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Méthode de conception pour IHM et interactions distribuées = phương pháp thiết kế giao diện người máy trên các thiết bị phân tán

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UNIVERSITE NATIONALE DU VIETNAM, HANOI
INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL

VŨ THÁI DƯƠNG

MÉTHODE DE CONCEPTION POUR IHM
ET INTERACTIONS DISTRIBUÉES
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ GIAO DIỆN NGƯỜI-MÁY
TRÊN CÁC THIẾT BỊ PHÂN TÁN

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES DU MASTER INFORMATIQUE

HANOI - 2016


UNIVERSITE NATIONALE DU VIETNAM, HANOI
INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL

VŨ THÁI DƯƠNG

MÉTHODE DE CONCEPTION POUR IHM
ET INTERACTIONS DISTRIBUÉES
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ GIAO DIỆN NGƯỜI - MÁY
TRÊN CÁC THIẾT BỊ PHÂN TÁN

Spécialité : Réseaux et Systèmes communicants
Code : Programme pilote

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES DU MASTER INFORMATIQUE

Sous la direction de :


Maˆıtre de Conférences, Dr. Philippe ROOSE
Maˆıtre de Conférences, Dr. Philippe LOPISTEGUY
Maˆıtre de Conférences, Dr. Marc DALMAU

HANOI - 2016


ATTESTATION SUR L’HONNEUR
J’atteste sur l’honneur que ce mémoire a été réalisé par moi-même et
que les données et les résultats qui y sont présentés sont exacts et n’ont jamais été publiés ailleurs. La source des informations citées dans ce mémoire
a été bien précisée.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác. Các thông tin trích dẫn trong Luận văn
đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Fait à Hano¨ı, le 13 janvier 2017
Hà Nội, ngày tháng năm
Etudiant
Sinh viên

Vũ Thái Dương

1


REMERCIENTS
Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribué au succès de

mon stage et qui m’ont aidé lors de la réalisation de mon mémoire de fin
d’étude.
Tout d’abord, j’adresse mes remerciements à M. Philippe Roose, M.
Marc Dalmau et M. Philippe Lopistéguy de l’équipe T2i à l’Université de
Pau et des Pays de l’Adour, mes encadrants qui m’ont offert la chance
de travailler dans un environnement de recherche international. Ils ont été
toujours disponibles lorsque j’ai eu besoin d’eux. Leurs connaissances, leurs
conseils et leurs propositions m’ont apporté de belles idées pour résoudre
les difficultés.
Je remercie également M. Nguyen Hong Quang, mon responsable
à l’Institut Francophone International au Vietnam qui m’a offert les
meilleures conditions pour apprendre et trouver ce stage. Il n’a pas hésité de résoudre mes demandes même le soir pour assurer la vitesse de
traitement de documents.
Je tiens à remercier vivement l’équipe T2i pour leur acceuil, leur esprit d’équipe et en particulier mes collègues Riadh et Solomon qui m’ont
beaucoup aidé lors de mon arrivée. J’adresse spécialement mes amicaux
remerciements à Chinnapong et Fawzi qui ont été toujours à mon côté, ont
partagé avec moi les joies et les tristesses.
Enfin, je remercie sincèrement ma plus grande motivation, ma famille.
Je remercie également mes amis à l’université, mes camarades à la promotion 19 à l’IFI pour toujours rester en contact avec moi pendant mes
séjours.

2


Table des matières
Table des figures

5

Liste des tableaux


7

Abstrait

8

Introduction

10

1
1.1
1.2
1.3

LA PLASTICITÉ DES IHM ET LA MÉTHODOLOGIE
Multi-modalité des IHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Plasticité des IHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Méthodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11
12
14
17

2
2.1
2.1.1
2.1.2

2.1.3
2.1.4
2.1.5
2.2

KALIMUCHO
Définition et principe de Kalimucho . . . .
Définition de Kalimucho . . . . . . . . . . . .
Application Kalimucho . . . . . . . . . . . . .
Composants Kalimucho . . . . . . . . . . . .
Services de Kalimucho . . . . . . . . . . . . .
Exemple d’application Kalimucho . . . . . .
IHM pour les interactions distribuées dans

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Kalimucho

18
19
19
20
21
24
25
27


3
3.1
3.1.1
3.2
3.2.1
3.2.2

IMPLÉMENTATION
Analyse d’exigences . . . . . . . . . . . .
Diagramme de cas d’utilisation . . . .
Diagrammes de flot (Flow Diagrams) .
Programme de visionneuse . . . . . . .
Programme de modification . . . . . .

