Réalité virtuelle, réalité augmentée

Créer des simulations immersives peuplées

Date:
Mis à jour le 02/05/2022
Nous immerger au
 milieu d'humains
 virtuels qui vaquent à
 leurs occupations 
habituelles pour ensuite 
étudier notre
 comportement dans ces
 scènes : telle est la
 vocation de VirtUS, une future équipe de
 recherche au centre 
Inria Rennes – Bretagne 
Atlantique.
Les
 scientifiques feront une
 démonstration de leur
 simulateur lors du
 salon Laval Virtual, du 
12 au 14 avril 2022.
Homme marchant dans une foule virtuelle
© Inria / Photo J.C. Moschetti

La vie virtuelle

Si l'on vous immerge dans une rue virtuelle, vous vous attendez à voir des gens qui se promènent, d'autres qui font du shopping ou bien encore des personnes qui discutent. Si vous êtes immergé dans une gare, alors ce sont des voyageurs qui s'apprêtent à prendre un train, des amis qui les accompagnent, mais aussi des gens venant simplement acheter des cigarettes au bureau de tabac dans le hall qui doivent figurer. Notre équipe s'intéresse à la façon dont on peuple ces environnements spécifiques avec des alter ego virtuels se comportant comme dans la vraie vie”, résume le chercheur Julien Pettré.

Et pour mieux comprendre les agissements humains dans une rue ou dans une gare, les chercheurs vont nous immerger dans une simulation de ces lieux. Deux objectifs se superposent alors. Le premier est d'ordre technologique. Il vise à trouver l'art et la manière de créer ces humains virtuels autonomes pour les faire déambuler dans un simulateur en présence d'une personne équipée d'un visiocasque. Le deuxième porte sur l'exploitation scientifique de ce que cette simulation immersive permet d'observer. “Nous avons des questionnements auxquels nous allons pouvoir répondre grâce à cet outil.”

Comportement de foule

Les chercheurs travaillent sur différents sujets. Julien Pettré, lui, s'intéresse au comportement de la foule. “Rien à voir avec la réalité virtuelle a priori. Pour moi, ce n'est qu'un outil, une méthode que j'utilise pour comprendre la façon dont on se déplace dans un groupe, les interactions avec les voisins, les distances que l'on essaye de garder, etc.

Or, pour étudier ces phénomènes, il faut déjà pouvoir les observer. Pas facile dans la vie réelle… “Mais le monde virtuel nous facilite beaucoup les choses. On peut créer une situation entièrement contrôlée. On manipule finement l'environnement pour qu'il s'y passe les événements désirés. On expose la personne immergée à une situation bien spécifique. On peut aussi placer successivement plusieurs personnes face à exactement les mêmes conditions expérimentales. Ce qui s'avère plus difficile, voire impossible, dans la vraie vie.

Accélérer le cycle expérimental

L'expérimentation par réalité virtuelle présente deux autres avantages : son coût et sa rapidité. “Une expérience habituelle sur les comportements de groupes nécessite 60 participants, quatre mois de préparation, puis un an de travail pour reconstruire les données. Il faut compter une demi-thèse de doctorat.” À quoi s'ajoute un système de motion capture dont le prix frise… le million d'euros.

Au final, cela ralentit significativement notre travail. L'idée avec la réalité virtuelle, c'est d'accélérer ce cycle.” Pour une expérience dans un couloir de métro, une seule personne équipée du visiocasque va déambuler au milieu de ses voisins virtuels. Ces personnages sont tout simplement des répliques de lui-même enregistrées durant ses précédents passages dans ce couloir. “Une seule journée suffit pour acquérir ces données qui sont déjà traitées et donc immédiatement utilisables pour l'analyse.” Ces expériences sont-elles fidèles à la réalité ? “Des biais peuvent exister, mais nous savons les mesurer pour les mettre de côté.”

