Retours multisensoriels pour améliorer la simulation de la marche en réalité virtuelle pour la rééducation

(English version below)

La réalité virtuelle (RV) est un outil prometteur pour la rééducation, car elle permet d’immerger les patients dans des environnements ludiques, contrôlés et sécurisés qui favorisent la motivation, et permet la rééducation à domicile. La rééducation en VR implique notamment des scénarios de marche. Cependant, ces simulations, en raison des limites des techniques actuelles pour la locomotion et les retours sensoriels, diffèrent souvent de la marche réelle. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’explorer de nouvelles techniques de rendu sensoriel pour améliorer la simulation de la marche en RV, et, à long terme, la rééducation à la marche basée sur la RV. Notre approche consiste à explorer plusieurs dimensions de la marche, à concevoir un ou plusieurs retours sensoriels que nous implémentons dans une simulation de marche, et à évaluer les effets de ces techniques sur l’expérience utilisateur. Dans cette thèse, nous explorons trois dimensions de la marche, et, pour chacune, un ensemble de modalités sensorielles : (1) le mouvement des membres inférieurs avec un retour proprioceptif, (2) les mouvements de la tête et des yeux avec un retour visuel, et (3) les variations de l’activité physiologique avec des retours multisensoriels. Enfin, nous appliquons ce troisième point à un contexte clinique.

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Multisensory feedback to enhance the simulation of walking in virtual reality for rehabilitation

Virtual Reality (VR) has been considered as a promising tool for rehabilitation as it enables the immersion of patients in playful, controlled, and secure environments that foster motivation, and enables rehabilitation at home. Rehabilitation scenarios include walking simulations in VR. However, these simulations, due to the limitations of current locomotion techniques and sensory feedback, often diverge from physical walking. In this context, the objective of this thesis is to explore new sensory rendering techniques to enhance the simulation of walking in VR, and, in the long term, VR-based gait rehabilitation. Our approach consists in exploring several dimensions of walking, designing one or several sensory rendering techniques that we implement to a simple walking simulation, and assessing the effects of the techniques on user experience in studies. In this thesis, we explore three dimensions of walking, for each of which we select a set of sensory modalities: (1) the motion of the lower limbs using proprioceptive feedback, (2) the motion of the head and the eyes using visual feedback, and (3) the variations in physiological activity using multisensory feedback. Finally, we apply this third point to a clinical context.