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29
29
31
31
32

3


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3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4

3.4
3.5

Conception . . . . . . . . . . . . . . . . .
Concevoir les interfaces . . . . . . . . .
Diagrammes de classes . . . . . . . . . .
Base de données . . . . . . . . . . . . . .
Communication entre les composants
Résultats attendus . . . . . . . . . . . .
Environnement d’implémentation . . .

4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.2
4.2.1
4.2.2

DÉMONSTRATION ET RÉSULTATS
Démonstration . . . . . . . . . . . . . . . .
Explication du programme . . . . . . . .
Démonstration . . . . . . . . . . . . . . . .
Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

5.1
5.2

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34
36

38
39
42
43

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44
45
45
46
50
51
51
51

CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53
54
55


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Bibliographie

56

A
A.1
A.2
A.3
A.4
A.5

Envoyer des commandes à la plateforme Kalimucho
Créer un composant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Migrer un composant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Supprimer un composant . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Créer un connecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reconnecter ou ajouter un connecteur sur une unité
d’entrée d’un composant . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reconnecter ou ajouter un connecteur sur une unité
d’entrée d’un composant . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

58
58
58
59
59

Traiter les modifications
Initialiser l’application de visionneuse par défaut . . .
Migrer un composant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Dupliquer un composant . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61
61
61
61

A.6

B
B.1
B.2
B.3

4

59
60


Table des figures
1.1 Modélisation d’une application mobile en utilisant MIMIC [2]
1.2 a) Grand écran. La température de toutes les chambres est affichée en même temps. b) Petit écran. La température de chaque
chambre est affichée individuellement. [11] . . . . . . . . . . .
1.3 Un cas d’utilisation d’une interface plastique . . . . . . . . . .

13

2.1 Modèle de composant OSAGAIA [8] . . . . . . . . . . . . . .
2.2 a) Développement d’une application normale. b) Développement d’une application Kalimucho . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Connexion dans un système Kalimucho . . . . . . . . . . . . .
2.4 Architecture d’un composant Kalimucho . . . . . . . . . . . .
2.5 Cycle de vie d’un composant . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6 Nouvelle interface plastique d’une application Kalimucho . . .

19

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12

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vision. . . .

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31
32
33
34
35
36
37
37
38
38

4.1 Différentes présentations d’affichage . . . . . . . . . . . . . . .

45

Diagramme de cas d’utilisation . . . . . . . . . . . . .
Diagramme de flot du programme de visionneuse . . .
Diagramme de flot de migration/remplacement . . . .
Diagramme de flot de duplication . . . . . . . . . . . .
Conception de l’interface de l’application principale . .
L’interface de configuration . . . . . . . . . . . . . . .
L’interface de modification . . . . . . . . . . . . . . . .
Diagramme de classes du composant « Display » . . .
Diagramme de classes du composant « Button » . . . .
Diagramme de classe du composant « Control » . . . .
Diagramme de classe du composant « Modify » . . . .

Les connexions entre les composants de l’application de
neuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

14
15

20
22
23
24
27

39


4.2
4.3
4.4
4.5

L’affichage du composant « Modify » . . . . . . . . . . . . . .
L’application de visionneuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
L’écran de la migration du composant « Display » . . . . . . .
Les interfaces de l’application après migration du composant «
Display » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6 Les modalités des widgets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.7 Les affichages de l’application sur les machines après la reconfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


6

46
47
47
48
48
49


Liste des tableaux
4.1 Evaluation du programme de test . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

50


RÉSUMÉ
Dans un monde qui bouge, les Interfaces Homme-Machine (IHM)
constituent l’un des sujets d’importance pour le développement et l’acceptation de nouvelles technologies. Nous observons des évolutions régulières
des IHM pour s’adapter aux changements et aux tendances technologiques.
Depuis plus de 10 ans, les périphériques mobiles se démocratisent et évoluent très rapidement, en particulier les smartphones avec 2,08 milliards
d’utilisateurs en 2016 (prévu par [9]). Pour suivre ce développement, plusieurs axes de recherches dans le domaine des IHM ont été ouverts tels que,
par exemple, la multi-modalité des interfaces.
Du point de vue de la conception des IHM, la plasticité est une méthode de conception qui permet au développeur de concevoir des interfaces
qui s’adaptent au périphérique sur lequel elles sont déployées. L’objectif
de ce travail est de concevoir des interfaces flexibles pour que l’application qui supporte l’IHM puisse facilement remplacer, migrer, dupliquer sur
différents périphériques (PC, tablette, smartphone, etc.) les composants
qui la constituent. Outre les facilités de multi-vue que cette approche apporte, elle intègre la multi-modalité, dimension importante en raison de la

