nÃo hà / Most recent crowd simulation algorithms equip agents with a synthetic vision component for steering. They offer promising perspectives by more realistically imitating the way humans navigate according to what they perceive of their environment. In this thesis, it is proposed a new perception/motion loop to steer agents along collision free trajectories that significantly improves the quality of vision-based crowd simulators. In contrast with previous solutions - which make agents avoid collisions in a purely reactive way - it is suggested exploring the full range of possible adaptations and to retain the locally optimal one. To this end, it is introduced a cost function, based on perceptual variables, which estimates an agentâs situation considering both the risks of future collision and a desired destination. It is then computed the partial derivatives of that function with respect to all possible motion adaptations. The agent adapts its motion to follow the steepest gradient. This thesis has thus two main contributions: the definition of a general purpose control scheme for steering synthetic vision-based agents; and the proposition of cost functions for evaluating the dangerousness of the current situation. Improvements are demonstrated in several cases. / Alguns dos algoritmos mais recentes para simulaÃÃo de multidÃo equipam agentes com um sistema visual sintÃtico para auxiliÃ-los em sua locomoÃÃo. Eles oferecem perspectivas promissoras ao imitarem de forma mais realista a forma como os humanos navegam de acordo com o que eles percebem do seu ambiente. Nesta tese, à proposto um novo laÃo de percepÃÃo/aÃÃo para dirigir agentes ao longo de trajetÃrias livres de colisÃes que melhoram significativamente a qualidade dos simuladores de multidÃo baseados em visÃo. Em contraste com abordagens anteriores - que fazem agentes evitarem colisÃes de maneira puramente reativa - à sugerida a exploraÃÃo de toda gama de adaptaÃÃes possÃveis e a retenÃÃo da que for Ãtima localmente. Para isto, à introduzida uma funÃÃo de custo, baseada em variÃveis de percepÃÃo, que estima a situaÃÃo atual do agente considerando tanto os riscos de futuras colisÃes como o destino desejado. SÃo entÃo computadas as derivadas parciais dessa funÃÃo com respeito a todas adaptaÃÃes de movimento possÃveis. O agente adapta seu movimento de forma a seguir o gradiente descendente. Esta tese possui assim duas principais contribuiÃÃes: a definiÃÃo de um esquema de controle de propÃsito geral para a orientaÃÃo de agentes baseados em visÃo sintÃtica; e a proposiÃÃo de funÃÃes de custo para avaliar o perigo da situaÃÃo atual. As melhorias obtidas com o modelo sÃo demonstradas em diversos casos.

Four studies were considered to simulate the ion behavior in the auroral region and the polar wind. In study I, a Monte Carlo simulation was used to investigate the behavior of O+ ions that are E x B-drifting through a background of neutral O, with the effect of O+(Coulomb) self-collisions included. Wide ranges of the ion-to-neutral density ratio ni|nn and electrostatic field E were considered in order to investigate the change of ion behavior with respect to the solar cycle and altitude. For low altitudes and/or solar minimum (ni|nn≤10-5), the effect of self-collisions is negligible. For higher values of ni|nn, the effect of self-collisions becomes significant and, hence, the non-Maxwellian features of the O+ distributions are reduced. In study II, the steady-state flow of the polar wind protons through a background of O+ ions was studied. Special attention was given to using an accurate collision model. The Fokker-Planck expression was used to represent H+-O+ Coulomb collisions. The transition layer between the collision-dominated and the collision less regions plays a pivotal role in the behavior of the H+ flow. In the transition region, the shape of H+ distribution changes in a complicated manner from Maxwellian to "kidney bean". The flow also changes from subsonic to supersonic within the transition region. The heat fluxes of parallel and perpendicular energies change rapidly from their maximum (positive) to their minimum (negative) values within the same transition region. In study III, a Monte Carlo simulation was developed in order to study the effect of the wave-particle interactions (WPI) on O+ and H+ ions outflow in the polar wind. The simulation also considered the other mechanisms included in the classical polar wind studies such as gravity, polarization electrostatic field, and divergence of geomagnetic field lines. Also, an altitude dependent wave spectral density was adopted. The main conclusions are (I) the o+ velocity distribution develops conic features at high altitudes; (2) the O+ ions are preferentially energized; (3) the escape flux of O+ increased by a factor of 40, while the escape flux of H+ remained constant; (4) including the effect of a finite ion Larmor radius produced toroidal features for o+ and H+ distributions at higher altitudes. In study IV, a comparison between the effect of WPI on H+ and O+ ion outflow in the polar wind and in the auroral regions was studied. It was concluded that: (I) O+ is preferentially energized in both regions; (2) both ions (H+ and O+) are more energetic in the auroral region at most altitudes; (3) in the auroral region, the ion conics formed at lower altitudes, at 1.6 R, for O+ and 2.5 R, for H+, while in the polar wind H+ did not form conics and O+ formed conics at high altitudes; (4) the effects of body forces are more important in the polar wind than in the auroral region, and for O+ than H+.

