Schéma fonctionnel de la simulation d’un humain virtuel

Nous partons du comportement le plus complexe qui soit, c’est-à-dire l’humain virtuel autonome. Nous détaillons alors les éléments nécessaires à son bon contrôle à partir de la description haut niveau d’un mouvement complexe (une description synthétique d’une tâche à accomplir, comme nous pourrions la donner à un humain réel).

Ex : Un responsable donne l’ordre d’accomplir une tâche de maintenance donnée. Le technicien déduit d’un ensemble de règles non exprimées explicitement et du contexte dans lequel il se trouve, que la première tâche à accomplir est d’aller chercher ses outils, de se placer ensuite devant le poste de travail... – Il faut disposer d’un langage de description des tâches complexes (on parle de langage de scénari-

sation, ou de langage comportemental [AB03], [AKM+02]).

– Comme sur l’exemple du technicien, un algorithme de décomposition du mouvement en mouvements plus simples est nécessaire. Cette décomposition est très complexe. Elle est conditionnée par le contexte dans lequel l’humain virtuel se trouve, la logique de la situation et également par un ensemble de règles non exprimées explicitement (ayant trait aux us et coutumes et à la culture de l’humain simulé). Nous appellerons cette étape la segmentation de mouvement, car c’est bien du passage d’un mouvement complexe à une succession de mouvements plus élémentaires dont il s’agit. – Une fois le mouvement segmenté, il faut le générer - tout en s’assurant que le chemin obtenu ne rentre pas en conflit avec l’environnement dans lequel notre humain évolue. Se dessine alors un module de génération de trajectoire / pathfinding qui nous permettra de générer des mouvements en respectant cette contrainte.

– Pour asservir un système réel le bon sens et la pratique nous amènent à introduire uneboucle de rétroaction dans le système par le biais d’un contrôleur. Ce contrôleur plus bas niveau permettra de s’assurer du respect de la consigne.

– Dans notre cas, cette rétroaction peut de nouveau être mise en oeuvre, à condition de remplacer le système réel par un bloc de simulation temps-réel de la physique de notre monde (qui se bornera au domaine de la dynamique dans notre cas d’étude).

Ces blocs deComportement/scénarisation, de Segmentation de mouvement, de Pathfinding, de Contrôle bas niveau et enfin de Simulation, peuvent être retrouvés dans la figure 1.26.

D’autres cas d’utilisation de l’humain virtuel nécessitent d’autres fonctionnalités. Pour ce qui est du travail collaboratif, l’opérateur spécifie la trajectoire désirée de l’objet manipulé par le groupe d’humains virtuels. Le bloc fonctionnel Travail collaboratif se charge ensuite de trouver le mouvement de chaque humain permettant d’y parvenir. Ce bloc apparaît dans la figure 1.26.

Nous souhaitons insister sur la distinction (déjà notée, mais de manière informelle) qui peut être faite sur le schéma 1.26 entre deux parties distinctes. Nous y trouvons :

– des couches basses qui permettront le contrôle et la simulation du mannequin

– et des couches de plus haut niveau qui permettront de piloter le mannequin de manière plus auto- matique, voir autonome.

Pour la gestion du contact (utile à l’interaction) et le pathfinding, l’agencement du monde dans lequel on évolue doit être connu, d’où la présence du bloc environnement. Enfin la sortie de l’animation est un rendu 3D (avec en plus, mise à disposition des données chiffrées de l’animation), comme indiqué sur le schéma 1.26.

Dans la section précédente, nous avons mis en valeur l’utilité de la capture de mouvement. Nous la retrouvons en entrée de notre architecture. Nous nous concentrons dans la suite de l’étude sur l’animation d’un seul humain virtuel, en interaction avec l’environnement - par le biais de capture de mouvement. Ceci nous permettra de tester les couches basses de notre architecture. Nous élargirons cependant ce cadre à d’autres méthodes de spécification des consignes, plus riches et apportant de premiers éléments

Fig.1.26 – Schéma fonctionnel global de l’architecture d’animation mise en place dans la thèse.

de réponse à l’autonomie de nos mannequins9

, dans le dernier chapitre du présent rapport.