variabilité des périphériques.
Un prototype a été réalisé pour expérimenter cette proposition. Sur la
base de la plateforme Kalimucho, une application simple de type Master
View (ou visionneuse) a été développée pour un contexte d’usage dans le
domaine de l’e-learning. Avec cette application, l’enseignant n’est pas le
seul à piloter le défilement de ses transparents. Il peut migrer les boutons
de contrôle à un auditeur de même qu’il peut dupliquer l’écran d’affichage
sur d’autres périphériques. Enfin, selon la caractéristique de chaque périphérique et/ou le profil de son utilisateur, il peut définir la modalité
d’interaction à activer en fonction du périphérique utilisé.

8


INTRODUCTION
De nos jours, tout le monde accède à des applications à partir d’une
multitude de périphériques (PC, tablette, smartphone, etc.) ce qui suppose
des interactions nombreuses et variées (souris, écran tactiles, voix, détection
de mouvement, etc.).
La multiplication des périphériques mobiles offre des combinaisons
riches et variées d’interactions et d’interfaces graphiques. Néanmoins, les
IHM actuelles ne tiennent pas, pour la plupart, compte des périphériques
mobiles environnants de même qu’elles n’évoluent pas ou très peu dynamiquement (disposition/widgets, interactions, modalités) en fonction des
périphériques environnants. Il n’est actuellement pas possible de migrer ou
de dupliquer des parties de l’IHM sur l’un des périphériques mobiles environnants. Elles ne sont, par ailleurs, pas prévues pour ce type d’évolutions.
Notre objectif est de faire évoluer, et d’enrichir les méthodes de conception d’IHM pour intégrer des capacités de migration et/ou de duplication
d’éléments d’IHM et des capacités d’adaptation dynamique des modalités
d’interaction. Le problème posé est, par exemple, comment une action déclenchée par un clic de souris sur un PC peut-elle fonctionner également
sur un smartphone sur lequel la modalité « clic » est remplacée par l’agitation du téléphone tout en remplissant la même fonctionnalité ? La multimodalité prise en compte dès la conception de l’IHM peut permettre de
résoudre ce problème.
La plasticité des IHM est un domaine de recherche plus vaste. Son objectif est de créer une interface s’adaptant aux caractéristiques physiques

différentes [4, Chapter 8]. Cette approche peut être très utile et intéressante
dans le domaine d’éducation, en particulier du e-learning, où plusieurs utilisateurs (les étudiants, les enseignants) utilisent différents périphériques.
Il s’agit de situations pour lesquelles les interactions d’un étudiant avec son
IHM peuvent avoir une incidence sur les IHM des autres participants. Une
9


telle situation impliqe deux types d’acteurs (enseignant et étudiant) pouvant engendrer des adaptations réciproques selon les activités des étudiants
d’une part et selon les objectifs de l’enseignant d’autre part.
L’implémentation de notre proposition est réalisée et exécutée à l’aide
de la plateforme logicielle Kalimucho qui facilite le développement d’application en Java (sur PC et Android) réparties, dynamiques et multipériphériques. Une application Kalimucho est constituée d’un ensemble de
composants et de connecteurs qui peuvent être déployés sur tout périphérique du réseau [8].
Dans le Chapitre 1, je présente quelques études sur la multi-modalité
des IHM, l’état de l’art sur la plasticité des IHM mais aussi la méthodologie
que nous avons appliquée. Je présente les principes de base de Kalimucho
dans le Chapitre 2 grâce auxquels sont con¸cus les composants de l’application présentés dans le Chapitre 3. Les résultats de la démonstration
seront expliqués dans le Chapitre 4 avant d’arriver aux perspectives et à
une conclusion au Chapitre 5.

10


Chapitre 1

LA PLASTICITÉ DES
IHM ET LA
MÉTHODOLOGIE
Ce chapitre présente la plasticité des IHM ainsi que la multi-modalité
et la multi-vue.


