À partir du constat de la présence de procédés d'empreinte dans mon travail en arts visuels, le mémoire-création aborde les possibles transpositions de l'empreinte à la danse, en utilisant le terme d'« empreinte-mouvement » de Georges Didi-Huberman. Si l'empreinte forme une marque pérenne par le contact réel entre un corps et une matière, les écrits et les œuvres du sculpteur Giuseppe Penone invitent à penser qu'elle crée également une résonance dans le soma (corps vivant) de celui qui s'imprime. La dimension vécue de l'empreinte semble pouvoir la mettre en mouvement et aviver la possibilité du lien entre empreinte et mouvement. Dans cette quête du dialogue entre empreinte graphique et empreinte corporelle, quatre esquisses chorégraphiques (Dans les carnets, Dans la peau, Dans les plis, Dans les poids, jaillir) ont été réalisées pour répondre à la question : qu'est-ce qui qualifie l'« empreinte-mouvement » et comment la travailler dans un processus de création chorégraphique? Le mémoire écrit témoigne du chemin de conscience que l'autopoïétique de ces quatre projets a dessiné. De l'analyse des processus de création ont émergé des notions de poids, faisant écho à l'empreinte qui, pour être formée, nécessite un poids, la pression d'un objet dans la matière. Différents « poids » sont devenus lieux d'origine des mouvements. Chaque esquisse a été l'occasion de mettre en lumière des poids - physiques, psychiques et imaginaires - qui creusent la chair, inscrivant autant le corps que la pensée. L'esquisse 1, solo, a permis la prise de conscience du poids psychique à l'œuvre dans le geste et initié l'importance de la dimension pondérale du corps. L'esquisse 2, duo, a insisté sur le poids de la peau en tant que frontière de l'individualité. L'esquisse 3, solo, a travaillé l'origine du mouvement à partir de la sensation de mon propre poids et de ma propre peau. L'esquisse 4 a prolongé cette quête de l'origine-poids à partir de la sensation gravitaire intime de chacune des cinq interprètes. La recherche-création a permis de cerner que l'intégrité de l'empreinte-mouvement tient au lien continu qu'elle entretient avec son origine-poids. L'empreinte-mouvement semble donc pouvoir être formulée à partir des empreintes qui investissent l'être qui danse, nécessitant dès lors une « fouille » en soi, dans la mémoire du corps. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Empreinte (Art), Chorégraphie, Recherche-création, Poids du corps, Origine du mouvement, Giuseppe Penone

Cette thèse est située dans le contexte des applications de la capture de mouvement humain dont le but est d'inférer la position du corps humain. Les systèmes de capture de mouvement sont des outils "software" et hardware " qui permettent le traitement en temps réel ou en temps différé de données permettant de retrouver le mouvement (position, orientation) d'un objet ou d'un humain dans l'espace. Différents systèmes de capture de mouvement existent sur le marché. Ils diffèrent essentiellement par leur technologie mais nécessitent une adaptation de l'environnement et parfois l'équipement de la personne. Dans cette thèse, on présente un nouveau système de capture de mouvement permettant d'obtenir l'orientation 3D ainsi que l'accélération linéaire d'un mobile à partir des mesures fournies par une minicentrale, développée au sein du CEA-LETI. Cette minicentrale utilise une configuration minimale, à savoir un triaxe magnétomètre et un triaxe accéléromètre. Dans ce travail, on propose différents algorithmes d'estimation de l'attitude et des accélérations recherchées. La rotation est modélisée à l'aide d'un quaternion unitaire. Dans un premier temps, on a considéré le cas d'une seule centrale d'attitude. On s'est intéressé au problème à 6DDL, dont le but est d'estimer l'orientation d'un corps rigide et ses trois accélérations linéaires à partir des mesures fournies par la minicentrale et d'un algorithme d'optimisation. Dans un second temps, on s'est intéressé au cas de la capture de mouvement de chaînes articulées (bras et jambe). A partir d'hypothèses ad-hoc sur les accélérations au niveau des liaisons pivot, on reconstruit le mouvement de la chaîne articulé (orientation) du segment ainsi que l'accélération en des points particuliers du segment. Ces différentes approches ont été validées avec des données simulés et réelles.

