Distributions espace-temps pour modéliser les mouvements de petits groupes de personnages

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Touristes2.jpg

L'animation de foules non homogènes, où naviguent de petits groupes d'individus restant assez proches les uns des autres au cours du mouvement (familles, amis, etc), est un problème encore très mal résolu en informatique graphique. L'image ci-dessus montre les résultats de l'une des premières méthodes de simulation de particules permettant de traiter ce problème [1].

Nous proposons d'étudier au contraire une représentation à deux niveaux de détail de ce phénomène, où les groupes sont animés comme des macro-particules, et ensuite enrichis par les mouvements individuels des membres du groupes calculés grâce à une approche statistique. Ce dernier point rend la méthode très originale.

Le modèle statistique qui nous intéresse ici est celui des processus ponctuels. Ces derniers ont été utilisés dans le domaine des textures vectorielles pour analyser, puis re-synthétiser des distributions spatiales d'éléments, avec l'avantage de permettre la prise en compte d'éléments de différente nature, avec apprentissage de leurs corrélations [2]. Ces processus ont également été combinés à une interface inspirée des systèmes de peinture numérique, pour permettre de placer des distributions cohérentes d'éléments (arbres, maisons, routes, etc) dans un monde virtuel [3].

L'originalité du projet à réaliser est d'étudier l'utilisation de ces processus ponctuels pour analyser et synthétiser des distributions qui évoluent au cours du temps, comme la distribution d'un groupe de touristes autours de son guide, celle des membres d'une famille autours du parent qui montre le chemin, celle d'un groupe d'amis se déplaçant en discutant, etc.

Pour cela, il s'agira:

- de suivre sur une vidéo les positions au cours du temps de groupes d'individus, par rapport soit à un leader, soit au barycentre du groupe; (on pourra alternativement partir de trajectoires déjà connues)

- d'analyser ces données pour créer des "histogrammes espace-temps". Par exemple, dans le cas des touristes, l'intuition veut que la distribution spatiales des touristes soit corrélée à la vitesse de déplacement du guide.

- de proposer une méthode de synthèse de distributions respectant ces histogrammes, avec maintien de la cohérence temporelle. Par exemple, on pourra partir à chaque instant de la configuration du groupe à l'instant précédent (simple déplacement rigide en fonction de celui du leader) puis ajouter des déplacement additionnels pour répondre aux contraintes de variations temporelle de la distribution.

- On pourra le cas échéant différentier différentes catégories d'individus dans le groupe (parents /enfants, etc), dont on étudiera la corrélation.

- Enfin, une extension consistera à prendre en compte l'orientation des individus, avec éventuellement la direction de leur regard à décorréler de leur direction de déplacement (conversations dans un groupe en déplacement).

Dans tout ce travail, les personnages animés pourront être simplement représentés sous forme d'un point coloré se déplaçant dans un plan.

Ces travaux devraient permettre à terme d'animer de petits groupes d'individus à l'échelle du groupe (macro-particule), et d'ajouter les déplacement relatifs des membres du groupe comme un habillage visuel basé sur ces distributions statistiques. En cas de succès, ce projet pourrait déboucher sur la participation à une publication scientifique, en collaboration avec Julien Pettré de l'Inria Rennes : nous recherchons donc un groupe d'étudiants vraiment motivés.

Bibliographie

[1] Z. Ren1y, P. Charalambous, J. Bruneau, J. Pettré, and Q. Peng. Group Modeling: a Unified Velocity-based Approach. Submitted for publication, 2016.

[2] HURTUT, T., LANDES, P.-E., THOLLOT, J., GOUSSEAU, Y., DROUILLHET, R., AND COEURJOLLY, J.-F. 2009. Appearanceguided synthesis of element arrangements by example. In Proc. Symp. on Non-Photorealistic Animation and Rendering (NPAR), ACM, 51–60

[3] Arnaud Emilien, Ulysse Vimont, Marie-Paule Cani, Pierre Poulin, Bedrich Benes WorldBrush: Interactive Example-based Synthesis of Procedural Virtual Worlds ACM Transactions on Graphics, Association for Computing Machinery, 2015, Proceedings of SIGGRAPH, 34 (4), pp.11. https://hal.inria.fr/hal-01147913