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Article

1 - MODÉLISATION BIOMÉCANIQUE DE L’HUMAIN VIRTUEL POUR DES APPLICATIONS INTERACTIVES

2 - ANIMATION D’HUMAINS VIRTUELS

3 - MODÉLISER LE COMPORTEMENT HUMAIN

4 - CONCLUSION

| Réf : H7002 v1

Conclusion
Modèles d’animation pour les humanoïdes

Auteur(s) : Ronan BOULIC, Franck MULTON, Stéphane DONIKIAN

Date de publication : 10 févr. 2007

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RÉSUMÉ

La conception des humanoïdes de synthèse dans un contexte temps-réel pour la réalité virtuelle se décline selon deux besoins : la représentation de l’utilisateur lui-même au sein de l’environnement virtuel et la représentation d’agents autonomes indépendants de l’utilisateur. Cet article se concentre sur les approches de modélisation et de contrôle temps-réel des mouvements et des comportements d’humains virtuels. 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.

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ABSTRACT

The design of virtual humanoids in the real-time context for virtual reality must meet two needs: the representation of users themselves inside of the virtual environment, and the representation of autonomous agents independent from the users. This article focuses on the modeling and real-time control approaches of the movements and behaviors of virtual humans. As the real-time constraint is particularly severe for such a complex mechanical system, its modeling is based on numerous simplifications according to its intended use.

Auteur(s)

  • Ronan BOULIC : Adjoint scientifique - Laboratoire de Réalité Virtuelle - École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL

  • Franck MULTON : Maître de Conférences de l’Université Rennes 2, en délégation à l’INRIA - Membre de l’équipe Bunraku - Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires IRISA/Rennes

  • Stéphane DONIKIAN : Chargé de recherche au CNRS, - Responsable de l’équipe Bunraku - Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires IRISA/Rennes

INTRODUCTION

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.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-h7002


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4. Conclusion

Ce dossier a présenté un aperçu de différents travaux de recherches et d’applications concernant le contrôle des mouvements et la spécification des comportements d’humains virtuels autonomes. Il s’agit d’un domaine de recherche très actif et fortement transdisciplinaire, ce qui en fait à la fois sa richesse et sa complexité. L’intégration de l’humain virtuel dans les applications de la réalité virtuelle est un besoin et un objectif de recherche à très court terme pour des domaines tels que la formation ou l’usine numérique.

Voir pour plus de détails  et les documents produits par l’Action spécifique du CNRS humain virtuel : vers un humain synthétique temps-réel aussi vrai que nature( http://www.irisa.fr/prive/donikian/AS).

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AHMAD (O.), CREMER (J.), HANSEN (S.), KEARNEY (J.), WILLEMSEN (P.) -   *  -  Hierarchical, concurrent state machines for behavior modeling and scenario control. In Conference on AI, Planning, Simulation in High Autonomy Systems (1994).

  • (2) - BADAWI (M.), DONIKIAN (S.) -   *  -  Autonomous agents interacting with their virtual environment through synoptic objects. In CASA’04, the Computer Animation and Social Agent Conference (2004).

  • (3) - BADLER (N.I.), PHILLIPS (C.B.), WEBBER (B.L.) -   Simulating Human,  -  Oxford University Press (1993).

  • (4) - BAERLOCHER (P.), BOULIC (R.) -   *  -  An inverse kinematic architecture enforcing on arbitrary number of strict priority levels. Visual Computer, 20(6), p. 402-417 (2004).

  • (5) - BARTNECK (C.) -   *  -  Integrating the occ model of emotions in embodied characters. In Workshop on Virtual Conversational Characters : Applications, Methods, Research Challenges (2002).

  • (6)...

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