# Incarner un Avatar en Réalité Augmentée: Revue de la Littérature

Adélaïde Genay, Anatole Lécuyer, Martin Hachet

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Adélaïde Genay, Anatole Lécuyer, Martin Hachet. Incarner un Avatar en Réalité Augmentée: Revue de la Littérature. WACAI 2020 - Workshop sur les Affects, Compagnons artificiels et Interactions, CNRS, Université Toulouse Jean Jaurès, Université de Bordeaux, Jun 2020, Saint Pierre d'Oléron, France. hal-02933477

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# Incarner un Avatar en Réalité Augmentée :
Revue de la Littérature

Adélaïde Genay

Anatole Lécuyer

Martin Hachet

adelaide.genay@inria.fr

anatole.lecuyer@inria.fr

martin.hachet@inria.fr

Inria

Inria

Inria

Bordeaux, France

Rennes, France

Bordeaux, France

## ABSTRACT

L'objectif de cet article est de passer en revue la littérature ayant pour sujet l'incarnation en réalité augmentée et les systèmes permettant de l'expérimenter. Il commence par préciser ce qu'est un " avatar " dans ce contexte et introduit les principaux concepts de la notion d'incarnation. Il décrit ensuite les travaux de recherche qui ont contribué à mieux la comprendre et à la mettre en place au sein d'un environnement réel. Dans cette partie, les connaissances sur les composantes du sentiment d'incarnation et sur les facteurs techniques qui l'affectent sont exposées ainsi que les technologies et modes de visualisation utilisés pour l'étudier. Pour terminer, cet article résume et discute de ces résultats afin d'offrir des perspectives de recherches.

## KEYWORDS

emojis, réalité augmentée, sentiment d'incarnation

# 1 INTRODUCTION

## 1.1 Contexte et motivations

La question de la représentation de l'utilisateur est une composante importante des environnements virtuels. Les avatars en constituent une réponse adéquate définis par Bailenson et Blascovich [5] comme "représentation digitale perceptible dont les composements sont le reflet d'un être humain particulier", ils nous fournissent une interface avec le virtuel et offrent la possibilité de personaliser son apparence. L'émergence des communautés en ligne portée par la popularité croissante des jeux-vidéos procure aux avatars un potentiel social important. Rapidement, leur démocratisation est accompagnée de nombreuses interrogations sur leurs impacts psychiques et sociétaux.

La nécessité de comprendre l'incarnation des avatars s'est amplifiée avec le développement de casques de Réalité Virtuelle (RV). Ces derniers permettent de projeter son point de vue dans celui d'un autre corps, ce qui suscite autant l'intérêt de la communauté scientifique que celui des entreprises. En effet, avoir un corps dans un milieu virtuel immersif amplifie le sentiment d'y être "présent" [60] et améliore l'expérience utilisateur. A ce titre, les grands acteurs industriels de la RV se sont mis à développer des solutions de capture de mouvements de haute précision pour produire un comportement plus fidèle de l' avatar [16, 28, 71]. Les avancées technologiques issues des contributions industrielles ont favorisé la mise en place de recherches plus théoriques sur le sentiment d'incarnation, finalement encore peu compris. Ainsi, Kilteni et Slater [32] proposent une définition - amplement utilisée - qui découpe le sentiment d'incarnation en trois sous-composantes : le sens de l' auto-localisation (i.e. la connaissance de la position de son

corps), le sens de l' agentivité (i.e. l'impression d'être l'auteur des mouvements de son corps) et le sens de la propriété corporelle (i.e l'impression que son corps est à l'origine des sensations ressen- ties). Complémentaire à cette définition, une littérature étendue soulève de nombreux facteurs d'influence de ces attributs tels que l'apparence de l' avatar [58], la cohérence structurelle [29], les inter- actions avec l'environnement [2] ou encore les retours sensoriels [18].

L'incarnation d'un avatar en Réalité Augmentée (RA) a de nom- breuses applications intéressantes, que ce soit pour les jeux-vidéos, la collaboration à distance, le monde médical ou tout simplement comme moyen d'expression. En RV, il fut montré que la représenta- tion virtuelle utilisée affecte non-seulement la façon dont les autres nous perçoivent, mais aussi la façon dont nous nous percevons nous-même et notre environnement. Ce phénomène souvent ob- servé en RV est également accompagné d'un changement dans le comportement utilisateur, dénommé *Effet Proteus* [69]. La possibilité (non-étudiée à ce jour) qu'il puisse aussi être généré en RA soulève un grand intérêt pour l'utilisation d' avatars en environnement réel.

Toutefois, la RA reste fondamentalement différente de la RV : elle ne cherche pas à immerger l'utilisateur dans un environnement entièrement synthétique. Au contraire, elle nous maintient dans une réalité physique où des éléments virtuels y sont ancrés. Il est donc difficile de généraliser les connaissances acquises en RV sans vérifi- cation. Dès lors, le premier pas pour comprendre la relation entre un utilisateur et son avatar en RA consiste à cerner les mécanismes du sentiment d'incarnation d'un avatar dans un environnement où le réel et le virtuel se mélangent. Cette revue de littérature cherche à contribuer à cet objectif.

