Soutenance de thèse | Yujiro Okuya. Vendredi 8 Novembre. 14h00 au LIMSI “CAD Modification Techniques for Design Reviews on Heterogeneous Interactive Systems”

Dear all,

I am happy to invite you to my Ph.D. defense entitled “CAD Modification Techniques for Design Reviews on Heterogeneous Interactive Systems”

You are also invited to the traditional “pot de thèse” following the defense, in the hall of the building (LIMSI, building 507).

J’ai le plaisir de vous inviter à la soutenance de ma thèse intitulée “Techniques de modification de données CAO pour les revues de projet avec des systèmes interactifs hétérogènes”

La soutenance sera suivie d’un pot dans le hall auquel vous êtes également conviés.

*Date and time*: Friday, 8th of November. 14h00

*Place*: Salle de conference, Bât 507, Rue du Belvédère, 91405 ORSAY cedex

*Language*: English

Thesis Committee

Mr. Thierry DUVAL, Professor, IMT Atlantique, Brest, France | Reviewer

Mr. Theodore LIM, Associate Professor, Heriot-Watt University, UK | Reviewer

Mrs. Caroline APPERT, Research Director, ILDA team & LRI-HCC, Inria & CNRS, Université Paris-Sud, France | Examiner

Mr. Jean-Claude MARTIN, Professor, CPU team, LIMSI/CNRS, Université Paris-Sud, France | Examiner

Mr. Regis KOPPER, Associate Professor, Duke University, USA | Examiner

Mr. Alexis PALJIC, Associate Professor, MINES ParisTech, France | Examiner

Mr. Patrick BOURDOT, Research Director, VENISE team, LIMSI/CNRS, Université Paris-Sud, France | PhD supervisor

Mr. Cédric FLEURY, Associate Professor, Ex Situ team & LRI-HCC, Inria & CNRS, Université Paris-Sud, France | PhD co-advisor

Mr. Nicolas LADEVEZE, Research Engineer, P2I support team, LIMSI/CNRS, Université Paris-Sud, France | Invited

Abstract

Industrial design reviews benefit from emerging interactive technologies to become more /Realistic/, /Immersive/ and /Collaborative/. The industrial product review is a vital process for project members to assess aesthetic properties, user satisfaction, and technical feasibility of the product before physical prototyping. Particularly, reviewing digital mock-ups in a realistic context with one-to-one scale enriches their reviewing experience, and a shared workspace facilitates discussions across distinct experts. However, modifying the product data during the reviews is still challenging. Although research in the integration of Virtual Reality (VR) and Computer-Aide Design (CAD) has proposed a range of systems for design reviews, only a very few of them support direct modifications of original CAD data within immersive systems. Engineers, therefore, need to apply post modifications on the CAD data from a workstation to adjust the design based on discussions during the design reviews.

I argue that current distinct processes of design reviews: /discussion/ and /design adjustment/ should merge—so thus it could reduce the iterations, facilitate discussions and empower all users to directly apply modifications on CAD data. In this dissertation, I propose a new industrial design reviewing paradigm in which project members can adjust and compare a final design of the product within interactive systems.

Considering various traits of experts involved in the review process, the interactive systems should be configurable to meet their requirements, and collaborative within or across the heterogeneous systems.

As the accessibility of native CAD data is the cornerstone for the new design review process, I first designed a back-end server, namely VR-CAD Server, which can update the CAD data with an embedded CAD engine and transmit it to the interactive systems. I implemented VR-CAD Server in a distributed network architecture that makes the system highly configurable to support heterogeneous systems and multi-user interactions between remote locations. This structure is a basis of « modifiable » project reviews, which adds a modification capability on top of the current design reviews.

Based on the distributed architecture, I explored interaction techniques for novices to modify parametric CAD data in large interactive systems. Since targeted users include non-CAD experts, interactions with the 3D-CAD model should be straightforward to learn, i.e. without the

Ph.D. Student at Université Paris-Sud,

VENISE – LIMSI, ExSitu – LRI/Inria

okuya@limsi.fr <mailto:okuya@limsi.fr>interaction on parameters, over heterogeneous systems. The choice of interactive systems differs according to the expertise and their purpose: e.g. ergonomists are likely to choose a 3D environment to assess the spatial feeling, whereas project managers might prefer discussing with a large format 2D display. I therefore designed two interaction techniques on 3D and 2D interactive systems to cover diverse reviewing scenarios, and conducted user studies for each: a Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) system and a wall-sized display.

For the former case, I designed a 3D interaction technique on parameter modifications of the CAD data, namely ShapeGuide. With ShapeGuide, users can implicitly manipulate parametric constraints of a CAD part with a co-localized shape-based interaction. This technique prepares a set of shape variations from an original design at run-time to guide users’ hand gestures. To stabilize the gestures in 3D space, I also tested force feedback during manipulations. I performed a controlled experiment to evaluate how ShapeGuide affects a CAD data modification task in comparison to a standard one- dimensional scroll technique. Results of the experiment demonstrate that ShapeGuide is significantly faster, more efficient and preferred by the users than the scroll technique.

