La simulation réaliste de foule est un problème ouvert et difficile à cause de la multitude d'informations qui sont prises en compte par un humain pour déterminer sa trajectoire de marche. Dans cette thèse nous cherchons à modéliser puis à simuler de manière aussi réaliste que possible les interactions de suivis entre individus se déplaçant dans les foules. Nous proposons une approche en trois grandes étapes. Dans un premier temps, nous constituons une base de données cinématiques pour observer le comportement de suivi lors du déplacement de groupes de piétons à partir d'un procédé expérimental original utilisant la technologie de capture de mouvements optoélectronique. Le traitement des données acquises requiert le développement d'une méthode spécifique de reconstruction des données brutes. La base de données ainsi obtenue représente le premier résultat de notre travail. Dans un deuxième temps, nous proposons une analyse détaillée de ces données. Nous mettons en évidence d'une part, la nature des interactions locales entre les sujets, et d'autre part les phénomènes globaux qui émergent de la combinaison de ces interactions dont en particulier la formation de vague de vitesses qui se propagent. Cette analyse constitue notre deuxième résultat majeur et conduit à notre troisième et dernier résultat : un modèle numérique d'interaction locale de suivi que nous calibrons sur les données expérimentales acquises. Les résultats de simulation sont finalement évalués quant à leur capacité à reproduire les phénomènes macroscopiques observés et analysés. Enfin, nous montrons des cas d'usage pratique de notre modèle.

De nos jours, les humains virtuels ont besoin d'une grande autonomie pour pouvoir vivre leur propre vie dans des mondes virtuels persistants comme les personnages non joueurs dans les jeux vidéo. Lors de la conception d'humains virtuels autonomes, la problématique de la sélection de l'action doit être prise en compte car elle est responsable de leur prise de décision à chaque instant. En effet, les architectures de sélection de l'action pour les humains virtuels autonomes doivent être réactives, dirigées par des buts, et intégrer des motivations et des émotions pour obtenir un haut niveau d'autonomie et d'individualité. Cette thèse peut être divisée en trois parties. Dans la première partie, nous définissons chaque mot de notre titre pour en préciser leur sens et poser la problématique de ce travail. Nous décrivons ensuite les domaines dont nous nous sommes inspirés pour élaborer notre modèle car le sujet de ce travail est très multidisciplinaire. En effet, la prise de décision est essentielle pour toute entité autonome et est étudiée en éthologie, robotique, infographie, informatique, et dans les sciences cognitives. Cependant nous avons choisi certaines techniques spécifiques pour implémenter notre modèle parmi toutes celles possibles : les systèmes de classeurs hiérarchiques et les hiérarchies à libre flux. La seconde partie de cette thèse décrit en détail notre modèle de sélection de l'action pour des humains virtuels. Nous avons utilisé des systèmes de classeurs hiérarchiques, fonctionnant en parallèle, pour générer des plans de comportements cohérents. Ils sont associés avec les fonctionnalités des hiérarchies à libre flux pour la propagation de l'activité car elles donnent une grande flexibilité et réactivité aux systèmes hiérarchiques. Plusieurs fonctionnalités ont été ajoutées pour améliorer et faciliter le choix de l'action la plus appropriée, à chaque instant, par rapport aux influences internes et externes. Finalement, dans la troisième partie de la thèse, un environnement virtuel complexe est créé avec beaucoup de motivations conflictuelles pour tester notre architecture et ses fonctionnalités. Les résultats démontrent que le modèle est suffisamment efficace, robuste, et flexible pour concevoir des humains virtuels motivés et autonomes dans des mondes virtuels persistants. De plus, nous venons de commencer les investigations au niveau des émotions dans notre modèle et nous projetons de continuer dans le futur pour avoir des comportements plus subjectifs et plus adaptés aux différentes situations ainsi que pour gérer les interactions sociales avec d'autres humains virtuels ou des utilisateurs. Appliquée aux jeux vidéo, notre architecture de sélection de l'action pour des humains virtuels autonomes dans des mondes persistants rendrait les personnages non-joueurs plus intéressants et plus réalistes car ils pourraient vivre leur propre vie lorsqu'ils ne sont pas en interaction avec les joueurs.

Les êtres vivants sont caractérisés par leur rapport avec l'environnement dans lequel ils évoluent. Ils sont dotés de capacités de perception, d'action et de décision. L'animation comportementale s'inspire de cette architecture pour peupler des environnements virtuels avec des entités autonomes à l'image des organismes vivants. Dans ce domaine, il est un être vivant qui retient particulièrement l'attention : l'être humain. Dans cette thèse, nous proposons une architecture pour la description du comportement des humanoïdes virtuels. Dans un premier temps, nous étudions la relation entre l'humanoïde et son environnement dans le cadre de la navigation. Nous proposons un système de subdivision spatiale permettant d'extraire des propriétés topologiques à partir d'un environnement géométrique. Ces informations sont ensuite utilisées pour créer un algorithme de planification de chemin hiérarchique. Nous proposons, dans la continuité, un algorithme de navigation s'inspirant d'études sur le comportement piétonnier et permettant de simuler, en temps réel, des foules composées de plusieurs centaines de piétons. Dans un second temps, nous étudions les composantes réactives et cognitives du comportement. Nous proposons un modèle réactif dont la propriété est de synchroniser et d'adapter automatiquement le déroulement simultané de plusieurs comportements. Le modèle cognitif peut alors exploiter cette propriété pour choisir des actions permettant à l'humanoïde de réaliser un but. Ce modèle se base sur un langage orienté objet permettant de décrire le monde sous la forme des interactions qu'il offre aux humanoïdes. Différentes applications ont validé les travaux réalisés dans cette thèse : simulation de foule, fiction interactive et cinématographie virtuelle.