## 1.2 Constitution du corpus

Cet article se concentre sur la question de l'incarnation d'un avatar en RA. Il propose une revue de la littérature prenant en compte à la fois des aspects psychologiques et des aspects technologiques. Elle ne vise pas à être un recueil exhaustif, mais à former un échan- tillon représentatif du sujet et à en fournir une riche description. Enfin, elle cherche à faire ressortir les aspects non-étudiés de ce phénomène psychologique, de proposer des hypothèses soutenues par des travaux analogues à leur sujet, et de soumettre des proposi- tions de recherche pour les clarifier.

Les articles ont été sélectionnés de manière à offrir plusieurs angles de vue sur le sentiment d'incarnation. Ils ont également été choisis afin d'exposer les différentes techniques et systèmes exis- tants pour le mettre en place. Leur recherche a été principalement menée par l'intermédiaire d'outils comme Google Scholar et Scopus avec des combinaisons de mots-clés tels que *sense of embodiment, augmented reality, avatar, body ownership, virtual hand illusion, body*
transfer, ou mixed reality. Les questions de recherche suivantes ont été utilisées pour guider le choix et l'analyse de la littérature :

* Qu'entend-on par "sentiment d'incarnation" en RA dans la littérature ?

* Comment expérimenter le sentiment d'incarnation en RA ?

* Comment le sentiment d'incarnation est-il connecté à d'autres concepts de la RA ?

* Comment évaluer le sentiment d'incarnation en RA ?

* Quelles différences et ressemblances y a-t-il entre le sentiment d'incarnation en RA et en RV ?

Afin de restreindre la quantité de documents à couvrir, certaines notions on été écartées en choisissant des définitions précises des concepts étudiés. Par exemple, comme l'indiquent Kilteni et Slater [32], le sentiment d'incarnation est à distinguer de l'incarnation elle-même qui change de sens selon le contexte. Souvent, l'incarnation fait référence à la représentation d'une personne ou d'une chose de manière générale. Nous nous intéresserons uniquement au sentiment d'incarnation qui correspond à l'ensemble des sensations qui surviennent conjointement au fait d'être à l'intérieur, de posseder et de contrôler un corps [32]. Ainsi, cette définition écarte les travaux tel que ceux de Shapiro et al. [59] mettant en œuvre des agents virtuels, contrôlés par une intelligence artificielle. L'étude du sentiment de présence d'un avatar sera également écartée. Bien qu'il lui soit complémentaire, il s'agit d'un phénomène disjoint du sentiment d'incarnation comme l'illustre la Figure 1.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1: Aperçu de la relation entre les sentiments de présence et d'incarnation. Schéma adapté de [65].</figcaption></figure>

D'autre part, nous nous conformons à la définition de la RA donnée par Azuma [4] qui spécifie que l'emplacement des éléments virtuels doit être perçu de la même manière que celui des objets physiques réels. Dès lors, cette précision met en marge les avatars superposés au monde réel sans notion de spatialité ou visionnés sur des écrans affichant un environnement virtuel (e.g. Frohner et al. [22]). En revanche, les avatars visualisés par l'intermédiaire de "miroirs" ne sont pas révoqués du moment qu'ils donnent l'impression d'être le reflet d'un élément présent dans l'environnement réel (e.g. Nimcharoen et al. [46]).

## 2 EXPÉRIMENTATION DU SENTIMENT D'INCARNATION EN RA

A ce jour, encore peu d'expérimentations du sentiment d'incarnation ont été réalisées en RA. Avant d'employer cette technologie, les chercheurs se sont d'abord placés dans un cadre plus simple, entièrement réel. Les premières expériences ont mis en œuvre une stimulation corporelle et visuelle synchrone afin de créer l'illusion

de posséder une main en caoutchouc : il s'agit de la Rubber Hand Illusion (RHI) [13]. En 2008, Petkova et Ehrsson [48] montrent que cette expérience peut se généraliser au corps entier par la mise au point d'une Body Ownership Illusion (BOI). En donnant aux participants le point de vue d'un mannequin en plastique à l'aide d'une caméra et en touchant les deux corps en même temps et identiquement, ils parvinrent à leur donner l'illusion de l'incarer. La question se posa ensuite dans le cadre de la RV et de la RA. Est-il possible de se sentir incarer un avatar 3D et comment provoquer ce sentiment ?

Pour commencer l'exploration de ce sujet, une variante de la RHI appelée Virtual Hand Illusion (VHI) fut mise au point par Raz et al. [51]. Cette variante remplace la main en caoutchouc par une main virtuelle 3D et applique les mêmes stimulations visuo-tactiles (VT) synchrones. Que ce soit en RA ou en RV, la comparaison faite par Škola et al. [74] montre que les dérives proprioceptives (variations de l'auto-localisation vers la fausse main) observées sont les mêmes avec une main virtuelle qu'avec une main en plastique, indiquant ainsi l'existence du sentiment d'incarnation.

