Revue des centraliens N° 540 - Octobre 2002
Dossier "Réalité virtuelle"

Vers des personnages virtuels autonomes

Par François PLOYE

Les mondes virtuels se conçoivent de moins en moins sans personnage pour leur donner vie, y compris pour des applications, en temps réel, professionnelles comme la communication en ligne ou la formation. Ainsi, a été récemment développée, pour EDF, une borne interactive présentant « L’habitat du futur ». Réalisé en partenariat avec Sim Team, spécialisée dans le développement temps réel, ce programme permet une navigation dans des appartements du futur truffés d’innovations qui vont des fenêtres chauffantes au vide-ordures inodore et insonorisé. Ces innovations sont mises en scène au travers de séquences didactiques précalculées. Une des prouesses graphiques et technologiques réside dans la qualité des personnages virtuels qui viennent crédibiliser l’environnement virtuel. Un scénario décrit les enchaînements possibles de leurs actions. Par exemple, un des occupants de la scène virtuelle, qui s’arrête de marcher, va aléatoirement soit regarder par la fenêtre, soit faire demitour ou encore continuer sa marche après un instant de pause.

Grâce à l’augmentation de la puissance graphique des cartes 3D (une Gloria III à 1 000 Euros sait traiter 31 millions de polygones à la seconde) et à la diffusion des techniques de saisies de mouvements réels (motion capture), les personnages virtuels deviennent visuellement de plus en plus réalistes. Avec le « motion capture » on dispose d’un ensemble d’outils et de méthodes qui permettent de mesurer et d’enregistrer en temps réel des mouvements dans l’espace réel. La technique courante consiste à poser des capteurs sur les acteurs ou sur la surface des objets dont on souhaite connaître les mouvements ou les déformations. On peut ainsi saisir les mouvements du corps d’un humain ou d’un animal (motion capture gestuel) ou les mouvements de son visage (motion capture facial). On peut aussi saisir les mouvements d’une marionnette (toujours à des fins d’animation) ou d’un robot ou de tout autre objet dont on souhaite connaître les mouvements.

Plusieurs familles de techniques de saisie existent : traitement d’images avec détection des arêtes ou des points significatifs, capteurs optiques, capteurs magnétiques et enfin système électro-méchanique, comme la combinaison Gibsy commercialisée par Animazoo. Les systèmes les plus couramment utilisés pour des saisies de qualité sont les systèmes avec capteurs optiques et ceux avec capteurs magnétiques. Les systèmes optiques utilisent des capteurs passifs qui sont des demi-sphères réfléchissantes. La scène de saisie est entourée de caméras qui émettent et enregistrent l’infra-rouge. Des logiciels spécialisés traitent les images enregistrées, reconstituant la trajectoire des capteurs suivant les différents points de vue. Grâce à une bonne qualibration initiale, on peut alors reconstituer le déplacement dans l’espace 3D des différents capteurs. Un bon dispositif comprend en général de dix à seize caméras, pouvant aller jusqu’à vingt-quatre et coûte plus de 150 000 Euros. Le champ de saisie peut dépasser les 100 m2, et l’erreur de position est inférieure à 2,5 mm. Mais ce système présente des défauts comme l’occlusion de certains capteurs dont on peut alors perdre le déplacement. Le système magnétique, de son côté, fonctionne avec des capteurs avec fils placés dans un champ magnétique. L’information de position est connue du capteur qui se repère à l’intérieur du champ magnétique et est envoyée en temps réel au système de stockage. Il n’y a pas de traitement d’image et pas de risque d’occlusion. En revanche, le champ de saisie est plus petit (16 m2) avec des distorsions possibles sur les bords. Tout objet métallique doit être banni du studio de saisie pour ne pas perturber le champ magnétique. Le coût du matériel est en revanche nettement plus accessible.

Des techniques mises au point pour les jeux vidéo permettent de mettre en bibliothèque ces animations, de les cycler et de les enchaîner à la demande. Afin de scénariser l’enchaînement des actions, des outils dédiés, comme ceux de la société française Virtools, facilitent le travail de mise en arborescence des actions et de déclenchements d’événements. L’interactivité y est programmée par une arborescence de briques (les « Building Blocks »). Plusieurs milliers sont fournis dans la bibliothèque de base, extensible à volonté. Virtools est devenu non seulement un outil apprécié pour le prototypage des jeux mais est aussi un outil précieux destiné aux industriels pour concevoir et réaliser leurs applications de simulation et de formation. Mais, au-delà du réalisme du graphisme ou des mouvementsde ces personnages virtuels, une communication riche avec l’interlocuteur humain, joueur ou personnel en formation, ne pourra se faire qu’en les dotant d’autonomie et d’intelligence de comportement et de stratégie. C’est tout l’enjeu des techniques émergentes d’Intelligence Artificielle (IA). Les personnages doivent devenir capables de se déplacer dans leur environnement en évitant les obstacles et les dangers et d’élaborer par eux-mêmes des stratégies pertinentes.

Une nouvelle start-up française, Kynogon, vient de se positionner sur ce marché et propose des modules d’IA pour des personnages virtuels intelligents. Un premier module permet l’évitement d’obstacles en dynamique. Différentes trajectoires peuvent être générées automatiquement (« path finding »), les personnages virtuels peuvent suivre le chemin le plus court, ou le plus furtif (où le personnage est le plus invisible) ouencore le plus sûr qui évite les zones dangereuses. Quant aux modules de stratégie, des personnages virtuels performants peuvent être générés et sélectionnés par algorithmie génétique en fonction des règles du jeu, dans des « fermes d’élevage ». Le comportement d’un personnage virtuel peut aussi être obtenu par « clonage » des caractéristiques d’un opérateur réel. Le développement devient, du coup, rapide à spécifier et le résultat est immédiat. Enfin, Kynogon a développé des modules de coopération où la stratégie est déléguée à plusieurs personnages virtuels. Les modules sont adaptés aux spécificités de chaque projet et les clients ont à leur disposition quatre outils de production dont la génération de données nécessaires au déplacements (pathfinding), la génération de comportements et la génération de scénarios. L’équipe de développement de Kynogon travaille aussi sur de nouveaux concepts d’interfaces plus élaborées.

Kynogon et Virtools ont établi récemment un partenariat pour que des briques élémentaires de perception et de comportement développés par Kynogon soient intégrées dans Virtools. Il devient possible d’enchaîner facilement dans l’interface de Virtools des comportements de haut niveau du type : si tel personnage voit tel autre personnage, il va se diriger vers lui suivant la trajectoire la moins dangereuse. Il peut aussi aller chercher un objet, donner des objets à un autre personnage, etc. Cette alliance de deux techniques – la puissance du temps réel et la sophistication des modules d’IA – offre de grandes possibilités aussi bien pour le prototypage des jeux que pour la simulation industrielle. On pense en particulier à la formation. Un opérateur placé en simulation d’une situation professionnelle pourra être environné de personnages virtuels capables d’une certaine autonomie et d’une certaine intelligence de comportement, d’interaction, et même de stratégie et de collaboration. La formation en sera d’autant plus réaliste et plus efficace. On en est encore au tout début de la découverte des potentialités données par l’IA mais les premiers prototypes sont devenus suffisamment prometteurs pour mériter de s’y investir.