Jeu de données dix fois plus riche

Parfois, cette méthode apporte aussi son lot d'informations supplémentaires. Une des expériences vise à suivre le regard d'un piéton dans la rue. En situation réelle, on peut capturer le déplacement des yeux et filmer la scène vue par ce passant. Sur la vidéo, un repère matérialise ensuite l'endroit où se porte son regard. Mais on peut très difficilement mesurer le mouvement de son corps. Dans le monde virtuel, ce problème n'existe plus. “Nous possédons un enregistrement complet de ses gestes et de ceux des autres piétons. Nous obtenons un jeu de données dix fois plus riche que celui de la vie réelle. Nous effectuons des analyses beaucoup plus détaillées et beaucoup plus facilement.

Trois axes

Autour de cette méthode, Trois axes de recherche sont explorés.

  • Le premier porte sur l'animation de l'humain virtuel seul. “Les personnages effectuent un mouvement qui permet de comprendre ce qu'ils sont en train de faire. Il faut parvenir à mettre en lien le mouvement individuel et l'activité.” Et ces personnages ne se contentent pas de marcher. “Une des questions qui pourra nous intéresser est de savoir comment on réagit si la personne en face paraît agressive. Va-t-on la fixer du regard ? Va-t-on plutôt s'éloigner ? Technologiquement, il s'agit d'animer des humains virtuels qui seront expressifs et pourront transmettre leur état psychologique. Pas facile…
  • Deuxième axe : le collectif. Il faut que l'ensemble des activités humaines se déroulent en cohérence avec le lieu qui les accueille. “Dans notre rue virtuelle, par exemple, nous avons des piétons qui se croisent, des gens qui conversent. Il faut piloter un ensemble de personnes de manière que la scène corresponde à la réalité. Cela relève de la simulation de foule. Du coup, la compréhension du comportement collectif que nous allons obtenir à travers nos expériences va venir, à son tour, nourrir les techniques qui nous permettent de les mener.
  • Le troisième axe, enfin, s'intéresse à l'expérience immersive en elle-même, puis son évaluation et son utilisation scientifique. L'outil peut en particulier se mettre au service des sciences humaines et sociales.

Trois démonstrations

Durant le salon Laval Virtual, les chercheurs ont montré trois aspects de ces travaux. “Mon collègue Marc Christie étudie le concept du studio virtuel à l'usage du cinéma en proposant de nouvelles modalités d’interaction pour la conception d’animations. Cette recherche s'effectue dans le cadre du projet européen INVICTUS.

Ensuite, dans le domaine de l'immersion au milieu de la foule, nous avons présenté une nouvelle technologie que nous appelons champ d'interaction issue du projet européen PRESENT. Elle permet de créer de nouveaux comportements pour nos humains virtuels de manière très rapide. Jusqu'à présent, pour chaque interaction, nous devions produire un modèle stipulant comment les uns se comportent par rapport aux autres. Cela demandait beaucoup de temps de développement. Désormais, nous avons une méthode qui permet de générer ce comportement à partir d'un simple croquis. On peut, par exemple, organiser une partie de cache-cache entre deux personnages dont l'un cherche à se dissimuler derrière un obstacle.

La troisième démonstration portait sur l’animation de personnages et des techniques issues du projet européen CLIPE. À l'écran : une scène de bistrot. “Nous enregistrons tous les comportements que l'on peut trouver dans un bar : le serveur, des clients accoudés au comptoir, d'autres attablés, etc. Nous utilisons la réalité virtuelle pour créer des animations convaincantes, adaptées, et ce très simplement et très rapidement. Aucune compétence en animation n’est requise. Puis nous immergeons quelqu'un dans cette scène.” Surprise supplémentaire : certains yeux se tournent alors vers lui. “Nous simulons l'attention visuelle, le suivi du regard en fonction des événements qui se déroulent. Les personnages donnent ainsi l'impression d'avoir conscience de la présence du nouveau venu.” Ce qui renforce d'autant le sentiment immersif. “Avec ces trois démonstrations, les visiteurs ont apprécié ce que nous sommes capables de faire en termes de contenu : animer des humains virtuels individuellement, collectivement, et offrir une nouvelle expérience immersive qui, pour nous, trouve une application scientifique. Car, rappelons-le, nous ne sommes pas uniquement des créateurs de contenu. Nous utilisons la réalité virtuelle pour mener nos recherches.

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visuel du salon laval virtual
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