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Habilitation
à Diriger des recherches
Franck
Multon
Irisa
- 8 décembre 2006
 Analyse,
modélisation et simulation du mouvement humain
Franck Multon
L'exposé [50:36]
 vidéo
; audio
seul ; 
transparents
(pdf) ;  animation1
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3
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(le numéro correspond à leur ordre d'apparition
dans la vidéo)
Les questions du jury [40:32]
vidéo
; audio
seul
Résumé
:
Comprendre
le mouvement humain mobilise des chercheurs de nombreuses disciplines
scientifiques : physiologie, biomécanique, neurosciences comportementales,
anatomie fonctionnelle, les sciences du sport... Mes travaux s'inscrivent
donc dans une démarche pluridisciplinaire d'analyse/synthèse
du mouvement humain. Pour mener à bien cette démarche,
une première tâche consiste à modéliser et
à simuler le système moteur ainsi qu'un ensemble d'hypothèses.
L'objectif est de disposer d'une représentation numérique
du problème. Les mouvements simulés doivent ensuite être
confrontés à des données expérimentales
pour valider à la fois les hypothèses, le modèle
et la méthode de simulation. Mon travail s'organise en trois
principales contributions qui entrent dans cette approche d'analyse/synthèse.
La première
contribution concerne le développement de nouvelles méthodes
de modélisation et de simulation de mouvements permettant de
tester des connaissances issues des sciences expérimentales.
La méthode doit aussi être capable de calculer très
rapidement des mouvements afin d'intégrer les personnages simulés
dans des environnements interactifs, comme en réalité
virtuelle, par exemple. Pour modéliser et simuler un mouvement
naturel, il faut être capable de gérer des contraintes
cinématiques (pour tenir compte de la géométrie
de son environnement), cinétiques (pour gérer la répartition
de ses masses dans l'espace), dynamiques (les lois de la mécanique
s'appliquent évidemment aussi) et d'autres que nous regrouperons
sous le terme de " style " (lié à des aspects
psychologiques, sociologiques…). Nous avons proposé une
nouvelle représentation du mouvement humain qui simplifie grandement
la résolution de contraintes cinématiques et cinétiques
à partir d'un mouvement initial (issu d'un système de
mesures ou conçu manuellement). L'hypothèse est que les
mouvements mesurés vérifient intrinsèquement la
plupart des contraintes citées précédemment. Il
est ensuite possible d'ajouter ou de modifier certaines de ces contraintes
pour simuler l'adaptation du système moteur à de nouvelles
situations.
La deuxième
contribution concerne la définition d'un protocole de validation
des mouvements simulés. C'est un problème difficile car
le mouvement humain implique un grand nombre de degrés de liberté
et de pas de temps, ce qui conduit à un espace de dimension énorme.
Comment ramener cela à une valeur unique de distance ? Les méthodes
classiques utilisent des erreurs moyennes, des corrélations ou
des correspondances temporelles entre courbes. Cependant, ces valeurs
quantifiables ne reflètent pas toujours le réalisme des
mouvements simulés si on demande à des sujets d'en juger
la qualité. En réalité virtuelle, plusieurs travaux
cherchent à évaluer la sensation d'être présent
dans un environnement simulé. Nous avons donc proposé
de juger du réalisme du mouvement en faisant interagir des sujets
réels avec des entités simulées. Ces travaux ont
été menés dans le cadre particulier du duel gardien-tireur
mais pourraient être étendus à un cas plus général.
La troisième
contribution concerne une étude transversale de la locomotion
bipède via une approche de type analyse/synthèse. L'objectif
de ce travail est de déduire complètement un mouvement
de locomotion à partir d'un ensemble de données anatomiques
et d'hypothèses générales issues de la biomécanique
et des neurosciences. Une application évidente concerne la cherche
de locomotions possibles pour des espèces fossiles. Fondamentalement,
le problème revient à gérer un espace très
important de postures possibles à chaque pas de temps et à
en extraire une séquence qui soit comparable à ce qu'une
créature réelle aurait naturellement produit. Nos travaux
ont donc abouti à un une plate-forme de tests d'hypothèses
locomotrices (minimisation d'énergie, de la dérivée
de l'accélération, de la distance à une posture
de référence…). L'entrée principale de cette
plate-forme est la description de l'anatomie de la créature et
une série d'empreintes à suivre.
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