L'animation et le rendu sont deux domaines de recherche importants dans l'informatique graphique. L'occlusion ambiante (OA) est un moyen très répandu pour simuler l'éclairage indirect. Nous présentons une approche rapide et facile à mettre en œuvre pour l'approximation de l'occlusion ambiante de l'espace d'affichage. On calcule l'OA pour chaque pixel en intégrant les valeurs angulaires des échantillonneurs autour de la position du pixel qui pourrait bloquer l'éclairage ambiant. Nous appliquons une méthode séparable afin de réduire la complexité du calcul. La simulation des rides expressives du visage peut être estimée sans changer l'information géométrique. Nous avons construit un modèle de rides en utilisant une technique graphique qui effectue des calculs seulement dans l'espace d'affichage. Les animations faciales sont beaucoup plus réalistes avec la présence des rides. Nous présentons une méthode de cinématique inverse rapide et facile à mettre en œuvre qui s'appuie sur un modèle masse-ressort et qui repose sur les interactions de forces entre les masses. Les interactions de forces entre les masses peuvent être vues comme un problème de minimisation de l'énergie. Elle offre une très bonne qualité visuelle en haute performance de vitesse. En se basant sur notre méthode d'IK, nous proposons un modèle de synthèse des gestes corporels expressifs intégrés dans notre plateforme d'agents conversationnels. Nous appliquons l'animation de tout le corps enrichi par l'aspect expressif. Ce système offre plus de flexibilité pour configurer la cinématique expressive directe ou indirecte. De façon globale, cette thèse présente notre travail sur le rendu et l'animation en 3D. / Animation and rendering are both important research domains in computer graphics. We present a fast easy-to-implement separable approximation to screen space ambient occlusion.We evaluate AO for each pixel by integrating angular values of samplers around the pixel position which potentially block the ambient lighting.We apply a separable fashion to reduce the complexity of the evaluation. Wrinkle simulation can also be approximated without changing geometry information.We built a wrinkles model by using a modern graphics technique which performs computations only in screen space.With the help of wrinkles, the facial animation can be more realistic. Several factors have been proved, and wrinkles can help to recognize action units with a higher rate. Inverse kinematics (IK) can be used to find the hierarchical posture solutions. We present a fast and easy-to-implement locally physics-based IK method. Our method builds upon a mass-spring model and relies on force interactions between masses. Our method offers convincing visual quality results obtained with high time performance. Base on our IK method, we propose our expressive body-gestures animation synthesis model for our Embodied Conversational Agent (ECA) technology. Our implementation builds upon a full body reach model using a hybrid kinematics solution. Generated animations can be enhanced with expressive qualities.This system offers more flexibility to configure expressive Forward and Inverse Kinematics (FK and IK). It can be extended to other articulated figures. Overall, this thesis presents our work in 3D rendering and animation. Several new approaches have been proposed to improve both the quality and the speed.

Les interactions de l’équipe de travail et l’efficacité de celles-ci sont constitutives d’un système hiérarchique préétabli composé notamment de dyades verticales. Afin d’étudier cette dyade, ce travail doctoral s’intéresse aux rôles sociaux associés au statut de chacun des protagonistes de la dyade verticale (i.e., leader pour le chef et suiveur pour le subordonné) et considère le leadership.L’influence du suiveur et de ses comportements sur le leader et le leadership est de plus en plus considérée. Cependant, les comportements du suiveur influençant le leader restent inexplorés. Ce travail doctoral plurisdisciplinaire (i.e., psychologie et informatique affective) vise donc à mettre en évidence les comportements du suiveur influençant le leader ainsi que les mécamises sous-jacents à cette influence.Pour cela, nous nous sommes intéressés aux comportements non verbaux (CNV) du suiveur en tant qu’indices sociaux pouvant influencer le leader et ses comportements. Les principes de la cognition sociale sont appliqués dans cette thèse pour étudier l’évaluation cognitive réalisée par le leader, au travers de l’activation des caractéristiques utilisées pour catégoriser les suiveurs : les théories implicites du followership (IFTs).L’étude de l’évaluation cognitive du leader se confronte à de nombreuses difficultés, notamment méthodologiques. Ainsi, un travail préliminaire essentiel de ce travail doctoral s’est attaché à traduire et valider en français une échelle d’évaluation des IFTs. La première étude exploratoire utilise des images d’agents virtuels pour explorer plusieurs CNV pouvant activer les IFTs du leader de manière explicite. La deuxième étude propose une analyse de vidéos d’entraînements d’équipes médicales pré-hospitalières pour étudier dynamiquement d’autres CNV intervenant dans la perception du followership. En troisième étude, les CNV observés dans les études précédentes ont été implémentés dans un agent virtuel placé en interaction avec des leaders médicaux. Une tâche de Go / No Go a permis par la suite d’étudier l’activation implicite des IFTs. Enfin, une dernière étude quantitative transversale a tenté d’étudier l’influence de l’évaluation cognitive du suiveur par le leader sur les comportements de leadership.Les résultats de ces études suggèrent que certaines caractéristiques affichées dans les CNV (i.e., dominance, support apporté au leader) peuvent