Nous souhaitons insister sur le caractère temps-réel de notre application. Celui-ci permet de donner un retour visuel à l’acteur accomplissant sa tâche, alors qu’il est observé par le dispositif de capture de mouvement. Il pourra alors compenser d’éventuelles erreurs d’asservissement. Une boucle de rétroaction est ainsi mise en œuvre naturellement par l’acteur, par le biais de ce retour visuel sur le monde virtuel.

Partage du contrôle-commande des degrés de liberté

Nous mettrons en œuvre une technique à base de capture de mouvement pour spécifier les consignes du mannequin. Il pourrait sembler opportun d’acquérir la position de tous les membres de l’acteur et de les appliquer tel quel sur le squelette de l’humain virtuel. Cette technique directe n’est envisageable que dans des cas simples. Dans le cas général, nous devons prendre en compte le fait que le monde réel et sa contrepartie simulée peuvent être différents. Nous devons principalement prendre en compte des différences morphologiques et des différences d’environnement :

– l’acteur observé et l’humain virtuel peuvent avoir des dimensions et même des proportions diffé- rentes. Si les positions désirées sont appliquées directement aux membres de l’humain virtuel, les mouvements du squelette ne correspondent pas à ce qui est attendu d’eux : limites articulaires dépassées, équilibre de l’humain virtuel non respecté...

– l’environnement dans lequel évolue l’humain virtuel est différent de l’environnement dans lequel évolue l’acteur. Puisque l’intérêt est de simuler un prototype qui n’a pas d’équivalent physique, l’environnement de l’acteur sera libre, alors que celui du mannequin sera encombré par la maquette à tester. L’acteur peut donc se placer dans des positions qui ne sont pas atteignables par le mannequin. Si aucune contrainte n’est imposée, le mannequin va pénétrer son environnement : ce comportement n’est pas réaliste.

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Nos mannequins ne seront pas autonomes à proprement parler, mais nous augmenterons sensiblement le degré d’auto- matisation des méthodes, pour diminuer la charge de travail de l’opérateur.

1.4 Mise en place des prémices d’une architecture 39

Les mouvements de l’acteur doivent donc être modifiés de manière à prendre en compte ces contraintes. Ainsi, une partie du mouvement du mannequin virtuel sera dictée par les données de la capture de mouvement et une seconde partie sera calculée de manière automatique, en considérant les différences de morphologie et d’environnement. Il y a donc un véritable compromis à trouver entre capture de mouvement complète et autonomie complète qui permet d’accomplir les mouvements désirés en prenant en compte les différences exprimées ci-avant.

Le premier des problèmes, portant sur les différences morphologiques est en partie résolu par les méthodes deretargetting, décrites en 1.2.1.3. Le choix qui doit être effectué entre priorité à la conservation de l’attitude et priorité à la conservation des contraintes (voir 1.2.1.3), nous est dicté par la finalité de notre application. Notre problématique portant sur l’interaction avec la maquette. La position des objets que nous souhaitons manipuler est imposée par la maquette. Aussi la méthode deretargetting choisie est de conserver les positions des membres servant à l’interaction (mains et pieds notamment), c’est-à-dire les contraintes.

Ce partage du contrôle des degrés de liberté trouve un autre intérêt, en ce sens qu’il permet d’apporter une assistance à l’opérateur. On peut l’imaginer sous forme de coordination des mouvements, de guidage... La finalité de l’approche étant de contrôler l’humain virtuel de la manière la plus simple et la plus efficace qui soit, en automatisant ce qui peut l’être tout en laissant des possibilités de commande à l’opérateur.

La gestion de ce partage du contrôle-commande des degrés de liberté sera l’objet de notre étude.