Proposition d’une architecture pour le bas niveau

En 1.4.1, nous avons proposé de mettre en oeuvre un bloc desimulation et une boucle de rétroaction par le biais d’un bloc contrôleur. Nous pouvons maintenant raffiner quelque peu cette architecture. Le besoin en terme d’interaction avec l’environnement, évoqué en 1.3, influencera le choix des modèles implémentés, plus que l’architecture en elle-même.

Simulation

D’un point de vue de la simulation, le comportement physique est donné sous la forme d’une équation différentielle signifiée par un bloc physique (Φ). Il convient d’intégrer cette équation différentielle, nous ajouterons donc un bloc d’intégration à l’architecture (R).

Contrôleur

Nous avons vu que les facteurs influent le mouvement peuvent être groupés en 3 catégories :

– le contrôle de la tâche dans l’espace opérationnel, permettant à un repère de contrôle d’atteindre une position de consigne

1.4 Mise en place des prémices d’une architecture 43

– le contrôle d’une tâche interne, gérant les degrés de liberté restants

– le respect des contraintes, de manière à obtenir des mouvements physiquement et biomécaniquement corrects

Ces trois types de contrôle constituent le cœur du contrôle bas niveau. Nous les étayerons d’un bloc de guides virtuels visant à aider l’acteur immergé dans la capture de mouvement à faire réaliser les mouvements désirés au mannequin.

Nous voyons poindre ici, les prémices d’une architecture pour la simulation et le contrôle d’un humain virtuel. Nous y trouverons :

– un bloc de simulation temps-réel comportant : – un étage de physique

– un étaged’intégration

– un étage de résolution de contraintes

– un bloc de contrôle de l’humain virtuel comportant : – un étage de contrôle de la tâche

– un étage de contrôle interne – un étage de contrôle de l’équilibre – un étage de guidage

Cette architecture simplifiée, dont nous voyons un schéma de principe figure 1.31, sera détaillée en 2.2 et 3.

Fig.1.31 – Schéma de principe du bas niveau (notre centre d’intérêt pour cette thèse) de l’architecture d’animation.

L’architecture proposée, que nous avons introduite dans [RMM+_{05b], est innovante dans le domaine}

de la réalité virtuelle et a été empruntée au domaine de la robotique.

un environnement complexe par le biais de forces d’interaction - c’est là un des principaux intérêts du travail effectué. L’architecture est modulaire d’un point de vue fonctionnel, comme on peut le voir figure 1.31, mais également du point de vue de la stabilité (c’est-à-dire que grâce à la propriété de passivité décrite en 2.1,l’ajout d’une fonctionnalité ne perturbe pas la stabilité du système). Le système développé a également permis de formaliser (pour la première fois à notre connaissance) une architecture de système d’animation mettant en oeuvre un simulateur temps-réel pour l’animation d’humains virtuels. Le schéma traditionnel système + contrôleur est ici remplacé par un schéma simulateur + contrôleur. Notons de surcroît que s’il n’est pas implémenté à l’heure actuelle, le système permet naturellement decoupler un dispositif haptique (dispositif à retour d’effort) au mannequin.

– Lorsque plusieurs repères sont contrôlés sur un humain virtuel (ex : les repères associés à chaque main), leur consigne peut être conflictuelle (ex : le mannequin ne peut pas atteindre la consigne donnée sur la main droite et celle donnée sur la main gauche simultanément) - voir 2.2.2. Pour gérer ce type de situations, des travaux récents issus de la littérature proposent de donner une priorité à chaque repère contrôlé. L’outil mathématique pour les faire appliquer est basé sur des projecteurs. Dans cette thèse il est mis en évidence que des problèmes peuvent survenir à l’utilisation de ces projecteurs si on n’y porte pas une attention soutenue(les détails sont donnés en 2.2.2.2). Nous montrons en effet quela passivité n’est pas assurée dans le cas général lors de l’utilisation de projecteurs dans un contrôleur.

– Face à cette constatation de la perte de passivité lors de l’utilisation de projecteurs (dans le cas général), il nous est apparu intéressant de caractériser un sous-ensemble de projections passives. Nous proposons donc une méthodologie de construction de projecteurs passifs, emprun- tée au domaine de la télémanipulation. Cette approche nous permet d’augmenter la robustesse du système. Les projecteurs passifs ainsi créés, sont basés sur une analogie avec des mécanismes (les mêmes que ceux qui sont simulés), pour cette raison, on les appelle des mécanismes virtuels(voir 2.2.2.2). Ces mécanismes virtuels permettent d’aider l’opérateur à animer le mannequin, en auto- matisant, ou contraignant certains degrés de liberté du mannequin, ils feront donc office deguides de mouvement.

– Les mouvements de l’humain virtuel produits par une système d’animation brut, ne sont pas contraints à être équilibrés (c’est-à-dire que dans le cas général ils ne le sont pas). C’est-à-dire que les mouvements issus d’un système d’animation ne sont pas forcément reproductibles par un humain réel (voir 1.4.2). Pour s’assurer que les mouvements produits par le système d’animation soient équilibrés, nous avons développé uncontrôleur d’équilibre. Lorsque les mouvements pro- duits par le système sont jugés déséquilibrés, le contrôleur d’équilibre les corrige. Plusieurs versions sont proposées. La première ne prend en compte que les cas où les contacts de l’humain virtuel avec l’environnement sont coplanaires (formulation donnée en 3.3.2.1). Nous avons alors étendu ce contrôleur aux cas des contacts non-coplanaires frottants (comme c’est souvent le cas) dans une formulation originale, sous la forme d’un problème d’optimisation (détaillé dans 3.3.2.2). – Dans les contributions qui précédent, nous avons introduit différentsmodes de commande :

– un mode de commande normal, oulibre, qui correspond à un repère de contrôle non contraint – un mode de commande contraint, qui correspond aux guides de mouvements apportés par les