Algorithmes de navigation basés sur des flux optiques pour les personnages virtuels

Optical flow-based navigation algorithms for virtual characters

• Auteur / Autrice : Axel López
• Direction : Julien Pettré, François Chaumette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - RAINBOW

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Perception visuelle

Réalité virtuelle

Mots clés libres

Animation

Pilotage de personnage

Flux optique

Animation

Character steering

Optical flow

Résumé

La simulation de vrais humains dans un environnement virtuel est un problème ouvert avec de nombreuses applications, dès l'industrie du divertissement à la sécurité dans la planification architecturale. Les humains constituent un système visuel complexe capable de naviguer dans des environnements très dynamiques. Cette thèse tente de reproduire le comportement humain en imitant le système visuel humain. Nous avons conçu un modèle d'agent capable de percevoir des informations visuelles et d'en définir un modèle de contrôle. En particulier, nous nous concentrons sur l'utilisation du flux optique c'est-à-dire le mouvement apparent des objets. Deux boucles de contrôle sont proposées, la première fonctionne avec un flux optique synthétique. C'est une approximation disponible dans les simulations virtuelles qui permet à nos agents de percevoir cette flux avec une grande précision. Le deuxième boucle de contrôle calcule le flux optique à partir d’une séquence d’images couleur. Cela reproduit mieux le système de perception humaine mais le flux résultant perd en précision. Une nouvelle caractéristique de la dernière boucle de régulation est la possibilité de réagir à différentes conditions d'éclairage. Enfin, nous évaluons notre modèle en testant nos agents dans de nombreux scénarios avec des environnements statiques et dynamiques.

Simulation of real humans in virtual environment is an open problem with many applications, from the entertaining industry to safety in architectural planning. Humans poses a complex visual system capable of navigation in highly dynamic environments. This thesis attempts to reproduce human behavior by imitating the human visual system. We designed an agent model capable of perceiving visual information and define a control model from it. In particular, we focus on the usage of optical flow, in other words, the apparent motion of objects. Two control loops are proposed, the first one operates with synthetic optical flow. It is an approximation available in virtual simulations that allows our agents to perceive this map with high precision. The second control loop computes optical flow from a sequence of color images using a numerical solver. This reproduces better the human perception system but the resulting flow loses accuracy. A novel characteristic of the latest control loop is the possibility of reacting to different lighting conditions. Finally, we evaluate our model by testing our agents in many scenarios with static and dynamic environments.