activer les IFTs du leader. De plus, l’évaluation cognitive semble avoir une influence sur les comportements de leadership choisi.Nous discuterons les résultats obtenus et présenterons les contributions scientifiques et pédagogiques de cette thèse. Nous ouvrirons notre réflexion au positionnement épistémologique nécessaire à l’étude des IFTs, ainsi qu’à l’utilisation des agents virtuels dans l’étude de la catégorisation. Le but applicatif de ce travail doctoral est l’implémentation de CNV chez des subordonnés virtuels médicaux dans un serious game permettant la formation de leader médicaux. / Interactions in teamwork and their efficiency are based on a hierarchical system including verticale dyads. This research studies leadership through the social roles link to the hierarchical status of the vertical dyad (i.e., leader for the chief and follower for the subordinate).The influence of follower on leader and leadership is increasingly considered. However, the follower’s behaviors are still unexplored. This multidisciplinary doctoral work (i.e., psychology and affective computing) tries to highlight the influence of follower’s behavior on the leader, and the underlying process of this influence.To do so, we used the follower’s nonverbal behaviors (CNV) as the social clues that can influence the leader and his behaviors. The principles of social cognition are applied in this thesis to study the cognitive evaluation made by the leader. We worked on the activation of the caracteristics used to categorize followers, the implicit followership theories (IFTs).The study of the cognitive evaluation made by the leader comes we multiple issues, including methological ones. Thus, a preliminary work of translation and validation of a scale evaluating the IFTs was realized. The first exploratory study used images of virtual agents displaying CNV that could explicitly activate leaders’ IFTs. We complete these result through an analysis of a corpus of videos filming medical teams’ training. This study allowed us to observe dynamic CNV that could influence the perception of followership. In a third study, we implemented the CNV of the two previous studies in a virtual agent. Medical leaders had to interact with it, and implicit activation of IFTs was collected using a Go / No Go protocol. Finally, using a quantitative approach, we studied the influence of cognitive evaluation of the leader on his leadership behaviors.Results suggest that some caracteristics displayed in CNV (i.e., dominance and support) can activate the leaders’ IFTs. Moreover, the cognitive evaluation of the leader seems to influence his leadership behaviors.We will discuss the results and explain the scientifical and pédagogical contributions of this thesis. We will analyse our problematic through multiple angles, including the epistemologycal point of view allowing the study of IFTs, and the use of virtual agents in the research field of categorization process. The practical application of the doctoral work is the implementation of CNV in virtual subordinates for the deployement of a serious game for medical team leader.

L'identification des visages est primordiale lors de nos interactions sociales. Ainsi, notre comportement change suite à l'identification de la personne avec laquelle nous interagissons. De plus, les travaux en psychologie et en neurosciences ont observé que le traitement cognitif face à un visage familier diffère de celui que nous avons face à un visage inconnu.D'une autre part, les dernières techniques de rendu 3D et les dernières avancées des scans 3D ont permis la création de visages virtuels photo-réalistes modélisant des personnes réelles existantes. La tendance actuelle pour modéliser des humains virtuels est de se baser sur des techniques d'acquisition de données réelles (issues de scans et de sessions de capture de mouvement). Par conséquent, les recherches et applications en humains virtuels ont connu un intérêt croissant pour ces clones virtuels (des agents ayant un aspect familier ou du moins reconnaissable). Les clones virtuels sont donc de plus en plus répandus dans des interfaces homme-machine et dans l'industrie audio-visuelle.L'étude de la perception et de l'interaction avec des clones virtuels est donc devenue nécessaire pour appréhender la conception et l'évaluation de cette technologie. En effet, très peu d'études se sont penchées sur l'évaluation de la fidélité de ces clones virtuels. L'objectif de cette thèse consiste à explorer cet axe de recherche en examinant le processus de perception de la fidélité d'un visage virtuel, clone d'une personne réelle (que l'on connait ou non).Nos travaux répondent à plusieurs questions de recherche: Quels sont les éléments qui nous permettent d'évaluer la ressemblance du clone virtuel avec son référent? Parmi les multiples possibilités de techniques de rendu, d'animation et d'acquisition de données qu'offre l'informatique graphique, quelle est la meilleure combinaison pour assurer le plus haut degré de fidélité perçue ? L'apparence visuelle n'est cependant qu'une des composantes qui interviennent dans la reconnaissance de personnes familières. Les autres composantes comprennent ainsi l'expressivité mais aussi le traitement des connaissances que nous avons sur cette personne (par exemple sa manière particulière d'évaluer une situation émotionnelle et de l'exprimer via son visage).Nos contributions apportent des éléments de réponse à ces questions à plusieurs niveaux. Nous avons défini un cadre conceptuel identifiant les principaux concepts pertinents pour l'étude de la fidélité d'un visage virtuel. Nous avons aussi étudié l'aspect visuel de la fidélité à travers l'exploration de différentes techniques de rendu. Nous avons étudié dans une autre étape