Analyse, Modélisation et Simulation du Mouvement Humain

Comprendre le mouvement humain mobilise des chercheurs de nombreuses disciplines scientifiques : physiologie, biomecanique, neurosciences comportementales, anatomie fonctionnelle, les sciences du sport... Mes travaux s'inscrivent donc dans une demarche pluridisciplinaire d'analyse/synthese du mouvement humain. Pour mener a bien cette demarche, une premiere tâche consiste a modeliser et a simuler le systeme moteur ainsi qu'un ensemble d'hypotheses. L'objectif est de disposer d'une representation numerique du probleme. Les mouvements simules doivent ensuite etre confrontes a des donnees experimentales pour valider a la fois les hypotheses, le modele et la methode de simulation. Mon travail s'organise en trois principales contributions qui entrent dans cette approche d'analyse/synthese. La premiere contribution concerne le developpement de nouvelles methodes de modelisation et de simulation de mouvements permettant de tester des connaissances issues des sciences experimentales. La methode doit aussi etre capable de calculer tres rapidement des mouvements afin d'integrer les personnages simules dans des environnements interactifs, comme en realite virtuelle, par exemple. Pour modeliser et simuler un mouvement naturel, il faut etre capable de gerer des contraintes cinematiques (pour tenir compte de la geometrie de son environnement), cinetiques (pour gerer la repartition de ses masses dans l'espace), dynamiques (les lois de la mecanique s'appliquent evidemment aussi) et d'autres que nous regrouperons sous le terme de " style " (lie a des aspects psychologiques, sociologiques...). Nous avons propose une nouvelle representation du mouvement humain qui simplifie grandement la resolution de contraintes cinematiques et cinetiques a partir d'un mouvement initial (issu d'un systeme de mesures ou concu manuellement). L'hypothese est que les mouvements mesures verifient intrinsequement la plupart des contraintes citees precedemment. Il est ensuite possible d'ajouter ou de modifier certaines de ces contraintes pour simuler l'adaptation du systeme moteur a de nouvelles situations. La deuxieme contribution concerne la definition d'un protocole de validation des mouvements simules. C'est un probleme difficile car le mouvement humain implique un grand nombre de degres de liberte et de pas de temps, ce qui conduit a un espace de dimension enorme. Comment ramener cela a une valeur unique de distance ? Les methodes classiques utilisent des erreurs moyennes, des correlations ou des correspondances temporelles entre courbes. Cependant, ces valeurs quantifiables ne refletent pas toujours le realisme des mouvements simules si on demande a des sujets d'en juger la qualite. En realite virtuelle, plusieurs travaux cherchent a evaluer la sensation d'etre present dans un environnement simule. Nous avons donc propose de juger du realisme du mouvement en faisant interagir des sujets reels avec des entites simulees. Ces travaux ont ete menes dans le cadre particulier du duel gardien-tireur mais pourraient etre etendus a un cas plus general. La troisieme contribution concerne une etude transversale de la locomotion bipede via une approche de type analyse/synthese. L'objectif de ce travail est de deduire completement un mouvement de locomotion a partir d'un ensemble de donnees anatomiques et d'hypotheses generales issues de la biomecanique et des neurosciences. Une application evidente concerne la cherche de locomotions possibles pour des especes fossiles. Fondamentalement, le probleme revient a gerer un espace tres important de postures possibles a chaque pas de temps et a en extraire une sequence qui soit comparable a ce qu'une creature reelle aurait naturellement produit. Nos travaux ont donc abouti a un une plate-forme de tests d'hypotheses locomotrices (minimisation d'energie, de la derivee de l'acceleration, de la distance a une posture de reference...). L'entree principale de cette plate-forme est la description de l'anatomie de la creature et une serie d'empreintes a suivre.