Modélisation biomécanique de l’humain virtuel pour des applications interactives
Modèles d’animation pour les humanoïdes

Nous allons nous intéresser dans ce dossier à la conception des humanoïdes de synthèse dans un contexte temps-réel pour la réalité virtuelle. On distingue deux grandes classes nécessitant la mise en œuvre d’humanoïdes en réalité virtuelle :

• la représentation de l’utilisateur au sein même de l’environnement virtuel à l’aide d’une entité appelée avatar ;

• la représentation d’agents autonomes indépendants de l’utilisateur, nécessaires à la simulation d’environnements complexes impliquant plusieurs personnes, voire une population.

Un certain nombre de domaines d’application ont besoin d’agents autonomes indépendants. Citons la simulation d’environnements architecturaux et urbains, la formation professionnelle, le traitement de pathologies en psychothérapie et les applications ludiques, éducatives et artistiques. Ces humanoïdes doivent être dotés d’une incarnation, de capacités de perception, de traitement de l’information, de prise de décision et d’action. Au plus bas niveau, les humanoïdes se déplacent, utilisent des objets, interagissent entre eux et avec les éléments du décor. Il s’agit ici de générer des modèles de mouvement et de coordonner de façon réaliste les différents mouvements possibles : c’est la couche motrice. Au niveau intermédiaire, les humanoïdes jouent la scène qui doit permettre l’accomplissement de l’action. Leurs comportements, leur gestuelle, leur expression physique au sens large doivent être en adéquation avec l’atmosphère, les dialogues, le décor : c’est la couche théâtrale. Au niveau le plus haut, bénéficier des avantages de l’autonomie des agents et de leur contrôle partiel, nécessite de définir la notion de chef d’orchestre qui va suivre et influer sur l’évolution du monde virtuel. Il détermine entre autre les rôles et les actions que doivent effectuer les acteurs, à partir d’un scénario capable, entre autres, de réagir aux actions humaines : c’est la couche orchestrale. Ce dernier niveau n’est pas présenté ici car non spécifique à l’humain virtuel.

Ce dossier se concentre sur les approches de modélisation et de contrôle temps-réel des mouvements et des comportements d’humains virtuels. D’autres aspects complémentaires, tels que le rendu réaliste, l’animation des vêtements et de la chevelure, ou encore l’animation faciale, sont nécessaires pour rendre crédibles ces humanoïdes de synthèse mais ne seront pas traités ici. La contrainte du temps-réel est particulièrement sévère pour un système mécanique aussi complexe, c’est pourquoi sa modélisation repose sur de nombreuses simplifications selon l’usage qu’il est prévu d’en faire.

Ce dossier est structuré de la manière suivante. Nous rappelons tout d’abord les grandes lignes du standard H-ANIM offrant un ensemble de conventions pour la représentation du squelette et du mouvement. Nous présentons ensuite deux grandes familles de techniques d’animation, les cinématiques directe et inverse, avant d’évoquer la capture temps-réel du mouvement et son adaptation pour résoudre de nouvelles contraintes. Une réflexion sur l’intégration de la dynamique clôt la première partie. La seconde partie traite des mécanismes permettant de mettre en œuvre une autonomie croissante au sein des entités animées. Nous y présentons tout d’abord les modèles de comportements réactifs synthétisés par la boucle de perception-décision-action. Suivent les modèles de comportement cognitifs, collectifs et sociaux. Une brève conclusion souligne les axes principaux des travaux de recherche et développements dans ce domaine très riche.