Simulation de foule et expérimentations pour l’évaluation de la navigation de robots dans des lieux publics

Crowd simulation and experiments for the evaluation of robot navigation in public places

• Auteur / Autrice : Fabien Grzeskowiak
• Direction : Julien Pettré, Marie Babel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 08/06/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Rennes, Bretagne-Atlantique) - RAINBOW
• Jury : Président / Présidente : Éric Marchand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tom Carlson
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne-Marie Spalanzani, Philippe Souères

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réalité virtuelle

Robots mobiles

Simulation par ordinateur

Foules

Mots clés libres

Simulation

Robotique mobile

Foule

Réalité virtuelle

Interaction robot-Foule

Simulation

Mobile robotics

Crowd

Virtual reality

Crowd-Robot interaction

Résumé

Les robots mobiles investissent de plus en plus la place publique. Cela nécessite des outils de développement et d’évaluation adaptés au problème de la navigation de robots mobiles dans la foule. Notre approche du problème consiste à utiliser la simulation : nous avons créé le premier outil dédié à la robotique simulant une foule pouvant montrer des comportement très variés. Notre méthode de simulation de foule s’appuie sur un principe unificateur permettant d’imiter des algorithmes différents et de créer des algorithmes de simulation de foule hybride. Nous avons ensuite imaginé des métriques pour évaluer la capacité des robots mobiles à naviguer sans risque et de manière efficace dans une foule dense. Le simulateur de foule et les métriques ont été fusionnées avec un simulateur de robot pour créer un banc d’essai créant ainsi un outil innovant à la communauté. La simulation peut cependant souffrir d’un manque de réalisme. En particulier lors d’une interaction proche entre humain et robot, les algorithmes de foule peuvent se comporter de façon aberrante. Nous avons donc imaginé un outil de réalité virtuelle permettant de plonger un humain et un robot dans la simulation, conservant ainsi le réalisme de l’interaction tout en virtualisant les collisions. Nous avons ensuite mené une expérience mettant en pratique cette idée. Nous avons ensuite cherché à améliorer l’immersion de nos participants dans la simulation en ajoutant des dispositifs de retour haptique, et avons montré l’intérêt de tels outils à travers une expérience consistant à faire naviguer des participants dans une foule dense simulée. Nous avons également participé au développement d’une plateforme mécanique permettant la simulation d’un fauteuil roulant électrique grâce à une synchronisation des retours visuels, haptiques et vestibulaires. En conclusion, nous avons imaginé et implémenté les outils permettant l’évaluation en simulation de systèmes robotiques naviguant dans la foule et nous avons montré que l’usage de la réalité virtuelle s’avère judicieux pour l’étude d’interactions proches.

Mobile robots are increasingly taking over the public square. This requires development and evaluation tools adapted to the problem of navigating mobile robots in a crowd. Our approach to the problem is to use simulation: we have created the first tool dedicated to robotics that simulates a crowd that can show a wide range of behaviors. Our crowd simulation method is based on a unifying principle that allows us to mimic different algorithms and to create hybrid crowd simulation algorithms. We then devised metrics to evaluate the ability of mobile robots to safely and efficiently navigate through a dense crowd. The crowd simulator and metrics were merged with a robot simulator to create a test bed creating an innovative tool for the community. The simulation may however suffer from a lack of realism. In particular, during close human-robot interaction, crowd-sourced algorithms can behave in aberrant ways. We therefore imagined a virtual reality tool that allows to immerse a human and a robot in the simulation, thus preserving the realism of the interaction while virtualizing the collisions. We then conducted an experiment to put this idea into practice. We then sought to improve the immersion of our participants in the simulation by adding haptic feedback devices, and showed the interest of such tools through an experiment consisting in making participants navigate in a dense simulated crowd. We also participated to the development of a mechanical platform allowing the simulation of an electric wheelchair thanks to a synchronization of visual, haptic and vestibular feedbacks. In conclusion, we have designed and implemented tools allowing the evaluation of robotic systems navigating in a crowd and we have shown that the use of virtual reality is judicious for the study of close interactions.