’est qu’une technique, parmi d’autres, d’évaluation d’un phénomène complexe tel que la charge mentale (Sperandio, 1980). C’est pourquoi nous ne pouvons pas généraliser facilement ces résultats à des applications utilisables pour des formations, notamment si celles-ci sont à réaliser sur un terrain industriel.

V . 2 . C. Performance dans des tâches simples(perception et attention focalisée)

52L’analyse du tableau 1 montre que, pour des tâches simples telles que la détection, l’identification et le suivi de cibles, la réaction à des alarmes et la sélection d’objets virtuels, le port d’un visiocasque n’améliore pas, voire détériore les performances des sujets par rapport à l’utilisation d’un écran classique (Baber et al., 1998 ; Baber, Knight, Haniff, & Cooper, 1999 ; Stedmon, Hill, Kalawsky, & Cook, 1999 b ; Stedmon et al., 2001). Plusieurs limitations technologiques des casques, ayant impact sur la perception de l’utilisateur, peuvent expliquer ces résultats : la qualité de l’image qu’ils affichent est assez sensible aux variations de la luminosité, on note des défauts de présentation de la profondeur, des latences élevées de transmission des données, des problèmes de recalage des images réelles et des entités virtuelles ainsi qu’un champ de vision limité (Azuma, 1997). Cette dernière caractéristique des casques pourrait expliquer l’ « effet de tunnel » attentionnel observé par Yeh & Wickens (2001). De surcroît, des travaux montrent que la présence de références visuelles fixes dans le référentiel de la tête, telles qu’elles existent dans les visiocasques, peut contribuer à dégrader la perception de la verticalité (Mars et al., 2005 ; Mars, Vercher, & Blouin, 2004).

TABLEAU 1 : Études empiriques concernant l’utilisabilité des systèmes de RA : synthèse Empirical usability studies of Augmented Reality (AR) systems : a synthesis

V . 2 . D. Performance dans des tâches multiples(attention partagée)

53En revanche, l’utilisation des visiocasques et le recalage précis des entités virtuelles et des objets réels se révéleraient avantageux quand il s’agit de donner un retour sur l’avancement d’une tâche élémentaire réalisée en parallèle avec d’autres tâches (Stedmon et al., 2001 ; Yeh et al., 2001). Probablement, une des applications possibles de la RA par visiocasque serait la formation sur le tas à des tâches de surveillance demandant une attention hautement partagée. Dans ce contexte, l’avantage principal de la RA serait la possibilité de fournir à l’apprenant un feed-back rapide sur l’avancement de la tâche élémentaire qu’il est en train de réaliser.

V . 2 . E. Guidage dans l’exécution de procédures

54Dans le domaine de l’assemblage, Wiedenmaier, Œhme, Schmidt, & Luczak (2003) trouvent que les sujets réalisent une tâche de montage/démontage plus rapidement s’ils sont guidés par un expert humain. Cette condition est comparée aux conditions « guidage par RA » et « guidage à l’aide d’un manuel en papier » (cf. tableau 1). Peu de données sur le contenu des différents supports sont fournies. Les auteurs soulignent qu’à ce stade de développement technologique les systèmes de RA ne peuvent pas remplacer l’expert humain, mais ils se montrent assez utiles comparés aux supports en papier. Au contraire, d’autres études (ex. : Haniff & Barber, 2003) n’arrivent pas à montrer la supériorité du guidage à l’aide de la RA par rapport au guidage en utilisant des supports en papier. En principe, il paraît difficile de conclure sur l’effet lié à l’usage d’un système de RA vu que, souvent, une même information peut être présentée différemment en fonction du matériel. Ainsi, Boud et al. (1999) comparent l’apprentissage de sujets dans trois conditions assez distinctes : schéma d’assemblage en deux dimensions affiché sur l’écran d’un visiocasque semi-transparent sans recalage ; dessin classique sur papier, différent du schéma mentionné ci-dessus ; et démonstration des opérations à réaliser en RV.