L'expérience fut généralisée au corps entier pour voir si la stimulation VT synchrone pouvait également générer une BOI avec un corps complètement virtuel. Cependant, la recherche étudiant une telle expérience en RA est quasi-inexistante alors qu'elle est presque exhaustive en RV, comme l'indiquent plusieurs revues de littérature à ce sujet [33, 62]. Des recherches sont donc nécessaires pour mesurer précisément l'impact de la stimulation VT sur l'incarnation d'un avatar en RA. On peut cependant noter qu'en RV, l'analyse du sentiment d'incarnation des participants a montré un grand nombre de fois que ce type de stimulation se révèle efficace, et cela avec plusieurs types d'emoctats virtuels [33].

La combinaison du sens du toucher et de la vue n'est pas la seule à être capable d'occasionner le sentiment d'incarnation en RA : en effet, l'illusion peut aussi apparaître en présence de stimuli visuo-moteurs (VM). Cette intuition déjà soutenue par de multiples résultats positifs en RV [18, 35, 64] fut confirmée en RA par l'implémentation d'une nouvelle VHI [61]. Dans cette variante, le stimulus tactile fut remplacé par la possibilité de bouger la main virtuelle. De même que pour les stimulations VT, la synchronisation des mouvements de la main réelle et de la main virtuelle s'est montrée nécessaire à la création de l'illusion [21]. Cette expérience met en évidence le sentiment d'agentivité comme étant l'un des piliers du sentiment d'incarnation en RA, au même niveau que le sentiment de propriété corporelle. Elle expose également l'indépendance de ces deux composantes, déjà soulevée précédemment [30] : la suppression de l'un de ce piliers ne brise pas le sentiment d'incarnation tant que l'autre reste en place, mais la présence simultanée des deux dans des conditions synchrones le renforce [23]. Dès lors, une façon d'amplifier le sentiment d'incarnation est de maximiser ses composantes.

Un facteur important dans les expériences précédemment citées est la synchronie de la stimulation appliquée. Zoulias et al. [73] soulignent la sensibilité de l'illusion à ce facteur en montrant que de petits retards ont un effet négatif, surtout lorsque la stimulation tactile précède le signal visuel. Cette influence de la synchronie fut retrouvée dans la VHI en RA [23], mais son importance n'a pas été aussi clairement évaluée qu'en RV. En particulier, Slater et al. [43] ont montré qu'une immersion suffisamment ancrée en RV pouvait maintenir un fort sentiment d'incarnation en présence de stimuli
asynchrones. L'utilisateur interprète alors (à tort) les sensations
tactiles comme provenant d'objets virtuels de la scène. La possibilité
que l'illusion puisse persévérer de manière analogue nécessite des
recherches approfondies.

Une autre question inabordée est celle de la suppression du stim-
ulus visuel en RA. L'expérience de la *Somatic Hand Illusion* réalisée
par Ehrsson *et al.* a montré que l'on peut se passer de la vision
pour évoquer le sentiment d'incarnation [19]. Dans leur protocole,
l'expérimentateur déplace l'index gauche du participant aux yeux
bandés de manière à ce qu'il touche une main en caoutchouc. Si-
multanément, la vraie main droite du participant est touchée aussi
identiquement que possible, ce qui a pour effet de provoquer une
dérive proprioceptive. En RV, ces résultats furent également ob-
servés dans l'expérience de Slater *et al.* [60] où l'utilisateur présente
un fort sentiment d'incarnation sans fixer des yeux la main qui lui
touche l'épaule. Les auteurs expliquent que l'agentivité couplée à
la vision à la première personne d'un monde virtuel riche en détails
a mené à une proprioception suffisamment forte pour supprimer
le besoin de regarder son corps. En RA, ce phénomène manque de
littérature et des études vérifiant la transposition de ces résultats
semblent donc nécessaires.

3 MESURE DU SENTIMENT D'INCARNATION
EN RA

Dans l'expérience de la RHI originale, Botivnick et Cohen [13] ont
choisit de concevoir un questionnaire à deux parties pour évaluer le
sentiment d'incarnation. La première partie demande une descrip-
tion ouverte du ressenti des participants tandis que la deuxième est
constituée de neuf questions dont les réponses sont à donner sur
une échelle de Likert [40]. Cette démarche suscita un grand intérêt
et donna suite à de nombreuses travaux qui, face au manque de
méthodes de mesures validées, s'en inspirèrent. Certains chercheurs
modifièrent le questionnaire, d'autres supprimèrent la partie de-
scriptive ou ne gardèrent que celle-ci, ce qui rendit les résultats
difficilement comparables.

