Simulation de foule dense par modélisation dynamique

Publié le
Equipe
Date de début de thèse (si connue)
Démarrage de la thèse prévu au 1/9/2022
Lieu
Rennes
Unité de recherche
IRISA - UMR 6074
Description du sujet de la thèse

Cette proposition de thèse prend pour cadre le projet Européen H2020 CrowdDNA coordonné par Julien Pettré et explore une direction complémentaire aux activités financés par le projet. Le projet porte sur l’analyse de mouvements de foule dense en vue de fournir des technologies d’assistance à la gestion opérationnelle d’événements de masse. Un des axes clefs du projet est de disposer de jeux de données qui recoupent les liens entre les caractéristiques observables du mouvement d’une foule (e.g. déplacements) et les caractéristiques des interactions physiques entre individus, telles que l’échanges de forces de poussées intenses entre individus. L’objectif est de détecter des niveaux dangereux de ces interactions au vu du comportement de la foule.

Alors que le projet repose sur l’acquisition de données réelles à ce sujet (i.e. mesurées expérimentalement sur des participants), nous voyons un intérêt à compléter ces expériences par la création de jeux de données synthétiques obtenues par simulation. Cela nécessite la conception d’un simulateur de foule dense (i.e., où les individus échangent des contacts et des poussées). Alors que les simulateurs existants se limitent souvent aux interactions sociales (distantes) et utilisent des modèles géométriques simpliste des individus (e.g. disques sur une surface plane), une volonté forte de ce sujet consiste à élaborer la simulation en utilisant des représentations détaillées des individus allant jusqu’à la représentation des membres.

L’objectif principal de cette thèse est de mettre en place la simulation nécessaire à la production de ces données et à en valider les résultats. L’approche principale consiste à réaliser une simulation dynamique d’humains virtuels qui visent à préserver leur équilibre tout en échangeant des interactions physiques (contact, poussées, ou applications de forces externes à un groupe d’humains virtuels). La difficulté principale de cette thèse concerne la simulation dynamique de plusieurs humains virtuels en interaction (première mondiale), ainsi que le calibrage du simulateur qui présente un nombre de paramètres vaste, tout en disposant de peu de données existantes à ce jour sur ces phénomènes. L’opportunité de ce sujet repose sur l’existence du projet CrowdDNA, qui sera une source d’obtention de ces données (la nature des données CrowdDNA mixant mouvement corps complet et déplacement de foule est une première mondiale).

Le candidat bénéficiera du cadre du projet qui lui permettra de disposer des données réelles utiles au calibrage et à la validation de la simulation, ainsi que d’un cadre applicatif pour l’utilisation des résultats de simulation à des fins de modélisation et d’analyse de mouvements de foule.

Les différentes étapes de la thèse sont les suivantes :

  1. Développement du simulateur : cela consiste à mettre en place les différents éléments nécessaires à la simulation, tels que la modélisation dynamique des humains virtuels (sous la forme d’un modèle poly-articulé de corps rigides), le moteur de simulation dynamique, l’asservissement des articulations du personnages pour permettre des tâches telles que le contrôle postural ou le maintien de l’équilibre, la simulation comportementale qui régit les réactions des humains virtuels à des phénomènes de poussée. Une difficulté de cette étape concernera la recherche des paramètres de simulation qui permettent, techniquement, l’obtention d’une simulation stable et subjectivement satisfaisante.
  2. Le calibrage et l’évaluation des modèles de comportement et de l’asservissement des articulations des humains virtuels sur la base de données expérimentales produites par l’équipe VirtUs dîtes de « push-recovery » où le mouvement de participants en réponse à des forces de poussées connues est mesuré.
  3. Le calibrage et l’évaluation des résultats de simulation de foule (plusieurs humains virtuels en interaction physique, éventuellement soumis à l’application de forces extérieures). Cette évaluation est faite sur la base de données réelles de foule acquise par les partenaires du projet CrowdDNA, qui comprennent données de déplacement de foule (tracking de la tête des participants) avec une observation partielle du mouvements corps complet (portion des participants équipés de combinaisons de capture de mouvement).

Il y a trois aspects à ce sujet : la simulation dynamique d’humains virtuels, le calibrage du simulateur, entre autres sur la base de données réelles de petite échelle (mais aussi sur des critères objectifs tel que la stabilité numérique), et enfin la validation des résultats sur la base de données réelles de grande échelle (e.g. obtention de comportements émergents de foule). Ces trois aspects sont couverts par les 3 encadrants envisagés pour cette thèse : Charles Pontonnier (IRISA), Michiel van de Panne (UBC) et Julien Pettré (IRISA)

Bibliographie

Van Toll, W., & Pettré, J. (2021, May). Algorithms for Microscopic Crowd Simulation: Advancements in the 2010s. In Computer Graphics Forum (Vol. 40, No. 2, pp. 731-754).

Tonneau, S., Mansard, N., Park, C., Manocha, D., Multon, F., & Pettré, J. (2018). A reachability-based planner for sequences of acyclic contacts in cluttered environments. In Robotics Research (pp. 287-303). Springer, Cham.

Cruz Ruiz, A. L., Pontonnier, C., Levy, J., & Dumont, G. (2017). A synergy‐based control solution for overactuated characters: Application to throwing. Computer Animation and Virtual Worlds, 28(6), e1743.

Yin, K., Loken, K., & Van de Panne, M. (2007). Simbicon: Simple biped locomotion control. ACM Transactions on Graphics (TOG), 26(3), 105-es.

Liste des encadrants et encadrantes de thèse

Nom, Prénom
PETTRE, Julien
Type d'encadrement
Directeur.trice de thèse
Unité de recherche
IRISA
Equipe

Nom, Prénom
PONTONNIER, Charles
Type d'encadrement
2e co-directeur.trice (facultatif)
Unité de recherche
IRISA
Equipe
Contact·s
Nom
PETTRE, Julien
Email
julien.pettre@inria.fr
Téléphone
0299842236
Nom
PONTONNIER, Charles
Email
charles.pontonnier@irisa.fr
Téléphone
0299842574
Mots-clés
simulation de foule, simulation dynamique