Ce travail de thèse se situe dans le cadre du projet Terra Dynamica visant à peupler une ville virtuelle avec des agents qui simulent des piétons et des véhicules. L’objectif de notre travail est de rendre l’environnement compréhensible par les agents de la simulation afin qu’ils puissent exhiber des comportements crédibles. Les premiers travaux qui ont été proposés pour la modélisation sémantique des environnements virtuels gardent toujours un lien de dépendance avec la représentation graphique pré-existante de l’environnement. Cependant, l’information sémantique représentée dans ce genre d’approches est difficilement exploitable par les agents pour effectuer des procédures de raisonnement complexes en dehors des algorithmes de navigation. Nous présentons dans cette thèse un modèle de représentation de la sémantique de l’environnement qui fournit aux agents des données sur l’utilisation des objets de l’environnement pour permettre au mécanisme d’aide à la décision de produire des comportements crédibles. Par ailleurs, en réponse à des contraintes inhérentes à la simulation urbaine, notre approche est capable de traiter un grand nombre d’agents, en temps réel. Notre modèle est basé sur le principe que les objets de l’environnement proposent des services permettant de réaliser les actions avec différentes qualités. Nous avons donc représenté les informations sémantiques des objets liées à leur utilisation sous forme de services dans une ontologie de services. Nous avons utilisé cette ontologie de services pour calculer une qualité de service QoS qui nous permet de trier les différents objets permettant de réaliser une même action. Ainsi, nous pouvons comparer entre les services proposés par les objets pour proposer aux agents les meilleurs objets leur permettant de réaliser leurs actions afin d’acquérir une crédibilité comportementale. Afin d’évaluer l’impact de notre modèle sur la crédibilité des comportements produits, nous avons défini un protocole d’évaluation dédié aux modèles de représentation de la sémantique dans les environnements. Dans ce protocole, des observateurs doivent évaluer le caractère crédible des comportements produits par le simulateur à partir d’un modèle sémantique de l’environnement. Grâce à cette évaluation, nous montrons que notre modèle permet de simuler des agents dont le comportement est jugé comme crédible par des observateurs humains. Nous présentons également une évaluation qualitative de la capacité de notre modèle de passer à l’échelle et de répondre aux contraintes d’une simulation temps-réel. Cette évaluation, nous a permis de montrer que les caractéristiques de l’architecture de notre modèle nous permettent de répondre en un temps raisonnable aux demandes d’un grand nombre d’agents. / This work is part of the Terra Dynamica project whose objective was to populate a virtual city with agents that simulate pedestrians and vehicles. The aim of our work is to make agents which understand their environment so they can produce credible behaviors The first proposed solutions for the semantic modeling of virtual environments still keep a link with the pre-existing graphic representation of the environment. However, the semantic information represented in this kind of approach is difficult to use by the agents to perform complex reasoning procedures outside the navigation algorithms. In this thesis we present a semantic representation model of the environment that provides the agents with data on the use of environmental objects in order to allow the decision mechanism to produce credible behaviors. Furthermore, in response to the constraints that are inherent to the urban simulation, our approach is capable of handling a large number of agents in real time. Our model is based on the principle that environmental objects provide services for performing actions with different qualities. We have therefore represented the semantic information of the objects related to their use, as services in an ontology of services. We used this ontology of services to calculate a QoS which allows us to sort the different objects which all perform the same action. Thus, we can compare between the services offered by different objects in order to provide the agents with the best objects that allow them to carry out their actions and exhibit behavioral credibility. To assess the impact of our model on the credibility of the produced behaviors, we defined an evaluation protocol for the semantic representation of virtual environment models. In this protocol, observers must assess the credibility of behaviors produced by the simulator using a semantic model of the environment. Through this evaluation, we show that our model can simulate agents whose behavior is deemed credible by human observers. We also present a qualitative assessment of the ability of our model to scale and meet the constraints of a real-time simulation. This evaluation allowed us to show that the characteristics of the architecture of our model allow us to respond in a reasonable amount of time to requests from a large number of agents.

Le CERV constitue à Brest un pôle d'excellence en réalité virtuelle à vocation européenne. Les systèmes que l'on cherche à modéliser sont de plus en plus complexes, du fait essentiellement de la diversité des composants, de la diversité des structures et de la diversité des interactions mises en jeu. Un système est alors a priori un milieu ouvert (apparition/disparition dynamique de composants) et hétérogène (morphologies et comportements variés). La réalité virtuelle implique pleinement l'utilisateur humain dans la simulation, rejoignant ainsi l'approche de la conception. La majorité des travaux en réalité virtuelle concerne l'immersion sensorimotrice de l'utilisateur humain au sein d'univers. Ces univers virtuels offrent à l'utilisateur la sensation d'être dans l'environnement et lui donne la possibilité d'y agir. Pour être complet, il faut également "qu'il s'y passe quelque chose", et pas seulement en terme de résultat des actions de l'utilisateur. Les entités qui peuplent les univers virtuels doivent donc avoir un comportement autonome. Ceci soulève la question suivante : comment doter une entité d'un comportement autonome dans un environnement virtuel complexe auquel l'homme participe ? Des techniques d'intelligence artificielle symbolique ont déjà été appliquées pour définir ces comportements. Mais ces techniques montrent très vite leurs limites car elles sont principalement basées sur des règles de comportements mises a priori par le concepteur. Or, dans des mondes virtuels complexes (simulation ouverte, hétérogène et participative), plusieurs entités vont avoir des comportements imprédictibles (variabilité comportementale des entités autonomes, libre arbitre de l'utilisateur), créant ainsi des situations toujours nouvelles. Et face à une situation non prévue par le programmeur, les entités auront le plus souvent des comportements inadaptés. C'est pourquoi les méthodologies tirées des systèmes artificiels adaptatifs peuvent contribuer à pallier ces limitations. Le travail que je poursuis porte sur la thématique de l'adaptation de comportements d'entités autonomes en environnement virtuel participatif. Adapter son comportement, c'est effectuer des transformations conduisant à s'adapter à son environnement. Cette adaptation aura pour objectif de rendre le comportement de l'entité virtuelle le plus crédible possible (ressemblant à un comportement humain). Pour cela, nous prenons le parti de considérer que l'entité doit apprendre au fur et à mesure des expériences, elle doit anticiper le comportement des autres entités et les conséquences sur l'environnement, elle doit également exploiter la présence de l'utilisateur humain dans l'univers virtuel pour adapter son comportement. Imaginons un monde virtuel où chaque entité, au même titre qu'un humain, aurait son propre comportement qui évolue automatiquement pendant la simulation. C'est tout l'enjeu des travaux de recherche présentés ici.