Confrontés à ce problème, plusieurs scientifiques se sont efforcés
à vérifier et à unifier les méthodes de mesure par analyse systé-
matique. Longo et al. [41] conclurent de leurs observations que les
échelles de Likert sont des outils valides étant donné qu'il est possi-
ble d'identifier des motifs distinctifs dans les réponses. Cependant,
elles doivent autant que possible être secondées par une mesure
objective, fournissant un instrument de validation complémentaire.
D'après eux, l'utilisation seule des méthodes traditionnelles de la
psychologie - tel que la description verbale ouverte - est trop subjec-
tive pour extraire une mesure précise du sentiment d'incarnation.
Il s'agit donc de la combiner avec d'autres mesures tel que celles
de caractéristiques physiologiques. Par exemple, l'évaluation de la
dérive proprioceptive par la soustraction de la position estimée à
la position réelle de la main pourra être utilisée. Une autre mesure
régulièrement employée est celle de l'enregistrement de la Réponse
en Conductance Cutanée (RCC) du participant face à une menace
physique. Dans un contexte contrôlé de façon à minimiser le biais, il
a été montré plusieurs fois que cette mesure constitue un indicateur
valide [3, 48] du sentiment d'incarnation.

Reprenant les travaux de Longo et al., Kilteni et Slater [32]
ajoutent que l'observation à partir d'un certain seuil d'au moins

une des trois sous-composantes du sentiment d'incarnation suffit
pour le juger comme présent. Ainsi, les échelles de Likert util-
isées devraient a minima compter des questions sur les sentiments
d'agentivité, de propriété corporelle et d'auto-localisation. D'autre
part, leur recherche fait remarquer que le sentiment d'agentivité
doit être obligatoirement mesuré en présence de mouvements du
corps incarné, un corps immobile ne pouvant susciter ce sentiment.

Disposant de plus de recul, des travaux récents cherchent à établir
un questionnaire standard afin d'augmenter la comparabilité des fu-
turs travaux. Gonzalez-Franco et Peck [24] identifient un ensemble
de questions à normaliser que Roth *et al.* reprennent pour parvenir à
un premier questionnaire [57], revu en 2019 pour contenir 16 items
[56]. Les questions furent conçues de manière à être applicables à
tous les scénarios, y compris à ceux en RA. Déterminés par anal-
yse en composantes principales de la littérature, les items choisis
evaluent trois caractéristiques : le niveau d'acceptation du corps
(couvrant la propriété corporelle), celui du sentiment de contrôle
(couvrant l'agentivité) et celui du sentiment de changement (inclu-
ant l'auto-localisation). Lors de sa conception, leur proposition fut
testée et validée par quatre études puis par des analyses statistiques
de fiabilité (calcul du coefficient alpha de Cronbach [12]). A l'heure
actuelle, ce questionnaire semble constituer l'échelle de Likert la
plus appropriée pour mesurer le sentiment d'incarnation en RA.

4 VISUALISATION DE L'AVATAR EN RA

4.1 Support de visionnage

Combiner la réalité à la virtualité de manière cohérente n'est pas
une tâche facile. En effet, les systèmes de RA actuels connaissent de
nombreuses limites dont la plupart sont d'origine matérielle. C'est le
cas des systèmes comportant une visualisation de type *Optical See-
through* (OST): utilisant des verres optiques semi-réfléchissants, ils
ne peuvent générer que des rendus partiellement transparents. Un
avatar visionné avec un casque de ce type sera donc contraint à être
plus ou moins opaque en fonction des conditions lumineuses. Toute-
fois, l'effet de cette transparence sur le sentiment d'incarnation n'a
pas encore été examiné et la lumière ambiante demeure maîtrisable
dans un nombre d'applications.

Une alternative aux appareils OST est la technologie *Video See-
through* (VST), déjà communément utilisée sur *smartphone*. Elle
offre une vision indirecte du monde réel, observé au travers d'une
caméra sur un écran ou dans un casque. Un traitement du flux
vidéo en temps réel permet d'incruster l' avatar dans la scène et de
le visualiser en 3D grâce aux mêmes techniques de stéréoscopie
que celles utilisées en RV. Si cette approche semble être une bonne
solution, plusieurs études argumentent que la VST a ses défauts
aussi [6, 26, 52]. Dans le cas de leur application de visualisation
médicale, Rolland et Fuchs [52] ont observé que les casques de
type VST entravent la vision du monde réel et en perturbent sa
perception, tandis que ceux de type OST fournissent une "visuali-
sation non obstruée de l'environnement réel qui garantit que les
informations visuelles et de proprioception sont synchronisées".
Cependant, ils relativisent leur constat en écrivant que le choix de
la technologie doit dépendre du type d'application considéré : le
besoin des fonctionnalités supplémentaires offertes par l'affichage
VST (e.g. l'opacité du virtuel) peut justifier la perte de la vue directe
sur le monde réel.
Le choix de support à faire pour maximiser le sentiment d'incarnation en RA n'est pas encore clair aujourd'hui. Un élément de réponse se trouve dans l'étude des conséquences de la visibilité simultanée du corps réel et du corps virtuel. Cette question fut peu examinée, mais des études récentes suggèrent qu'il est possible d'avoir le sentiment d'incarer un avatar malgré l'observation de ces deux corps (cf. Section 4.2).