l'impact de la familiarité dans le jugement de la fidélité. Finalement, nous avons proposé un modèle informatique individuel basé sur une approche cognitive des émotions qui permet de guider l'animation expressive du clone virtuel.Ces travaux de thèse ouvrent des perspectives pour la conception et l'amélioration de clones virtuels, mais aussi plus généralement des interfaces homme-machine basées sur des agents expressifs. / Face identification plays a crucial role in our daily social interactions. Indeed, our behavior changes according to the identification of the person with whom we interact. Moreover, several studies in Psychology and Neurosciences have observed that our cognitive processing of familiar faces is different from the cognitive processing of unfamiliar faces.Creating photorealistic an animated human-like face of a real person is now possible thanks to recent advances in Computer Graphics and 3D scan systems. Recent rendering techniques are challenging our ability to distinguish between computer generated faces and real human faces. Besides, the current trend to model virtual humans is to involve real data collected using scans and motion capture systems. Research and applications in virtual humans have experienced a growing interest in so-called virtual clones (agents with a familiar aspect or at least recognizable). Virtual clones are therefore increasingly used in human-machine interfaces and in the audiovisual industry. Studies about the perception and interaction with virtual clones are therefore required to better understand how we should design and evaluate this kind of technology. Indeed, very few studies have tried to evaluate virtual clones' fidelity with respect to the original human (hereafter called “the referent”). The main goal of this thesis is to explore this line of research. Our work rises several research questions: What are the features of the virtual clone that enable us to evaluate the resemblance between a virtual clone and its referent? Among several possibilities of rendering, animation and data acquisition techniques offered by Computer Graphics, what is the best combination of techniques to ensure the highest level of perceived fidelity?However, visual appearance is not the only component that is involved in recognizing familiar people. The other components include facial expressiveness but also the possible knowledge that we have about the referent (e.g. his particular way of assessing an emotional situation and expressing it through his face).Our contributions provide answers to these questions at several levels. We define a conceptual framework identifying the key concepts which are relevant for the study of the fidelity of a virtual face. We explore different rendering techniques. We describe an experimental study about the impact of familiarity in the judgment of fidelity. Finally, we propose a preliminary individual computational model based on a cognitive approach of emotions that could drive the animation of the virtual clone.This work opens avenues for the design and improvement of virtual clones, and more generally for the human-machine interfaces based on expressive virtual agents.

Cette thèse s’intéresse à la simulation de comportements humains en milieu urbain. Elle se focalise tout particulièrement sur la crédibilité des comportements des agents, telle que jugée par un observateur externe. Pour cela, nos agents sont dotés de capacités d’anticipation, qui leur permet de gagner en efficacité en étant capables d’utiliser des prédictions concernant leur futur proche. Par ailleurs, l’architecture d’agents utilisée se place dans le paradigme des architectures hybrides, mais fait preuve d’une grande innovation par rapport à l’état de l’art en raison de son organisation résolument modulaire, permettant une grande généricité du modèle. En effet, l’architecture fonctionne avec un système de modules de haut-niveau, étant vu comme des boîtes noires par le reste de l’architecture. Leur nombre et leur modélisation interne sont donc entièrement libres. Cette généricité est très intéressante, puisque le domaine de la simulation urbaine touche de très nombreux domaines applicatifs (urbanisme, transport, jeu vidéo, sécurité, etc.) ayant des contraintes différentes. Un modèle d’agent générique permet de s’adapter à l’application désirée. Cette généricité pose néanmoins un problème lié à l’intégration et au traitement d’un grand nombre de comportements hétérogènes au sein d’un même processus décisionnel, problème que nous traitons grâce à un mécanisme de composition de comportements. Pour finir, notre architecture permet d’assurer le passage à l’échelle en servant de plusieurs niveaux de détail dans la modélisation des agents. / This thesis deals about human behaviors simulation in an urban context. We focus on the behavior believability (as judged as external observers). That is why our agent have some anticipatory skills, which allow them to use predictions about their near future. Our architecture is a hybrid one, which is very innovative because of its functioning with « high-level modules », which are seen as black-box from the rest of the architecture. Their number and intern modeling are completely free. This makes our architecture very modular and generic, and it is important because the urban simulation domain has many different applications (urbanism, video games, security, etc.), with different constraints. However, this genericity brings another problem, which is the integration of several heterogeneous behavior into the same decisional process. This issue is addressed thanks to a behavior composition mechanism. To conclude, we ensure the scaling up of our architecture with the creation of several levels of detail in the agents modeling.