Non-controlled airports are literally that - uncontrolled. Safe separation is achieved by pilot vigilance. The consensus of reports on incidences at noncontrolled airports generally conclude that pilots cannot rely entirely on vision to avoid collision and attempts should be made to obtain all available traffic information to enable a directed traffic search. Ideally, a system is required which has the ability to provide advice to all parties to ensure separation minima is maintained. Provision of a such a system would remove a measure of pressure from the pilot to allow that person to devote their attention to their prime responsibility of flying the aircraft. To this end, research on use of intelligent remote advisory systems for non-controlled airports was undertaken with emphasis on those systems which could minimize human resources and associated recurring costs, to provide a measure of repeatability and to provide an acceptable level of safety. A rule based system was developed and evaluated. The evaluation showed that use of a rule based system as the basis of an intelligent remote air traffic control system for non-controlled airports is a viable proposition. In test scenarios, collision hazards were identified and evasion tactics generated. For a full operational system, the application of the rules and definition of the aircraft circuit area may need refining; however, the results are certainly encouraging.

The aim of this thesis is three-fold: i) to investigate the performance of both the Eulerian-Lagrangian model and the Eulerian-Eulerian model to simulate the turbulent gas-particle flow; ii) to investigate the indoor airflows and contaminant particle flows using the Eulerian-Lagrangian model; iii) to develop and validate particle-wall collision models and a wall roughness model for the Eulerian-Lagrangian model and to utilize these models to investigate the effects of wall roughness on the particle flows. Firstly, the Eulerian-Lagrangian model in the software package FLUENT (FLUENT Inc.) and the Eulerian-Eulerian model in an in-house research code were employed to simulate the gas-particle flows. The validation against the measurement for two-phase flow over backward facing step and in a 90-degree bend revealed that both CFD approaches provide reasonably good prediction for both the gas and particle phases. Then, the Eulerian-Lagrangian model was employed to investigate the indoor airflows and contaminant particle concentration in two geometrically different rooms. For the first room configuration, the performances of three turbulence models for simulating indoor airflow were evaluated and validated against the measured air phase velocity data. All the three turbulence models provided good prediction of the air phase velocity, while the Large Eddy Simulation (LES) model base on the Renormalization Group theory (RNG) provided the best agreement with the measurements. As well, the RNG LES model is able to provide the instantaneous air velocity and turbulence that are required for the evaluation and design of the ventilation system. In the other two-zone ventilated room configuration, contaminant particle concentration decay within the room was simulated and validated against the experimental data using the RNG LES model together with the Lagrangian model. The numerical results revealed that the particle-wall coll ision model has a considerable effect on the particle concentration prediction in the room. This research culminates with the development and implementation of particle-wall collision models and a stochastic wall roughness model in the Eulerian-Lagrangian model. This Eulerian-Lagrangian model was therefore used to simulate the gas-particle flow over an in-line tube bank. The numerical predictions showed that the wall roughness has a considerable effect by altering the rebounding behaviours of the large particles and consequently affecting the particles motion downstream along the in-line tube bank and particle impact frequency on the tubes. Also, the results demonstrated that for the large particles the particle phase velocity fluctuations are not influenced by the gas-phase fluctuations, but are predominantly determined by the particle-wall collision. For small particles, the influence of particle-wall collisions on the particle fluctuations can be neglected. Then, the effects of wall roughness on the gas-particle flow in a two-dimensional 90-degree bend were investigated. It was found that the wa ll roughness considerably altered the rebounding behaviours of particles by significantly reducing the 'particle free zone' and smoothing the particle number density profiles. The particle mean velocities were reduced and the particle fluctuating velocities were increased when taking into consideration the wall roughness, since the wall roughness produced greater randomness in the particle rebound velocities and trajectories.