55Également dans le domaine de l’assemblage, Tang et al. (2003) ont testé les performances sur une tâche en comparant quatre modes de présentation d’instructions pictographiques (cf. tableau 1). Les résultats obtenus montrent que dans la condition « visiocasque semi-transparent couplé à une capture des mouvements de la tête » les sujets sont, d’une part, plus rapides et, d’autre part, font moins d’erreurs. En effet, dans cette condition, les instructions d’assemblage sont affichées en temps réel en fonction des mouvements de la tête, tandis que, dans la condition « visiocasque semi-transparent », les informations sont présentes en permanence devant les yeux de l’utilisateur. Cependant, de nombreux aspects de la méthodologie utilisée posent question quant à la généralisation des résultats. Par exemple, dans toutes les conditions, les sujets portaient un visiocasque semi-transparent pendant la réalisation de la tâche. Les auteurs justifient ce choix par des soucis d’élimination des biais qui pouvaient être induits par le poids et le champ visuel réduit du visiocasque. Toutefois, l’application stricte du principe de l’expérimentation, c’est-à-dire « toute chose égale par ailleurs », est ici fort discutable. En effet, l’usage d’un visiocasque semi-transparent inactif combiné à un écran traditionnel a peu de chance d’être observé dans une situation écologique, avec des opérateurs réels. Ainsi, la simplification des situations expérimentales et le maintien de conditions expérimentales trop strictes peut rendre difficile toute conclusion sur l’efficacité d’un dispositif sur un terrain industriel (Burkhardt et al., 2003). D’une façon générale, en termes d’intérêt des résultats, il aurait peut-être été plus avantageux de faire une comparaison entre les situations « non augmentées » et les situations modifiées.

56En ce qui concerne le guidage procédural pendant la réalisation d’inspections de conformité et de qualité, les systèmes de RA aideraient la réalisation rapide de la tâche (Chung, Shewchuk, & Williges, 1999). Par contre, la RA n’aurait pas d’impact sur la précision des sujets.

57Les données existantes sur l’utilisation de la RA en tant que moyen de guidage procédural ne nous permettent pas de conclure d’une manière définitive sur l’adaptabilité de la technologie à des tâches de ce type. Elles ne permettent pas d’infirmer ou confirmer l’hypothèse que montrer simultanément des artefacts physiques et les notions abstraites qui y sont associées facilite la compréhension des concepts techniques (Stedmon et al., 2001). De même, la question de l’impact de l’information contextualisée sur le nombre d’erreurs commises par les opérateurs reste ouverte. De nouvelles études plus précises doivent être réalisées afin d’arriver à des résultats plus concluants.

V . 2 . F. Adaptabilité aux contextes et aux utilisateurs

58Un résultat intéressant des études empiriques concerne l’adaptabilité des prototypes de RA à différents contextes de travail et différents modes opératoires. Baber et al. (1999) ont comparé les performances de secrétaires médicales pour l’entrée de données, soit en utilisant un visiocasque avec commande vocale, soit en travaillant dans leur environnement habituel sans utiliser aucun moyen d’augmentation technologique. Les résultats montrent que l’utilisation du système de RA réduit la variabilité inter- et intra-individuelle des modes opératoires des sujets. En effet, les sujets en RA exécutent les mêmes séquences d’opérations, c’est-à-dire celles affichées sur l’écran du visiocasque. À l’inverse, les sujets travaillant dans un environnement naturel montrent plus de variations de leurs modes opératoires. On trouve les mêmes résultats dans le domaine de la maintenance d’avions (Ockerman & Pritchett, 1998). Nous pouvons nous interroger sur les problèmes et les gains éventuels que peut poser une réduction de la variabilité des modes opératoires. Ainsi, l’utilisation d’un système de RA pourrait se révéler avantageux pour des tâches demandant une application stricte de procédures. Au contraire, ce phénomène peut être une contrainte dans des contextes de travail hautement dynamiques.