Le but de cette thèse est le transfert du mouvement humain vers un robot humanoïde en ligne. Dans une première partie, le mouvement humain, enregistré par un système de capture de mouvement, est analysé pour extraire des caractéristiques qui doivent être transférées vers le robot humanoïde. Dans un deuxième temps, le mouvement du robot qui comprend ces caractéristiques est calculé en utilisant la cinématique inverse avec priorité. L'ensemble des tâches avec leurs priorités est ainsi transféré. La méthode permet une reproduction du mouvement la plus fidèle possible, en ligne et pour le haut du corps. Finalement, nous étudions le problème du transfert mouvement des pieds. Pour cette étude, le mouvement des pieds est analysé pour extraire les trajectoires euclidiennes qui sont adaptées au robot. Les trajectoires du centre du masse qui garantit que le robot ne tombe pas sont calculées `a partir de la position des pieds et du modèle du pendule inverse. Il est ainsi possible réaliser une imitation complète incluant les mouvements du haut du corps ainsi que les mouvements des pieds. / The aim of this thesis is to transfer human motion to a humanoid robot online. In the first part of this work, the human motion recorded by a motion capture system is analyzed to extract salient features that are to be transferred on the humanoid robot. We introduce the humanoid normalized model as the set of motion properties. In the second part of this work, the robot motion that includes the human motion features is computed using the inverse kinematics with priority. In order to transfer the motion properties a stack of tasks is predefined. Each motion property in the humanoid normalized model corresponds to one target in the stack of tasks. We propose a framework to transfer human motion online as close as possible to a human motion performance for the upper body. Finally, we study the problem of transfering feet motion. In this study, the motion of feet is analyzed to extract the Euclidean trajectories adapted to the robot. Moreover, the trajectory of the center of mass which ensures that the robot does not fall is calculated from the feet positions and the inverse pendulum model of the robot. Using this result, it is possible to achieve complete imitation of upper body movements and including feet motion

Un nombre croissant de systèmes d'analyse tridimensionnelle du mouvement sont utilisés dans des domaines aussi variés que l'ergonomie, l'entraînement sportif ou encore l'évaluation médicale. Cependant, de réelles difficultés persistent quant à l'intégration des résultats numériques de ces systèmes dans le processus de prise de décision. L'objet de ce travail est de proposer une méthodologie permettant une étude rigoureuse d'un mouvement et une intégration des résultats numériques au processus de prise de décision. Cette méthodologie est ensuite appliquée à la marche du sujet hémiplégique. Ce mémoire développe la méthodologie et son application en cinq chapitres. Une synthèse des principales difficultés à franchir tant au niveau humain que matériel pour une contribution effective de l'analyse tridimensionnelle du mouvement au processus de prise de décision est réalisée. A ceci s'ajoute une présentation des principales contraintes et finalités communes à l'analyse du mouvement (chapitre I). La proposition méthodologique est constituée de cinq étapes : 1) l'élaboration de la base de connaissances indispensables, 2) l'identification des indicateurs qualifiés à mesurer, 3) l'élaboration de leurs conditions d'enregistrement, 4) la définition des pré-traitements et de la mise en forme des données et 5) la définition des modalités de présentation et d'accès aux informations (chapitre II). La méthode est ensuite appliquée à l'analyse de la marche du sujet hémiplégique dans la perspective d'en améliorer l'évaluation fonctionnelle (chapitre III). La méthodologie proposée a permis de mettre en évidence les lacunes de la démarche d'analyse généralement appliquées. Elle a également permis de définir les principes de fonctionnement et la maquette d'une interface graphique d'aide à l'évaluation fonctionnelle de la marche du sujet hémiplégique (chapitre IV). Enfin, un bilan de l'ensemble de ce travail de thèse et des perspectives qui s'en dégagent est réalisé (chapitre V). L'élaboration d'une méthodologie générale d'analyse du mouvement humain qui regroupe toutes les étapes d'analyse, du recueil d'informations jusqu'à leur présentation, adaptée à l'utilisateur des résultats, permet donc des applications dans des domaines très variés.

Je présenterai mes activités de recherche en vision par ordinateur effectuées au sein des équipes MOVI et LEAR du laboratoire GRAVIR depuis l'année 2000, sur l'estimation de la pose et du mouvement articulaire humain à partir d'images monoculaires, et sur d'autres sujets liés au traitement d'image, à la vision géométrique et à l'apprentissage statistique. Les travaux sur le mouvement humain se divisent en trois parties : l'approche par modélisation 3-D explicite, où notre contribution porte sur l'optimisation non-convexe de la pose ; l'approche 2-D où nous contribuons un détecteur de personnes et un modèle dynamique du mouvement ; et une approche 3-D par apprentissage, sans modèle explicite.

