Le problème des limitations angulaires

3.3.3.3.

3.3. Le problème des limitations angulairesLe problème des limitations angulairesLe problème des limitations angulaires Le problème des limitations angulaires

Le manque de réalisme et de naturel de la génération automatique est issu comme nous l’avons dit précédemment d’une approche géométrique de la synthèse. Ajoutons à cela que cette synthèse n’est pas pilotée par un enregistrement réel à l’origine (comme le serait la MoCap ou la rotoscopie). Il est donc tout à fait possible au signeur virtuel de réaliser des mouvements qu’un humain ne pourrait pas faire. C'est-à-dire qu’en l’absence d’informations anatomiques, la hiérarchie articulée des os du squelette ne suit aucune règle. Le signeur virtuel peut donc se « casser une articulation » pour atteindre une posture demandée (cf. Figure 9). L’apport de modèles anatomiques permet d’estomper voir de supprimer ces effets

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http://atilf.atilf.fr/tlf.htm

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3.3- Le problème des limitations angulaires

-36-en créant des limites articulatoires. La nature de ces limitations varie selon la représ-36-entation utilisée et le niveau de granularité souhaité. Elles peuvent être statiques : un simple ROM qui n’évoluera pas dans le temps ; ou dynamiques : les valeurs des ROM de l’articulation sont interdépendantes et évoluent en fonction de la valeur des angles des autres degrés de liberté.

Les ROM suffisent à limiter le mouvement des articulations dont le comportement est le plus aisément modélisable telles que le coude ou les articulations de la colonne vertébrale. Cependant les complexes articulatoires tels que ceux de l’épaule ou de la main requièrent une modélisation plus fine si l'on veut obtenir des résultats de génération plus réalistes et plus précis.

Figure 9 Posture impossible prise par la main du squelette.

3.3.1. Limitations articulatoires de la main

La modélisation des mains bute généralement sur deux problèmes principaux : la modélisation de l’opposabilité du pouce et celle de l’interdépendance des doigts.

Le premier, lié à la complexité des articulations du complexe carpo-métacarpien¹¹ n’est pas modélisable en termes d’articulations simples à trois degrés de liberté. Les résultats d’une modélisation simple (Losson 2000) n’apportent que peu de satisfaction quant à la crédibilité des configurations générées. (Chang et al. 2008) et (Hollister et al. 1992) donnent des pistes de recherche sur la modélisation de l’axe de rotation permettant l’opposabilité du

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Chapitre I : Contexte et élaboration de la problématique

pouce. Cependant, ces méthodes développées pour la création de modèles anatomiques et parfois informatiques de la main mènent généralement à des modèles dont la complexité coûte particulièrement cher en temps de calcul. Leur utilisation dans le domaine de l simulation médicale ne semble néanmoins pas justifier une réelle pertinence en termes d’animation (comme indiqué en section

algorithmes de génération à résoudre des problèmes de complexité très élevée pour une plus-value moindre. (Van Nierop et al. 2007)

résultats semblent prometteurs pour l’animation. Malheureusement à des configurations simples de la main

complexes telles que la lettre [T] (

une approche différente pour la définition interactive de configurations de la main d’un modèle paramétrique du pouce.

au dessus du niveau des os, contrôlant la con paramètres tels que la « flexion de l’index

ce modèle peut être envisagé pour une automatisation ultérieure permettant une utilisation au sein de méthodes de génération automatique.

Figure

L’interdépendance des doigts est un problème désormais connu et bien couvert par la littérature. Il est dit que les

Considérons par exemple la flexion de l’index

nécessairement une limitation de l’extension des phalanges intermédiaires et distales. La très forte interdépendance des doigts rend la modélisatio

nombreuses forces en action et la complexité des systèmes dynamiques à résoudre. Tout comme l’opposabilité du pouce, les modèles les plus complexes tels que présentés par

et al. 2005) proposent des solutions

1995) présentent quant à eux des systèmes d’équations simples permettant une limitation dynamique des ROM de la main.

I : Contexte et élaboration de la problématique

ouce. Cependant, ces méthodes développées pour la création de modèles anatomiques et parfois informatiques de la main mènent généralement à des modèles dont la complexité coûte particulièrement cher en temps de calcul. Leur utilisation dans le domaine de l simulation médicale ne semble néanmoins pas justifier une réelle pertinence en termes d’animation (comme indiqué en section 2.3). Une modélisation trop complexe

algorithmes de génération à résoudre des problèmes de complexité très élevée pour une (Van Nierop et al. 2007) présente un modèle de main naturelle dont les résultats semblent prometteurs pour l’animation. Malheureusement, le système

à des configurations simples de la main, ne permet pas la génération de configuratio complexes telles que la lettre [T] (cf. Figure 10). En marge, (McDonald et al. 2001)

une approche différente pour la définition interactive de configurations de la main

d’un modèle paramétrique du pouce. Cette approche modélise la main par une surcouche au dessus du niveau des os, contrôlant la configuration de la main grâce à un ensemble de flexion de l’index ». Elle nécessite l’intervention d’un humain, mais ce modèle peut être envisagé pour une automatisation ultérieure permettant une utilisation

nération automatique.

