Virtual character : dynamic controller coupling multi-objective dynamic control and captured motions

• Auteur / Autrice : Mingxing Liu
• Direction : Alain Micaelli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique - Robotique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Posture

Systèmes homme-machine

Robots -- Mouvements

Résumé

Un grand défi pour les personnages virtuels est de pouvoir interagir avec des opérateurs humains en effectuant des tâches dans des environnements virtuels physiquement réalistes. Cette thèse s'intéresse particulièrement à l'interaction avec des opérateurs faiblement immergés, c'est-à-dire avec des opérateurs disposant du minimum d'équipement nécessaire à l'interaction, par exemple, une simple capture de mouvement des mains. Cela implique de doter le personnage virtuel de la capacité d'ajuster ses postures de manière autonome, d'accomplir les tâches requises par l'opérateur en temps réel en tâchant de suivre au mieux ses mouvements, tout en gérant de manière autonome les multiples contraintes dues aux interactions avec l'environnement virtuel. Cette thèse présente un système de contrôle hybride original qui permet de réaliser un personnage virtuel interactif avec certains niveaux de l'autonomie. Une approche d'optimisation de posture est proposée, permettant au personnage virtuel de chercher des postures optimales et robustes. Un cadre de contrôle multi-objectif est développé, pouvant gérer plusieurs objectifs de tâches et de multiples contacts. Il permet au personnage d'effectuer les tâches de suivi de mouvement et les tâches de manipulation d'objets dans un environnement virtuel physiquement réaliste, tout en interagissant avec un opérateur en temps réel. Une méthode de type ''wrench-bound'' est développée. Il s'agit d'une nouvelle approche de contrôle hiérarchisé comportant différents niveaux de priorité, permettant d'imposer des contraintes d'inégalité sur la tâche de haute priorité, tout en assurant la passivité du système pour garantir la stabilité des opérations.

A great challenge for interactive virtual characters is to be able to interact with human operators by performing tasks in physics-based virtual environments. This dissertation is particularly interested in the interaction with operators who are slightly immersed, that is to say, with operators having the minimum equipment necessary for the interaction, for example, a simple motion capture of the hands. This involves endowing the virtual character with the ability to adjust its postures autonomously, and to accomplish tasks required by operators in real time by trying to follow their motions as best as it can, while autonomously handling multiple constraints due to interactions with virtual environments. In this dissertation, we present an original hybrid control system that allows us to realize an interactive virtual character with certain levels of autonomy. We propose a posture optimization approach, which allows the virtual character to search for optimal and robust postures, including contact positions, before performing a given manipulation task. We develop a multi-objective control framework, which can handle multiple task objectives and multiple unilateral and bilateral contacts with or without friction. It allows the character to perform motion tracking and object manipulation tasks in a physics-based virtual environment, while interacting with an operator in real-time. We develop a wrench-bound method. It is a novel prioritized control, which allows inequality constraints on the higher-priority task, and can ensure the passivity of the system to guarantee stable operations.