2.4  Les périphériques d’entrée

Petit point historique

Pour manipuler un point dans l’espace virtuel de la mémoire de l’ordinateur, nous avons besoin d’un dispositif dit de pointage. Le plus commun de ces dispositifs, c’est la souris. La figure 2.6 montre la première souris de l’histoire, créée par Douglas Engelbart et William English en 1964.

Figure 2.6 : La première souris de l’histoire

Taxonomie des périphériques d’entrée

Comment classer les différents périphériques qui ont été imaginés pour interagir avec l’ordinateur ?

Certains périphériques sont conçus pour un mode d’utilisation reposant sur un changement d’états discrets : par exemple, une touche est enfoncée ou non; ou encore, la position d’un capteur est une valeur entière comprise entre 1 et 10. Ce sont les périphériques à états discrets. Le clavier en est l’exemple type.

D’autres périphériques, comme la souris, sont dénommés à entrée continue. Ils produisent un échantillonnage, ou une trace du geste réalisé pour actionner le périphérique.

Les premières classifications des périphériques d’entrée sont le fait de Foley, Wallace et Chan (Foley et al., 1984) et de Buxton (Buxton, 1983). Foley et ses collègues se sont basés sur les tâches graphiques que chaque périphérique est capable de réaliser. Buxton a classifié les périphériques d’entrée selon leurs propriétés physiques et leur nombre de degrés de libertés. Finalement, Card et ses collègues (Card et al., 1991) ont repris la classification de Buxton et l’ont étendue à l’ensemble des périphériques à degrés de liberté continus et discrets. Dans un premier temps, le tableau 2.1 récapitule les grandeurs que l’on utilise pour classer les périphériques à retour d’effort, selon la nature des degrés de liberté.

Degrés de liberté
Linéaire Rotatif
Position absolue Position P angle R
relative mouvement δ P delta angle δ R
Force absolue Force F couple T
relative delta Force δ F delta couple δ T

Table 2.1 : Inventaire des grandeurs mesurables sur un périphérique d’entrée continu en fonction de la nature du degré de liberté

Le modèle de (Card et al., 1991) se propose de placer les périphériques d’entrée dans un espace permettant de les comparer. Le nombre de dimensions de cet espace n’est pas fixé. Tout critère de comparaison entre deux dispositifs peut en fournir une. Les dimensions les plus importantes sont le nombre et le type des degrés de liberté des dispositifs d’entrée considérés. Le tableau suivant est constitué de 5 axes :

  • dispositif de translation ou de rotation.
  • dimension de l’espace (x, y, z ou lacet, tangage et roulis) captée.
  • déplacement absolu ou relatif.
  • capteur de mouvement ou de force.
  • résolution (entre 1 bit et l’infini).

La figure cap :Espace-de-conception reprend la taxonomie de (Card et al., 1991), ainsi que celle de chacun de ses prédécesseurs.

Figure 2.7 : Espace de conception des dispositifs d’entrée (tiré de (Card et al., 1991))

Les performances en entrée des périphériques de pointage

Pour évaluer les performances des dispositifs de pointage, les recherches ont souvent utilisé la loi de Fitts (voir par :Loi-de-Fitts). La figure cap :Les-performances-des montre les performances de différents dispositifs de pointage selon la loi d’Accot (voir par :La-loi-d’Accot).

Figure 2.8 : Les performances des périphériques de pointage selon la loi d’Accot (tiré de (Accot et Zhai, 1999))

Comment lire ce graphique ?

L’axe horizontal indique l’indice de difficulté de la tâche. Comme il s’agit de la loi d’Accot, l’indice de difficulté est relatif ici à la largeur de la trajectoire à suivre, et à sa rectilinéarité (est-elle très courbée ou non).

L’axe vertical indique le temps du mouvement (en ms).

Donc, plus le segment de droite est bas sur ce graphique, plus le dispositif correspondant est efficace dans une tâche de suivi de trajectoire.

La souris apparaît comme un des périphériques les plus performants, avec la tablette graphique. Ensuite, le trackpoint (le petit joystick disponible sur certains portables pour manipuler le pointeur), le touchpad (le petit écran tactile des ordinateurs portables) et le trackball, sont beaucoup moins performants.

Une autre étude (MacKenzie et al., 2001) confirme ce résultat (figure 2.9).

Figure 2.9 : Les performances de dispositifs de pointage (adapté de (MacKenzie et al., 2001))

La tâche effectuée et l’interprétation de ce graphique

Les sujets devaient aller pointer le plus vite possible, différentes cibles placées sur un cercle. La figure 2.10 précise l’ordre des mouvements à réaliser.

Figure 2.10 : La tâche de pointage dans l’expérience de McKenzie

Sur le graphique de la figure 2.9, on retrouve bien le fait que la souris est bien plus efficace que les autres dispositifs de pointage. Il y a également un effet d’apprentissage qui apparaît (le temps du mouvement diminue au fur et à mesure de l’expérience), mais ce n’est pas le sujet de notre discussion.