11


1.1

Multi-modalité des IHM

En 1995, Nigay et Coutaz ont défini une modalité d’interaction comme
un couple <d,L> où d est un dispositif physique et L est un langage d’interaction [3]. Un dispositif physique définit un élément du système qui attend
des informations (dispositif d’entrée) et les distribue à l’utilisateur (dispositif de sortie). Les dispositifs peuvent être des souris, des écrans tactiles,
des claviers, etc. Par ailleurs, un langage d’interaction est un ensemble
d’expressions bien formées (par exemple, un assemblage conventionnel de
symboles) [7]. C’est une base théorique présentant des propriétés pour la
composition d’IHM.
Les propriétés CARE (Complémentarité, Assignation, Redondance et
Equivalence) [13] permettent de classer et d’évaluer les systèmes multimodaux. Elles définissent différentes compositions de modalités ayant pour
objectif de passer d’un état à un autre :
— La complémentarité : des modalités d’un ensemble doivent être
toutes utilisées pour gagner le nouvel état, autrement dit, aucune
modalité de cet ensemble ne peut couvrir l’état cible.
— L’assignation : une modalité est assignée à une tâche de changement
d’état si aucune autre n’est utilisée pour le faire.
— La redondance : des modalités sont dupliquées, ont la même expression et sont utilisées séquentiellement ou parallèlement.
— L’équivalence : des modalités différentes permettent d’atteindre le
même but individuellement. Par exemple, nous pouvons passer au
transparent suivant en cliquant sur le bouton « suivant » ou en
pronon¸cant le mot « aller ».
Ces propriétés sont utiles pour gérer des combinaisons entre modalités
et faciliter les synchronisations. MIMIC (MobIle MultI-modality Creator)
[10] est un framework réalisé au laboratoire LIFL de l’université Lille 1.

C’est un produit appliqué la théorie des propriétés CARE. MIMIC offre
un environnement de modélisation des applications multimodales.
La Figure 1.1 montre un cas d’usage de MIMIC. C’est une application
qui permet d’enregistrer de la musique au travers de plusieurs modalités
offertes à l’utilisateur. L’exemple utilise deux parmi les quatre propriétés
CARE qui sont l’équivalence et la complémentarité. Au cours d’un enregistrement, la modalité « appuyer sur arrêt » ou la combinaison « couvrir
12


Figure 1.1 – Modélisation d’une application mobile en utilisant MIMIC
[2]
le téléphone » et « secouer le téléphone » indiquent la décision d’arrêter
l’enregistrement.
La modalité est un couple dispositif physique_langage d’interaction. Les
propriétés importantes et intéressantes pour regrouper et gérer les modalités dans le domaine de la multi-modalité sont la complémentarité, l’assignation, la redondance et l’équivalence (CARE). MIMIC est donc un framework de modélisation d’applications multimodales en utilisant les propriétés ci-dessus pour gérer les modalités.

13


1.2

Plasticité des IHM

La plasticité est la capacité de l’interface d’utilisateur à résister aux
variations des caractéristiques du système physique ainsi qu’à l’environnement tout en préservant son utilisabilité [12]. Autrement dit, une interface
plastique doit avoir la possibilité de fonctionner correctement et de manière
identique dans des conditions différentes.

Figure 1.2 – a) Grand écran. La température de toutes les chambres est
affichée en même temps. b) Petit écran. La température de chaque chambre

est affichée individuellement. [11]
Dans le domaine des IHM, l’affichage graphique d’une application est
prioritaire. Aujourd’hui, la plupart des applications n’ont que la possibilité d’être adaptées à la taille de l’écran du dispositif physique. L’interface
plastique demande plus que cela. La Figure 1.2 montre un exemple de modification de l’affichage d’une application selon la capacité du périphérique.
Un grand écran (a) a assez d’espace pour afficher toutes les informations.
Pourtant, si cette application ne connaˆıt que cet affichage, le fait de réduire
la place disponible rendra difficile aux utilisateurs l’accès aux informations.
La plasticité de l’interface permet d’en modifier l’affichage selon les besoins
14


de l’utilisateur (écran b).
Outre l’organisation de l’affichage et des widgets, le choix des widgets
eux-même et de leurs modalités selon le périphérique est tout aussi important. Par exemple, la fonction de réponse d’un appel via Skype fonctionne
sur les PCs et les portables. Sur les PCs, il faut cliquer sur le bouton «
Accept » pour écouter l’appel. Sur les portables en général, l’utilisateur
fait glisser le bouton « Accept » au lieu de le cliquer. Toutefois si l’écran
de ce portable est trop petit ou si l’utilisateur à les mains occupées, il lui
sera difficile d’interagir avec le bouton. Il alors est possible de remplacer
ce bouton par une activation orale. L’application peut proposer plusieurs
modalités et laisser le choix à l’utilisateur selon sa situation actuelle. Ceci
est une conséquence directe de la méthode de multi-modalité présentée
ci-dessus.
Aujourd’hui, de nombreuses application s’adaptent à la multi-vue (le
changement de l’affichage selon le matériel) et à la multi-modalité (plusieurs modalités pour une fonction ou la modalité la plus adéquate) – applications responsives. Notre objectif est d’évoluer vers la plasticité des IHM.
Nous voudrions une application qui gère la multi-vue à laquelle s’ajoute la
multi-modalité et, de plus, nous souhaitons avoir la capacité de migrer, de
dupliquer ou/et de remplacer les composants/widgets.