Mes activités de recherche portent sur l'analyse et l'interprétation des mouvements humains à partir de données visuelles avec comme application principale l'amélioration du processus de communication entre l'homme et la machine. L'idée sous-jacente est de tendre vers une communication homme machine non pas par l'intermédiaire des traditionnels écran/clavier/souris mais vers un processus plus « humain » de communication. Ceci suppose que la machine est capable de reconnaître et d'interpréter tous les signes de communication humaine à savoir le langage verbal mais aussi tous les signes de communication non verbale. Nous nous plaçons donc en amont de la problématique des interactions homme-machine proprement dites. Ces travaux se focalisent sur l'interprétation des gestes humains de communication non verbale et en particulier sur l'interprétation des expressions faciales, des mouvements de la tête rigides (hochements...) ou non rigides (clignements, bâillement...), de certains gestes de mains (langage parlé complété destiné aux malentendants) ainsi que de certaines postures (assis, debout...).

Le but de cette thèse est le transfert du mouvement humain vers un robot humanode en ligne. Dans une premire partie, le mouvement humain, enregistré par un système de capture de mouvement, est analysé pour extraire des caractéristiques qui doivent être transférées vers le robot humanoïde. Dans un deuxième temps, le mouvement du robot qui comprend ces caractéristiques est calculé en utilisant la cinématique inverse avec priorité. L'ensemble des tâches avec leurs priorités est ainsi transféré. La méthode permet une reproduction du mouvement la plus fidèle possible, en ligne et pour le haut du corps. Finalement, nous étudions le problème du transfert mouvement des pieds. Pour cette étude, le mouvement des pieds est analysé pour extraire les trajectoires euclidiennes qui sont adaptées au robot. Les trajectoires du centre du masse qui garantit que le robot ne tombe pas sont calculées à partir de la position des pieds et du modèle du pendule inverse. Il est ainsi possible réaliser une imitation complète incluant les mouvements du haut du corps ainsi que les mouvements des pieds.

Depuis plusieurs années, la simulation de mouvements d'humains virtuels est devenue un enjeu important pour de nombreux domaines. Comprendre le fonctionnement du mouvement humain et le simuler intéresse des disciplines variées, telles que l'animation par ordinateur, la robotique, la biomécanique, etc. Dans le cas de l'animation d'humains virtuels, le but est d'utiliser ces connaissances pour créer des humanoïdes aussi réalistes que possible. De nombreux travaux ont été déjà été réalisés, permettant désormais de gérer de nombreuses tâches avec des mouvements fidèles à ce qu'un humain aurait réalisé. L'une des contraintes importante du réalisme du mouvement humain est le respect des lois de la dynamique. Tout humain est soumis à ces lois inviolables, faisant partie des lois de la physique. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude et la modélisation simplifiée de la dynamique du mouvement humain afin d'atteindre des performances compatibles avec des applications interactives. Le travail proposé se décompose donc en trois parties : analyser le comportement de l'être humain face à certaines contraintes dynamiques, évaluer la capacité d'un utilisateur à percevoir les subtilités gestuelles induites par ces contraintes et proposer une nouvelle méthode d'animation d'humains virtuels tirant le meilleur profit de ces connaissances. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes donc tout d'abord penchés sur l'étude de la mesure d'équilibre dynamique du mouvement humain. Différents critères de mesure de l'équilibre et du déséquilibre du mouvement humain existent depuis des années en biomécanique et robotique. Dans le but d'évaluer l'efficacité de ces critères, nous avons réalisé une étude portant sur différent types de mouvements pour catégoriser le domaine d'utilisation optimal de chaque critère. Cependant, si la dynamique joue un rôle crucial dans le réalisme du mouvement, peu de travaux traitent de la perception des propriétés dynamiques. Dans le but de définir un seuil de perception, nous avons étudié la capacité des utilisateurs à détecter la masse d'un objet porté par un humain réel (vidéo) ou virtuel (animation). Il sort de l'étude réalisée qu'une faible différence de charge portée par un humain n'est pas perçue. Cependant, nous ne notons pas différence de précision si la séquence provient d'une vidéo ou d'une animation en images de synthèse. Ainsi, malgré le fait que des informations soient perdues lors du processus de capture de mouvements et de synthèse, les éléments liés à la dynamique du mouvement sont préservées et perçus par l'utilisateur. Au vu de l'imprécision avec laquelle un utilisateur perçoit les adaptations gestuelles dues à des contraintes dynamiques, nous avons proposé un modèle simplifié d'adaptation du mouvement en réponse à de nouvelles contraintes dynamiques. Lorsqu'un humain virtuel est soumis à des perturbations non présentes dans le mouvement d'origine, la méthode traite séparément l'adaptation posturale et temporelle du mouvement, entraînant une légère imprécision au profit d'une amélioration considérable du temps de calcul. Le mouvement obtenu est davantage adapté aux contraintes dynamiques que ne l'était celui d'origine, à moindre coût de calcul.