## 4.2 Perspective et visibilité

Un avatar peut être visualisé en RA sous plusieurs angles et perspectives qui changent la façon d'appréhender son incarnation. Est-il possible de se sentir incarer un corps sans être à l'intérieur de celui-ci ? Et dans ce cas, est-il possible d'incarer son avatar et son propre corps en même temps, tous deux étant visibles ? Ces questions ont une importance non-moindre dans le développement d'applications en RA employant des avatars puisqu'elles font ressortir les limites de l'expérience utilisateur en fonction des technologies utilisées. En RV, le point de vue à favoriser (1ère ou 3ème personne) est déjà sujet à désaccord [27, 60]. D'un autre côté, en RA, le nombre de cas où son propre avatar est tout simplement visible est limité.

Les outils de collaboration comptent pour une large partie des applications mettant en œuvre des avatars en RA. Dans ces outils, l'avatar n'est en général visible que pour l'interlocuteur et non pour l'utilisateur [50, 68, 70]. La plupart des cas où l'on peut voir son propre avatar en RA sont des "miroirs augmentés" grâce auxquels on peut l'observer comme un reflet de soi-même [46]. Les applications en RA affichant des avatars d'un point de vue égocentrique sont très rares, et celles où l'on peut y voir son corps en entier comme dans les travaux de Noh et al. [47] le sont encore plus.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 2:** Exemples illustrant les différentes perspectives de visionnage de l'avatar en RA. 1) Système VST avec avatar devant, dos à l'utilisateur [55], 2) OST avec avatar de face, dans un miroir [47], 3) VST avec avatar superposé au corps de l'utilisateur [32].</figcaption></figure>

Un des uniques articles examinant la question du point de vue en RA est celui de Rosa et al. [54], issu des travaux de thèse de van Bommel [65]. Dans cette recherche, les auteurs tentent de montrer qu'il peut exister un sentiment d'incarnation considérable même en regardant l'avatar à distance de soi. Pour appuyer cette assertion, ils conçurent une expérience où des participants équipés de casques VST manipulent leur avatar placé en avant, dos à eux (Figure 2.1). Un questionnaire sur le sentiment d'incarnation fut utilisé pour évaluer l'agentivité, la propriété corporelle et l'auto-localisation ressentie. Les résultats ont montré qu'une stimulation VM synchrone a su induire un fort sentiment d'agentivité, mais un trop faible nombre de participants a témoigné d'une dérive proprioceptive ou de

ressentir être aux deux localisations en même temps pour tirer des conclusions au sujet de l'auto-localisation. Enfin, l'évaluation du sentiment de propriété corporelle a donné des résultats positifs qui furent corroborés par des mesures physiologiques (RCC). Ces résultats ont été jugés comme preuves suffisantes pour satisfaire l'hypothèse qu'il n'est pas nécessaire d'être à l'intérieur du corps de son avatar pour avoir le sentiment de l'incarer en RA.

Dans une publication précédente, Rosa suggère que le lien entre l'avatar et le participant produit par ce type d'expérience est potentiellement différent [53]. Elle évoque qu'il est possible de se sentir être dans deux corps à la fois, sous-entendant une duplication de l'identité corporelle. Cette théorie est appuyée par l'étude antérieure réalisée par Heydrich et al. [27] mettant également en place le visionnage de son propre avatar de dos, à distance. Dans cet article, les auteurs cherchent à mettre en évidence la même théorie et à en comparer les résultats d'un rendu VST à ceux d'un rendu virtuel 3D. Pour les deux rendus, les analyses ont rapporté que la stimulation VT synchrone a produit la sensation d'avoir deux corps à la fois et un changement d'auto-localisation du participant vers le corps virtuel. Cependant, s'ils ont réussi à détecter le sentiment d'incarnation envers les deux corps, les auteurs reconnaissent qu'ils n'ont pas utilisé de mesure objective de la double sensation de propriété corporelle. D'autre part, leurs résultats suggèrent que la fidélité visuelle a un impact important dans la sensation d'incarer plus d'un corps. En effet, le visionnage VST préservant l'apparence du participant, a engendré des résultats bien plus forts que ceux obtenus avec un avatar 3D généré par ordinateur. Dans le mémoire de thèse de van Bommel [65], les mesures de dérive proprioceptives peu concluantes ont donc pu être influencées par l'apparence des avatars utilisés, anthropomorphes 3D mais graphiquement peu réalistes.

Inspéré par ces travaux, un second papier reprend les résultats de van Bommel et Rosa et al. avec un avatar d'apparence réaliste et fidèle à celle de l'utilisateur [46]. Dans cet article, les auteurs utilisent une caméra de profondeur pour synthétiser le corps du participant et l'afficher par OST dans un miroir 3D intégré à l'environnement réel (Figure 2.2). L'avatar animé par suivi de l'utilisateur est cette fois visualisé de face, couvert d'une texture vidéo. Basée sur une étude similaire menée en RV, leurs résultats montrent que les participants ont éprouvé un sentiment élevé de propriété corporelle et d'agentivité avec l'avatar dans le miroir. De plus, en demandant de choisir parmi plusieurs modifications réalistes de la morphologie de l'avatar, il fut reconnu que la perception de la masse corporelle en RA est similaire à celle en RV (i.e. les participants s'identifient à des corps légèrement plus minces).