Figure 10 Lettre [T] de l’alphabet dactylologique.

L’interdépendance des doigts est un problème désormais connu et bien couvert par la littérature. Il est dit que les ROM de certains degrés de liberté des do

Considérons par exemple la flexion de l’index : la flexion d’une phalange proximale entraine nécessairement une limitation de l’extension des phalanges intermédiaires et distales. La très forte interdépendance des doigts rend la modélisation fine de la main difficile de par les nombreuses forces en action et la complexité des systèmes dynamiques à résoudre. Tout comme l’opposabilité du pouce, les modèles les plus complexes tels que présentés par

proposent des solutions efficaces mais coûteuses. (Losson 2000)

nt quant à eux des systèmes d’équations simples permettant une limitation de la main.

ouce. Cependant, ces méthodes développées pour la création de modèles anatomiques et parfois informatiques de la main mènent généralement à des modèles dont la complexité coûte particulièrement cher en temps de calcul. Leur utilisation dans le domaine de la simulation médicale ne semble néanmoins pas justifier une réelle pertinence en termes ). Une modélisation trop complexe amène les algorithmes de génération à résoudre des problèmes de complexité très élevée pour une présente un modèle de main naturelle dont les le système, se bornant la génération de configurations cDonald et al. 2001) présente une approche différente pour la définition interactive de configurations de la main à partir Cette approche modélise la main par une surcouche figuration de la main grâce à un ensemble de n d’un humain, mais ce modèle peut être envisagé pour une automatisation ultérieure permettant une utilisation

L’interdépendance des doigts est un problème désormais connu et bien couvert par la de certains degrés de liberté des doigts covarient. : la flexion d’une phalange proximale entraine nécessairement une limitation de l’extension des phalanges intermédiaires et distales. La n fine de la main difficile de par les nombreuses forces en action et la complexité des systèmes dynamiques à résoudre. Tout comme l’opposabilité du pouce, les modèles les plus complexes tels que présentés par(Tsang (Losson 2000) et (Lee et al. nt quant à eux des systèmes d’équations simples permettant une limitation

3.3- Le problème des limitations angulaires

-38-3.3.2. Limitations articulatoires de l’épaule

La modélisation de l’épaule pose les mêmes problèmes que ceux de la main. L’épaule est le siège de mouvements complexes qu’une simple combinaison de six rotations (trois pour la clavicule, trois pour l’épaule) ne suffit pas à modéliser. Du fait de sa géométrie et de son fonctionnement, les modèles biomécaniques de l’épaule se contentent généralement de décrire certaines mécanismes spécifiques tels que l’articulation gléno-humérale (Wuelker et al. 1995), la réponse des articulations de l’épaule aux charges (Niemi et al. 1996) ou encore la force des articulations lors de mouvements sur le plan scapulaire (Makhsous et al. 1999).

Certains modèles cinématiques développés pour l’animation permettent la simulation simplifiée de l’épaule. (Klopcar et al. 2007) propose un modèle cinématique à six degrés de liberté simulant le comportement général de l’articulation scapulo-humérale afin d’évaluer la portée du bras humain. (Badler et al. 1999) dans son livre « Simulating Humans » consacre une section entière à la modélisation de l’épaule humaine et aux dépendances angulaires entre la clavicule et l’épaule. Il n’existe pas à notre connaissance de modèles d’animation permettant une simulation précise de tous les mouvements de l’épaule. Cette absence est globalement due à la très forte interdépendance des degrés de liberté de l’épaule. La modélisation du complexe de l’épaule par un système standard à six degrés de liberté nécessite une adaptation dynamique des ROM. Les limitations en jeu n’ont pas été formalisées à l’heure actuelle et ne sont donc pas intégrables à un modèle de l’épaule, contraignant la synthèse automatique de langue des signes à reposer sur des modèles à la complexité trop élevée ou trop simplifiés.

3.3.3. Limitations articulatoires du coude et de la colonne vertébrale

Les limitations d’articulations « simples » (par comparaison avec les articulations de la main et de l’épaule) sont décrites exhaustivement dans la littérature. Bien qu’encore une fois, il y ait une très forte variabilité entre les individus, des valeurs moyennes ont été extrapolées de bases de données d’anthropométrie comme indiqué en section 3.2. Pour ces articulations plus triviales de simples ROM suffisent à présenter un comportement suffisamment précis pour générer des animations en langue des signes.

Toutes ces limitations laissent tout de même une marge de manœuvre aux algorithmes de génération leur permettant d’exploiter toutes les postures possibles dans ces intervalles. Il convient de créer un lien encore plus fort entre les algorithmes de génération et les

Chapitre I : Contexte et élaboration de la problématique

modèles anatomiques de façon à ce que l’ensemble des « postures possibles » se transforme en ensemble des « postures probables »¹².