Enfin, d’un point de vue ergonomique, (Zhai et al., 1996) a démontré que les périphériques d’entrée manipulés avec les doigts, obtiennent de meilleures performances lors d’une tâche de pointage, que les dispositifs qui nécessitent la mise en action du poignet et/ou du coude et/ou de l’épaule.


Ceci doit nous amener à inciter les utilisateurs à se placer dans une position leur intimant d’utiliser la précision de leurs doigts, avec le bras le plus reposé possible.


Le geste dans les systèmes interactifs

(Baudel, 1995) a relevé trois paradigmes d’utilisation du canal haptique en entrée dans les systèmes interactifs. Il a défini l’entrée haptique comme tout mode d’interaction faisant intervenir les divers modes d’action liés aux sens haptiques . Ce que nous pouvons considérer comme le geste vers la machine .

Entrée haptique simple

(Baudel, 1995) parle d’entrée haptique simple lorsque la sémantique d’une action est entièrement décrite par des changements d’état discrets du dispositif.

Par exemple, pour tracer un rectangle avec une souris, le bouton enfoncé fournit une première position d’ancrage, le relâchement une deuxième. Ces deux positions suffisent à elles seules à fournir les paramètres de création du rectangle; la façon avec laquelle l’utilisateur déplace la souris n’a pas d’incidence sur la signification engendrée par le geste.

Reconnaissance de marques et de tracés

On appelle reconnaissance de marques et de tracés, la prise en compte de la trajectoire réalisée avec le dispositif de pointage.

Dans l’exemple du rectangle, on peut imaginer une autre façon de faire : avec la souris, on peut tracer directement les 4 côtés du rectangle. Le système se chargera de paralléliser les tracés forcément approximatifs, en fonction de ce qu’il a reconnu.

Cette technique possède un autre avantage : il n’y a plus de déclaration d’intention. Dans notre exemple, il n’est plus nécessaire de choisir l’outil dessine un rectangle puis de le tracer; on peut dessiner directement.

La reconnaissance de marques, ou de tracés, permet d’enrichir la sémantique des actions élémentaires de l’utilisateur.

Ce type d’interaction est déjà utilisé dans quelques applications. Par exemple, le navigateur internet Opera, dispose d’une reconnaissance de marques. Par exemple, un geste avec la souris vers la gauche, tout en maintenant le bouton du milieu enfoncé, rechargera la page précédente.

Dans un éditeur d’objets en deux dimensions, (Kurtenbach et Buxton, 1991) ont utilisé toute une variété de gestes qui simplifiaient la sélection, l’effacement, le déplacement ou la duplication d’un objet ou d’un groupe d’objets. La figure 2.11 présente ces gestes. Par exemple, effacer un objet est réalisé en barrant cet objet (a); effacer un groupe d’objets consiste en dessinant une zone autour de ces objets puis en terminant le tracé à l’intérieur de cette zone (b) ; le déplacement d’objets commence comme l’effacement de groupe, mais le tracé se termine à l’extérieur du tracé, à l’endroit où l’on souhaite déplacer ce groupe (c) ; enfin, le geste de copie (d) consiste en un geste circulaire autour des objets à sélectionner, terminé par un c .

Figure 2.11 : Les gestes pour l’édition graphique. (tiré de (Kurtenbach et Buxton, 1991))

Pour les artistes, l’entrée gestuelle peut faciliter l’interaction créative. (Buxton, 1986) a montré un simple ensemble de gestes pour transcrire la notation musicale. Comme montré sur la figure , les formes des notes les plus communes (en haut de la figure) trouvent un équivalent dans l’ensemble des gestes à réaliser (sous chaque note).

Figure 2.12 : Les gestes pour transcrire la notation musicale (tiré de (Buxton, 1986))

Interaction gestuelle pure

Toujours pour (Baudel, 1995), la reconnaissance de tracés reste limité à reconnaître l’échantillonnage de la trajectoire d’un point dans le plan (ou l’espace). Le geste effectif réalisé par l’utilisateur n’est toujours pas pris en compte. Par exemple, la machine ne distinguera pas si le geste a été effectué de la droite ou de la main gauche.

Pour accentuer la compréhension du geste par la machine, les dispositifs de pointage deviennent clairement insuffisants. Il s’agit alors d’utiliser des gants, ou un système de vision par caméra; on parlera respectivement de dispositif intrusif, et non-intrusif : en effet, dans le cas des gants, on doit porter un périphérique, tandis qu’avec la caméra, on agit librement.

Une dernière classe d’interaction peut venir s’ajouter. Il s’agit des systèmes de prise en compte des gestes inconscients. En effet, une partie des gestes sont de nature inconsciente, et peuvent néanmoins contenir du sens. On parle alors de dispositifs de suivi du regard, et toujours de vision par caméra.