La compréhension des processus amenant à la formation d'étoiles depuis la phase dense du milieu interstellaire est possible via l'observation des molécules. Celles--ci nous permettent de contraindre, par l'intermédiaire d'une modélisation de leur émission, les conditions physiques, dynamiques et chimiques présentes dans les nuages au cours des différents stades de l'effondrement. Les milieux sondés lors de ce type d'étude correspondent, pour la plupart des molécules, à des conditions pour lesquelles le peuplement des niveaux d'énergie s'effectue hors équilibre thermodynamique. L'analyse du rayonnement nécessite alors des données de physique microscopique dont la précision influence fortement la description des régions modélisées. C'est dans ce contexte que s'inscrit le travail effectué durant cette thèse: celui-ci a porté, d'une part, sur la détermination de constantes de vitesses de collision pour les molécules N2H+ et H2O et d'autre part, sur l'interprétation de spectres observés pour ces molécules dans des régions de formation d'étoiles. La première de ces molécules, N2H+, constitue un excellent traceur des régions denses des nuages froids et la seconde, H2O, est la troisième espèce moléculaire la plus abondante dans les régions de formation d'étoiles massives ou de faibles masses et constituera le principal objectif du satellite Herschel. Pour la molécule N2H+, des constantes de vitesse de collision concernant la structure hyperfine ont été obtenues pour les niveaux hyperfins associés aux 7 premiers niveaux rotationnels et pour la gamme de température T=5-50 K. Pour cela, la dynamique collisionnelle a été etudiée avec une approche quantique indépendante du temps où la structure hyperfine est introduite via une méthode de recouplage. Ces données ont ensuite été utilisées afin d'interpréter l'émission observée dans un échantillon de nuages pré-protostellaires. En particulier, différentes approches ont été envisagées afin de traiter la résolution des équations d'équilibre statistique ce qui a permis de dégager les influences respectives qu'ont les taux de collision, le couplage radiatif et la structure en densité et température de la source sur les rapports d'intensité des transitions hyperfines associées à la transition j=1-0. Concernant H2O, l'objectif de ce travail est d'une part, de réactualiser les constantes de vitesse de collision du système H2O-H2, en se basant sur une surface d'énergie potentielle (SEP) récemment calculée et dont la précision est supérieure à celle qui a précédemment été utilisée. Ceci a tout d'abord permis une comparaison visant à établir la sensibilité des constantes de vitesse de collision à différents paramètres de la SEP. Ensuite, nous nous sommes intéressés à la détermination des paramètres d'élargissement de raies par collisions, en se basant sur l'approximation d'impact. L'intérêt de cette dernière étude est double: d'une part, ces données sont nécessaires à l'étude des atmosphères planétaires et d'autre part, par l'intermédiaire d'une confrontation entre résultats théoriques et données expérimentales, celle--ci nous donne une estimation de la qualité de la SEP et des données qui en sont issues. Finalement, en parallèle à ce travail, il a été effectué une analyse de l'émission de H2O observée dans la nébuleuse de Kleimann-Low dans Orion. A partir de données obtenues avec le satellite ISO, il a alors été possible de contraindre les conditions physiques de la source ainsi que la répartition spatiale de l'abondance de l'eau.

La navigation autonome en environnement dynamique représente encore un défi important pour la robotique moderne. Dans cette thèse nous abordons le problème de la prise en compte explicite des incertitudes liées à la perception et à la prédiction de l'état d'un environnement dynamique inconnu pour la decision sur les mouvements futures du robot. Nous proposons d'abord un algorithme réactif basé sur l'intégration de l'extension probabiliste de la méthode Velocity Obstacle et d'une grille d'occupation dynamique. Nous presentons ensuite une nouvelle extension probabiliste de l'algorithme RRT et nous l'utilisons pour une approche de navigation ”anytime” : les décisions du robot sont mises a jour avec les observations les plus récentes. Nous considérons d'abord le cas de prédiction à court terme et ensuite le cas de prédiction a moyen terme, basée sur les trajectoires typiques des obstacles, apprises a priori.