## 5 APPARENCE ET MORPHOLOGIE DE L'AVATAR EN RA

En RV, il fut prouvé qu'un avatar de sexe [60], âge [7], ethnie [8] ou encore de silhouette différente [49] pouvait susciter un fort sentiment d'incarnation. Mieux encore, il est possible de créer cette illusion avec un corps dans un autre posture [17], avec un corps doté de membres supplémentaires [29], ou même avec un corps d'animal [1, 14, 36]. Qu'en est-il en RA ? De tels phénomènes sont-ils également possibles ?
Dans leurs travaux, Rosa et al. [54] comparent le sentiment d'incarnation en RA en fonction du niveau d'anthropomorphisme de l' avatar. Leur expérience utilise la VST pour faire incarner aux participants un avatar à physiologie humaine neutre (androgyne, sans couleur distinctive) puis un avatar abstrait aux membres représen- tés par des blocs. De manière analogue aux précédentes recherches, le sentiment d'incarnation fut évalué par questionnaire et par mesure de la RCC. Dans les deux cas, le sentiment d'incarnation a bien été induit et s'est vu modulé par la synchronie de la stimulation VM, mais pas par le niveau d'anthropomorphisme.

La relation entre la proprioception et la ressemblance physique des avatars à leur utilisateur n'a pas fait l'objet de l'article de Rosa et al., se concentrant uniquement sur l'influence de la morphologie humaine globale. En RV, en revanche, diverses comparaisons ont été faites [58] : entre humain et robot, entre femme et homme, entre rendu réaliste et rendu cartoon, etc. De manière générale, il fut noté que les avatars humains réalistes ont tendance à créer un sentiment d'incarnation moins fort que les avatars non-humains ou au rendu irréaliste [2, 42, 66]. Une explication donnée est que ces résultats pourraient être dûs au phénomène d'Uncanny Valley conceptualisé par Mori [45]. En particulier, Schwind et al. [58] remarquent une tendance à être beaucoup plus critiques envers l'apparence de mains réalistes, surtout chez les participants femmes. Cette spécificité est due à la différence de perception du corps qui existe entre les sexes dont un aperçu est donné par Piryankova et al. [49].

Au cours de sa thèse de master, Gilbers [23, 55] s'intéresse à l'incarnation de corps à structures différentes. Sa recherche met en place l'expérience de la Supernumary Hand Illusion en RA où le corps visible des participants est agrément d'un troisième bras virtuel, stimulé de manière VT et/ou VM synchrone avec l'un des deux autres bras réels (Figure 3.1). Le sentiment d'incarnation du bras virtuel, mesuré aussi par questionnaire et RCC, a montré que les trois composantes du sentiment peuvent être évoquées sur le bras virtuel en présence des deux bras réels visibles. Les réponses au questionnaire montrent en outre que le sentiment d'agentivité a été fortement ressenti sur le bras virtuel, et que la visibilité simultanée des trois bras a engendré l'impression de posséder un bras à un emplacement supplémentaire.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 3: 1) Supernumary Hand Illusion en RA [23]. Un couteau virtuel tombe sur la main virtuelle afin de mesurer la RCC du sujet. 2) Incarnation d'un très long bras en RA [21].**</figcaption></figure>

Dans une autre étude, Feuchtner et Müller [21] s'interrogent sur l'étendue des modifications que l'on peut faire sur un avatar avant que le sentiment d'incarnation ne soit brisé. Ils parviennent à mon-trer que l'humain est capable d'utiliser des bras s'allongeant jusqu'à plus de deux fois leur taille normale tout en les ressentant comme les leurs. Ces résultats sont à l'image de ceux précédemment obtenus en RV, témoignant de la souplesse de notre notion d'identité corporelle [34]. Cependant, ces expériences montrent également que cette flexibilité semble avoir des limites : si le sentiment d'incarnation était bien présent pour des bras de longueur deux fois plus grande comme en Figure 3.2, il se voyait considérablement réduit pour des bras de longueur quatre fois plus grande.

## 6 MAXIMISER LE SENTIMENT D'INCARNATION EN RA

De manière générale, la stratégie employée par les chercheurs pour maximiser le sentiment d'incarnation en RA est la même que dans les autres contextes: elle consiste à créer et à intensifier les senti- ments d'agentivité, d'auto-localisation et de propriété corporelle de l'utilisateur envers son avatar.

Le sentiment d'agentivité est lié à l'aisance de manipulation. Moins l'utilisateur a besoin de réfléchir à comment contrôler son avatar, et plus il fera abstraction de la virtualité de son corps [5]. Il est également lié à la notion de "réalisme comportemental", reflété par le nombre de comportements d'un humain que l' avatar présente. De ce fait, l'agentivité est favorisée par les systèmes capables de suivre et d'afficher le comportement utilisateur en temps réel, de manière précise et exhaustive. Ces résultats ont été montrés valables en RA, notamment par van Bommel et al. [65] qui ont réussit à obtenir une évaluation élevée du sentiment d'agentivité par capture des mouvements en temps réel du corps entier.