Figure 1.3 – Un cas d’utilisation d’une interface plastique

La Figure 1.3 montre un cas d’utilisation de l’interface plastique que
nous souhaitons concevoir. L’utilisateur du périphérique (a) a la capacité
de migrer son écran d’affichage sur son portable (c) et de dupliquer un
15


bouton sur son PC (b). Ces widgets seront sélectionnés en fonction du
format adapté à la cible.
En résumé, la plasticité des IHM est une méthode pour concevoir des
applications avec des interactions distribuées car elle permet de transformer
tant l’affichage que les widgets pour s’adapter aux différents périphériques.
Nous souhaitons faire évoluer cette plasticité pour que l’interface puisse être
séparée en plusieurs composants (widgets) qu’elle a la capacité de migrer,
de dupliquer et/ou de remplacer sur tout périphérique.

16


1.3

Méthodologie

Afin de nous confronter à la problématique de la conception et de l’exécution d’applications aux capacités évoquées, nous avons con¸cu une application simple en suivant une méthodologie organisée en 4 étapes :
— Définir l’ensemble des périphériques sur lesquels le système pourra
s’exécuter, en précisant les modalités disponibles pour chaque périphérique.
— Définir l’application en mode standard, à savoir comme si elle ne
s’exécutait que sur une seule machine. L’application sera construite
sur la base de composants logiciels interactifs.
— Déployer l’application et ses composants sur les périphériques identifiés en utilisant les mécanismes de migration, de duplication et de
substitution.

— Exécuter l’application ainsi spécifiée.
Ainsi, notre travail s’inspire de l’approche multi-méthodique qui
consiste à aborder simultanément et à tour de rôle de fa¸con itérative, la
dimension Théorique (qui établit les fondements et les modèles), la dimension Système (qui se construit sur la base de la Théorie) et la dimension
Expérimentation (qui permet d’apprécier la pertinence entre le Système et
la Théorie).
En effet, dans chacune des 4 étapes ci-dessus, des éléments de Théorie,
de Système et d’Expérimentation seront construits. Ce sont ces apports
que nous nous attacherons à valoriser dans ce document.

17


Bibliographie
[1] Cyril Cassagnes, Philippe Roose, Marc Dalmau. "Kalimucho software architecture for limited mobile devices". ACM SIGBED Review,
6(3):pages pp. 1–6, 2009.
[2] Nadia Elouali. "A model-based framework for multimodal user interface generation". www.lifl.fr/˜eloualin/examples.html#exemple_five,
2014.
[3] Yoann Gabillon. "Composition d’interaction homme-machine par planification automatique". page pp. 34, Octobre 2011.
[4] Tiong T. Goh. "Multiplatform e-learning systems and technologies:
Mobile devices for ubiquitous ICT-Based education". Information
Science Reference, 2010.
[5] Till Ballendat, Nicolai Marquardt, Saul Greenberg. "Proxemic interaction : Designing for a proximity and orientation-aware environnement".
Research Report 2010-962-11, 2010.
[6] Edward T. Hall. "The hidden dimension". Doubleday, 1966.
[7] Jo¨elle Coutaz, Laurence Nigay. "A generic platform for addressing the
multimodal challenge". Proceedings CHI’95, May 1995.
[8] Keling Da, Marc Dalmau, Philippe Roose. "Kalimucho : Middleware
for mobile applications". ACM SAC 2014, pages pages pp.413–419,
2014.

[9] Statista.
"Smartphone
users
worldwide
2014-2020".
October 2016.
[10] Nadia Elouali, Xavier Le Pallec, José Rouillard, Jean-Claude Tarby.
"MIMIC: Leveraging sensor-based interactions in multimodal mobile
applications". CHI 2014, 2014.
56


[11] Ga¨elle Calvary, Jo¨elle Coutaz, David Thevenin. "A unifying reference
framework for the development of plastic user interfaces". Lecture
Notes in Computer Science, pages pp. 173–192, December 2001.
[12] Jo¨elle Coutaz, David Thevenin. "Plasticity of user interfaces : Framework and research agenda". Human–Computer Interaction — INTERACT’99, 1999.
[13] Jo¨elle Coutaz, Laurence Nigay, Daniel Salber, Ann Blandford, Jon
May, Richard M. Young. "Four easy pieces for assessing the usability of multimodal interaction: the care properties". Proceedings of
INTERACT’95, June 1995.

57



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