La marche est un moyen de locomotion essentiel pour l'être humain. La marche en courbe fait partie des synergies motrices fondamentales qui permettent de se déplacer en sécurité lorsqu'un sujet tourne dans un couloir ou évite un obstacle. Ce travail vise à approfondir l'étude de la marche en courbe afin de définir des invariants locomoteurs fondamentaux pour l'explication biomécanique et neuroscientifique du mouvement mais aussi pour la génération de trajectoires réalistes en animation et en robotique humanoïde. L'originalité de ce travail est de considérer la trajectoire locomotrice humaine dans l'espace défini par la courbure et la vitesse de la trajectoire.Dans un premier temps, nous proposons une définition objective du virage qui s'appuie sur la relation discrète entre la courbure moyenne et la vitesse moyenne de la trajectoire à chaque pas du sujet en comparaison avec ces mêmes paramètres en ligne droite. Puis, nous nous intéressons aux relations de type loi de puissance entre vitesse et courbure au cours d'un virage. Nous démontrons l'existence d'une relation inter-individuelle au maximum de courbure. Enfin, nous nous intéressons au cas plus complexe de l'évitement de collision entre deux marcheurs afin d'identifier les stratégies mises en place. Ces stratégies dépendent de l'ordre de passage des sujets.

La formation de H2 dans le milieu interstellaire, à partir de deux atomes H, est une question essentielle en astrophysique. Cette réaction exothermique qui a lieu à la surface d'un grain de poussière interstellaire est la première étape d'une suite de réactions primordiales pour la physico-chimie. Dans les nuages diffus et les régions de photodissociation, on invoque pour mécanisme de formation une réaction de catalyse hétérogène Eley Rideal, un des atomes étant chimisorbé. Les grains sont principalement carbonés et constitués notamment de graphite. Les travaux théoriques antérieurs effectués en géométrie réduite n'ont pas permis d'expliquer la formation de H2 dans les états rovibrationnels observés (v<5). Pour prendre en compte les degrés de liberté de tous les atomes, nous avons conçu à partir du potentiel de Brenner, un nouveau potentiel pour modéliser le système graphène-H-H avec lequel nous avons réalisé une étude de dynamique moléculaire classique de la formation de H2. Cette étude a été effectuée pour des énergies de collision d'atomes H incidents de 0.015eV à 0.2eV et pour des surfaces à 0, 10 et 30K. Un des résultats principaux est que la section efficace de réaction est directement reliée à l'allure du potentiel que voit l'atome H incident. De plus, il a été mis en évidence que la distribution rovibrationnelle obtenue en autorisant la relaxation de la surface correspond mieux à celle observée par les astrophysiciens (v < 6), la surface absorbant ~25% de l'énergie disponible. Des travaux étudiant l'influence de la présence d'un atome H supplémentaire sur la surface ou d'une possible structure poreuse des grains, sur la formation de H2, sont présentés en annexe.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude géométrique et cinématique des manipulateurs pleinement parallèles. Cette étude a pour objectifs finaux la détermination des domaines d'unicité et la caractérisation des domaines parcourables de l'espace de travail. Notre étude se décompose en 5 parties. La première partie de ce travail est consacrée à une étude bibliographique des manipulateurs pleinement parallèles et plus particulièrement le calcul de leur espace de travail et de leurs configurations singulières. La deuxième et la troisième partie de ce rapport sont consacrées à la caractérisation des aspects pour les manipulateurs pleinement parallèles possédant une et plusieurs solutions au modèle géométrique inverse respectivement. Ainsi, nous définissons les plus grands domaines de l'espace de travail sans configuration singulière. Puis, nous définissons les plus grands domaines d'unicité, c'est-à-dire les domaines où il est possible d'établir une bijection entre l'espace de travail et l'ensemble articulaire à l'aide des modèles géométriques direct et inverse. En effet, dans un aspect, il est possible de changer de mode d'assemblage sans rencontrer de singularité. La quatrième partie traite du problème des collisions internes et externes. La définition des aspects est étendue en aspects libres pour tenir compte de ces collisions. La cinquième partie porte sur l'analyse de la parcourabilité de l'espace de travail en vue de réaliser des trajectoires discrètes et continues. Cette étude pourra être utilisée dans les logiciels de CAO-robotique pour permettre une meilleure utilisation des manipulateurs parallèles. En effet, la détermination des domaines d'unicité et l'analyse de la parcourabilité dans l'espace de travail sont des outils intéressants pour la planification de trajectoires ainsi que la conception et le placement des manipulateurs parallèles.

AUCUN