As for the wall-sized display, I designed ShapeCompare, an interaction, and visualization technique in which users can modify and compare multiple designs of CAD models on a large space with a touch interaction. The technique of ShapeCompare is based on ShapeGuide, which generates and presents multiple design alternatives deviated from an initial CAD model on the wall. I performed two experiments to evaluate how a large number of design alternatives displayed on a wall-sized display affects on collaborations between different experts, and how it helps their design explorations. Results of the experiments showed that with ShapeCompare, paired participants finished the collaborative reviewing task faster, preferred and found it more helpful in communications across pairs.

Lastly, I conclude with an illustration of future collaborative design review scenario across heterogeneous systems. I implemented a proof-of-concept between a CAVE system and a Wall-sized display in which both users can review and modify the CAD model in a distant location.

Résumé

Les revues de projets en conception de produits industriels bénéficient des technologies interactives émergentes pour devenir plus réalistes, immersives et collaboratives. La revue du produit au cours de sa

conception est un processus essentiel pour les membres d’un projet afin d’évaluer les propriétés esthétiques, la satisfaction de l’utilisateur et la faisabilité technique du produit avant le prototypage physique. En particulier, examiner des maquettes numériques, dans un contexte réaliste à échelle 1:1 individuelle, enrichit leur expérience en matière de revue du produit, et un espace de travail partagé facilite les discussions entre experts distincts. Cependant, la modification des données du produit au cours des examens reste difficile. Bien que les recherches sur l’intégration de la réalité virtuelle (VR) et de la conception assistée par ordinateur (CAO) aient proposé une gamme de systèmes pour les revues de conception, aucune d’entre elles ne prend en charge les modifications directes des données de CAO d’origine au sein de systèmes immersifs. Les ingénieurs doivent donc appliquer des modifications après modification aux données CAO d’un poste de travail pour ajuster la conception en fonction des discussions tenues lors des revues de conception.Je soutiens que les processus actuels de revue de projet, de discussion et d’ajustement de conception doivent être fusionnés afin de réduire les itérations, de faciliter les discussions et d’autoriser tous les utilisateurs à appliquer directement des modifications aux données CAO.

Dans cette thèse, je propose un nouveau paradigme de révision de la conception industrielle dans lequel les membres du projet peuvent ajuster et comparer une conception finale du produit dans des systèmes interactifs. Compte tenu des caractéristiques des experts impliqués dans le processus d’examen, les systèmes interactifs doivent pouvoir être configurés de manière à répondre à leurs besoins collaboratifs au sein de systèmes hétérogènes.

Un premier cas a été la conception d’une technique d’interaction 3D sur les modifications de paramètres des données de CAO, à savoir ShapeGuide, dédiée à des systèmes immersifs (CAVE ou HMD). Avec ShapeGuide, les utilisateurs peuvent implicitement manipuler les contraintes paramétriques d’une pièce CAO avec une interaction basée sur la forme et co-localisée avec celle-ci. Cette technique consiste à préparer un ensemble de variations de forme par rapport à une conception originale au moment de l’exécution pour guider les gestes des mains des utilisateurs. Pour stabiliser les gestes dans l’espace 3D, j’ai également testé le retour d’effort lors des manipulations. J’ai effectué une expérience contrôlée pour évaluer l’impact de ShapeGuide sur une tâche de modification de données de CAO par rapport à une technique de défilement unidimensionnel (scroll) de la valeur du paramètre à modifier. Les résultats de l’expérience démontrent que ShapeGuide est nettement plus rapide, plus efficace et est préféré par les utilisateurs que la technique de défilement.Un second cas concerne l’affichage 2D sur grand écran mural, pour lequel

j’ai conçu ShapeCompare, une technique d’interaction et de visualisation dans laquelle les utilisateurs peuvent modifier et comparer plusieurs conceptions de modèles CAO sur un grand espace avec une interaction tactile. La technique de ShapeCompare, basée sur ShapeGuide, génère et présente plusieurs variantes de conception déviées par rapport à un modèle de CAO initial sur le mur. J’ai effectué deux expériences pour évaluer l’impact d’un grand nombre de variantes de conception affichées sur un écran de la taille d’un mur sur les collaborations entre différents experts, et en quoi cela facilitait l’exploration de leurs conceptions. Les résultats des expériences ont montré qu’avec ShapeCompare, les pairs de participants finissaient la tâche d’examen collaboratif plus rapidement, qu’ils préféraient et la trouvaient plus utile pour leurs communications.

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Yujiro Okuya

Ph.D. Student at Université Paris-Sud,

VENISE – LIMSI, ExSitu – LRI/Inria

okuya@limsi.fr <mailto:okuya@limsi.fr>

Catégorie(s) : Communications scientifiques, Soutenances de thèses et HDR

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