Afin d'obtenir un tel suivi, de nombreuses solutions de tracking existent à des prix et performances plus ou moins élevées (trackers HTC Vive, MoCap, Optitrack, OpenPose, etc.). A l'heure actuelle, les moins coûteuses sont aussi les plus limitées en ressources. Or, plusieurs études en RV [63, 67] ont montré que certaines formes d'erreurs de tracking (latence, sauts, bruit, figement, etc.) peu- vent vivement affecter le sentiment d'incarnation. D'après Tooth- man et Neff [63], la latence et le bruit (vibration de l' avatar) appa- raissent être des facteurs particulièrement limitants du sentiment d'agentivité à partir de seuils relativement peu élevés (300ms et 1 degré, respectivement). Les sauts et figements d'images, eux, n'ont pas une grande incidence, sauf quand poussés à l'extrême ou com- binés avec d'autres types d'erreurs. Néanmoins, on peut imaginer que ces erreurs de tracking auront des conséquences légèrement plus poussées en RA qu'en RV, la présence d'artefacts perturbant l'unité visuelle entre le réel et le virtuel. Cette supposition sollicite une étude approfondie qui pourrait préconiser l'usage de certaines technologies plutôt que d'autres afin de maximiser le sentiment d'incarnation.

Pour intensifier les sentiments de propriété corporelle et d'auto- localisation, plusieurs méthodes autres que la stimulation VT syn-chrone existent. En effet, Suzuki et al. [61] ont montré dans leurs travaux en RA que rendre le pouls de l'utilisateur visible en faisant rougir faiblement la peau de l' avatar amplifiait le sentiment de pos- séder la main virtuelle incarnée. D'autre part, l'étude de Gorisse
<table><caption>Table 1: Liste de publications implémentant l'expérience d'incarnation d'un avatar virtuel en RA.</caption><thead><tr><td>Travaux</td><td>Visionnage</td><td>Support</td><td>Point de vue</td><td>Avatar</td><td>Stimulus</td><td>Etude</td></tr></thead><tbody><tr><td>Gilbers [23]</td><td>OST</td><td>Casque RA</td><td>1<sup>ère</sup> pers.</td><td>Humain neutre</td><td>VT, VM</td><td>VHI</td></tr><tr><td>Škola et Liarokapis [74]</td><td>VST</td><td>Lunettes LCD</td><td>1<sup>ère</sup> pers.</td><td>Humain neutre</td><td>VT</td><td>RHI, VHI</td></tr><tr><td>Suzuki et al. [61]</td><td>VST</td><td>Visiocasque 3D</td><td>1<sup>ère</sup> pers.</td><td>Vidéo 3D du sujet</td><td>VT, VM</td><td>VHI</td></tr><tr><td>Nimcharoen et al. [46]</td><td>OST</td><td>Casque RA</td><td>3<sup>ème</sup> pers.</td><td>Vidéo 3D du sujet</td><td>VM</td><td>BOI miroir</td></tr><tr><td>Rosa et al. [54]</td><td>VST</td><td>Casque RV</td><td>3<sup>ème</sup> pers.</td><td>Humain neutre, abstrait</td><td>VM</td><td>BOI</td></tr><tr><td>van Bommel [65]</td><td>VST</td><td>Casque RV</td><td>3<sup>ème</sup> pers.</td><td>Humain neutre, abstrait</td><td>VM</td><td>BOI</td></tr><tr><td>Heydrich et al. [27]</td><td>VST</td><td>Casque RV</td><td>3<sup>ème</sup> pers.</td><td>Vidéo 3D du sujet</td><td>VT, VM</td><td>BOI</td></tr><tr><td>Rosa et al. [55]</td><td>VST</td><td>Casque RV</td><td>1<sup>ère</sup> pers.</td><td>Humain neutre</td><td>VT</td><td>3<sup>ème</sup> bras</td></tr><tr><td>Feuchtner et Müller [21]</td><td>VST</td><td>Casque RV</td><td>1<sup>ère</sup> pers.</td><td>Humain masculin</td><td>VT, VM</td><td>Bras extensible</td></tr><tr><td>Ballestin et al. [6]</td><td>OST, VST</td><td>Casque RV, RA</td><td>1<sup>ère</sup> pers.</td><td>Gants de boxe</td><td>-</td><td>Comparatif OST/VST</td></tr><tr><td>Noh et al. [47]</td><td>VST</td><td>Casque RV</td><td>1<sup>ère</sup> pers.</td><td>Cartoon, Vidéo 3D</td><td>-</td><td>Téléprésence</td></tr><tr><td>Lopes et al. [31]</td><td>VST</td><td>Casque RV</td><td>1<sup>ère</sup> pers.</td><td>Prothèse de bras</td><td>-</td><td>Prothèses</td></tr><tr><td>Rosa [53]</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td><td>Plan de recherche</td></tr></tbody></table>

[25] dédiée à la comparaison des points de vue pris en RV identifié de légères différences dans les sensations qu'ils provoquent. En effet, la perspective à la 1ère personne induit une impression supérieure d'être situé à l'intérieur du corps virtuel et de le posséder. D'après Gorisse, ces sentiments restent toutefois relativement élevés dans l'autre perspective, probablement grâce à la "synchronie VM identifiée par la littérature comme un facteur prépondérant du sentiment d'incarnation". Enfin, aucune différence significative ne fut observée en ce qui concerne le sentiment d'agentivité, ce dernier étant très élevé quel que soit le point de vue utilisé à conditions égales. Ainsi, deux des trois facteurs constituant le sentiment d'incarnation ont été prouvés comme impactés par la perspective en RV. Cette question reste à être éclaircie en RA et pourrait potentiellement encourager le développement du visionnage égocentrique des avatars, encore très peu exploité.