Le langage du corps tient une place prépondérante dans la communication sociale et ceci dès la petite enfance. L'objectif de ce travail de thèse est de déterminer la contribution du corps en action dans la compréhension des interactions sociales (IS). L'approche développementale nous renseigne sur les mécanismes présidant à sa mise en place chez l'enfant, être éminemment social. En revanche dans l'autisme, trouble neurodéveloppemental complexe, la dimension sociale est altérée. Nos études questionnent dans cette pathologie l'utilisation de l'information portée par le corps en mouvement, dans un contexte social. L'originalité de notre paradigme expérimental repose sur l'utilisation de mouvements humains (MH), ou animations en points lumineux, qui permettent d'isoler l'information sociale portée par le corps en action. Nous avons présenté à nos sujets des scènes visuelles présentant deux acteurs engagés dans une interaction sociale ou pas. Une double approche, comportementale et en IRMf, nous éclaire sur l'utilisation et la mise en place de la simulation motrice et nous permet de questionner son implication dans l'autisme. Nous montrons que les enfants entre 4 et 6 ans et les enfants autistes utilisent les informations visuelles portées par le MH pour comprendre une IS, bien que leurs performances ne soient pas encore optimales. Chez l'adulte, en plus du réseau de la mentalisation attendu, nous avons mis en évidence l'importance du réseau des mécanismes miroirs dans la cognition sociale. Chez l'enfant, l'IRMf nous a permis de rapporter pour la première fois un recrutement fonctionnel précoce du gyrus frontal inférieur, siège du système des neurones miroirs, lors de l'observation des scènes sociales. La discussion générale établit un lien étroit entre la mise en place du mécanisme miroir et la construction des représentations de l'action, elle interroge aussi l'intégrité de ce processus dans l'autisme. En conclusion, ces études ouvrent la voie au rôle fondateur du mécanisme miroir dans le développement social de l'enfant.

Les travaux présentés dans ce manuscrit d'Habilitation à Diriger des Recherches concernent la problématique de la planification de trajectoires pour un système robotique. Nous présentons des méthodes et des algorithmes qui calculent automatiquement des trajectoires géométriques sans collision et qui prennent en compte les contraintes du système pour effectuer une tâche. Dans une première partie, nous nous intéressons aux robots mobiles à roues. Nous avons développé une algorithmique pour calculer, si elle existe, une trajectoire pour un robot articulé en terrain accidenté qui garantit les contraintes de validité (stabilité, contraintes mécaniques et non collision). Afin d'améliorer la robustesse de notre approche, il est apparu nécessaire de prendre en compte le lien entre planification, localisation et exécution. Nous proposons une méthode pour définir automatiquement les amers pertinents à sélectionner le long de la trajectoire et étudions les conditions de leurs enchaînements. Nous transformons ainsi une planification de trajectoire géométrique en une suite de tâches référencées capteurs. Nous nous sommes ensuite intéressés au problème de recouvrement de surface pour lequel c'est la tâche robotique qui amène à définir implicitement une trajectoire. Nous avons développé une nouvelle approche incluant la gestion automatique des zones de fourrière. Dans une deuxième partie, nous avons étendu la problématique hors du champ de la robotique à roues. Nous avons commencé par combiner les avantages de différentes techniques de planification probabiliste afin de résoudre plus e cacement le problème des passages étroits. Il est alors apparu intéressant de faire coopérer un opérateur humain avec un algorithme de recherche probabiliste. Nous proposons une variante basée sur les Rapidly-exploring Random Trees pour construire un RRT-Interactif qui améliore le guidage d'un opérateur lors d'une tâche d'assemblage dans un environnement virtuel. Pour mieux comprendre le mouvement h umain, nous avons appliqué des principes moteurs neurobiologiques pour le contrôle du geste d'atteinte des robots humanoïdes. Nous montrons que cette approche permet de générer des mouvements réalistes qui respectent les caractéristiques du mouvement humain et qu'il est ensuite possible de synthétiser les mouvements d'atteinte par une combinaison de primitives motrices. Pour conclure, il nous semble intéressant d'étendre nos travaux, d'une part en planifiant des mouvements réalistes par rapport au mouvement humain en vue de l'introduction de mannequins numériques ; d'autre part, en planifiant des mouvements pour des objets déformables car de nombreux problèmes pratiques ne peuvent pas être résolus en considérant des objets rigides.