## 7 DISCUSSION ET CONCLUSION

Le nombre d'articles traitant du sentiment d'incarnation d'avatars virtuels spécifiquement en RA est très limité. Le Tableau 1 résume les travaux existants sur ce sujet précis et montre qu'il reste核心 beaucoup à explorer. Cependant, de l'ensemble de ces études, nous pouvons déjà conclure que le sentiment d'incarnation en RA a plusieurs points communs avec celui en RV. Rosa et ses collègues ont particulièrement travaillé à les mettre en évidence. Ainsi, la synchronie des stimulations VM et VT se révèle être tout aussi efficace en RA qu'en RV dans l'induction d'une dérive proprioceptive [55]. Les mêmes mécanismes peuvent être utilisés pour changer la perception de son propre corps, par exemple en donnant l'illusion de posséder une troisième main ou un bras extensible [23]. De même, comme pour la RV, il fut constaté que les expériences "hors-corps" sont également réalisables en RA [54].

Parmi les pistes inexploitées, l'étude de la BOI d'un point de vue égocentrique peut se révéler particulièrement intéressante. En effet, comme souligné en Section 4.2, il est possible qu'être "dans la peau" de son avatar engage un sentiment d'incarnation plus avancé qu'en le visionnant à la 3ème personne. La mise en place d'une perspective à la 1ère personne est toutefois techniquement plus difficile qu'en RV,

étant donné que le corps physique est présent dans l'environnement réel visualisé. Par conséquent, il est beaucoup plus compliqué de masquer notre corps réel lorsqu'il s'agit d'incarner un avatar plus fin ou non-anthropomorphe tel qu'un quadrupède. Ces défis techniques restent à être abordés.

Par ailleurs, la similarité globale des résultats obtenus en RA à ceux en RV [34, 39, 42] laisse penser que la perception de notre corps est proche dans ces deux contextes. D'une part, le physique semble jouer un rôle important dans l'affinité entre un utilisateur et son avatar tandis que leur non-ressemblance n'empêche pas la création du sentiment d'incarnation [58]. D'autre part, il fut montré à plusieurs reprises que la façon dont nous percevons notre corps est souvent en marge de la réalité [46], de la même manière que notre voix enregistrée semble différente de celle que nous entendons en parlant. Cette déformation de notre perception est d'autant plus importante qu'elle est subjective : par exemple, une personne souffrant d'anorexie peut voir son corps plus gros qu'il ne l'est [44]. On peut donc se demander si, au final, le choix de l' avatar auquel l'utilisateur s'identifie le plus ne serait pas le meilleur en terme de sentiment d'incarnation, que cet avatar lui ressemble ou non. Il semblerait alors intéressant de laisser la possibilité aux utilisateurs de choisir certains attributs visuels de l' avatar pour les représenter. Cependant, la relation entre l'affinité subjective et l'ampleur du sentiment d'incarnation reste à être éclaircie, et quelle que soit la réponse à cette question, ne pas laisser le choix de l'apparence de l' avatar semble justifié dans de nombreuses applications (par exemple, dans les travaux de Banakou et al. [9]).

Enfin, il reste matière à étudier dans l'influence qu'a l'apparence de l' avatar, notamment en terme de choix à faire pour produire le meilleur sentiment d'incarnation. A cette question se joint une autre : contrairement à la RV qui bénéficie d'une homogénéité visuelle, la RA présente un problème de cohérence graphique entre le réel et le virtuel auquel l' œil humain est sensible. Ainsi, la poursuite de travaux procurant des rendus temps-réel plus réalistes vis-à-vis de l'environnement physique (lumières, spatialisation, occultation, etc.) [15, 37, 38, 72] voit son importance soulevée.

Pour terminer, une recherche approfondie sur l'incarnation en RA pourra être bénéfique dans de nombreux scénarios. Par exemple,
elle pourrait être utile dans les applications mettant en avant une
expérience utilisateur personnalisée tel que dans les avant-vidéos,
le cinéma et dans d'autres types d'art [11]. Cette recherche trouve
egalement sa raison d'être dans l'éducation, étant donné l'influence
prouvée des avatars sur notre perception et notre comportement
[8, 9]. Enfin et surtout, les avatars sont prometteurs dans le domaine
médical, notamment dans le cadre des thérapies, des prothèses
virtuelles ou encore d'opérations médicales à distance [10, 20, 52].

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