Le mouvement est une composante primordiale et nécessaire de notre existence. Nous l’utilisons tous les jours pour accomplir des tâches simples et essentielles, mais également pour communiquer. Que cela soit intentionnel ou non, nos mouvements signent nos différences interindividuelles, mais aussi intra-individuelles liées à nos états émotionnels, notre status, et nos intentions. Au cours d’une même journée, la cinématique de nos mouvements tend inéluctablement à évoluer et à s’adapter en fonction de notre environnement social. Ce qui différencie le mouvement des robots et des personnages virtuels de celui des humains est sa capacité à varier, un humain ne reproduisant jamais deux mouvements identiques. Néanmoins, ce contraste est de moins en moins évident. Depuis Darwin et ses travaux sur l’impact des émotions dans le mouvement jusqu’aux plus récentes études sur l’expressivité du mouvement dans des contextes d’interactions (p. ex. homme femme, interaction professeur-élève) et d’applications variées (p. ex. autisme, exergame), les chercheurs et entreprises cherchent à implémenter la variabilité du mouvement biologique humain dans les interactions homme-machine (IHM). En s’appuyant sur les Sciences sociales, du mouvement et de l’informatique, ce travail doctoral multidisciplinaire contribue à la compréhension de l’action et de la perception de mouvement expressif à travers trois études dans un contexte sportif d’interaction coach-élève. La première étude a pour objectif de comprendre comment l’expressivité du mouvement humain signe l’émotion perçue. Dans la seconde étude, nous envisageons plusieurs dyades composées de participants dont les status de passations et les conditions expérimentales évoluaient. Enfin, une dernière expérience orientée IHM a été réalisée. Au cours de celle-ci, des personnages virtuels expressifs ont été conçus pour interagir non verbalement avec les participants. Les résultats de ces travaux permettent de mettre en évidence que certains paramètres de l’expressivité du mouvement issue de séries temporelles (ST) (Energie, Caratère direct, Rigidité et l’étendue) sont nécessaires pour discriminer les affects, les status et les ressentis des participants au sein des interactions. La visée applicative de ce travail doctoral est la création d’un coach virtuel qui, au moyen de ces mouvements expressifs, permet une interaction dynamique et crédible. / Movement is a major component of our daily life. Every day we use it to both perform simple and essential task and to communicate. Intentionnal or not our movements sign our intraindividual and interindividual differences liked to our status, intentions and affects. In the same day, the cinematic of our movements evolve and adapt according of our social environnement. Distinction between movements of robot – virtual character and human movement is that the latter can vary. Indeed an identical movement made twice by a human will not be perfectly the same. However this specificity tends to change. From Darwin’s first works studying the impact of affect on movement to recent studies about movement expressivity in various interactive context (e.g. man-woman, student-professor interaction) and various applications (e.g. Autism, Exergames) researchers and entreprises seek to implement this human specificity in human computer interaction (HCI). Based on social science, movement science and computer science, this multidisciplinary work contributes to the understanding of action and perception of expressive movements thanks to three studies in coach-student sport context interaction. The first study aims at understanding how the perceived affect impact the expressivity of human movement. In the second study we examine dyadic interactions involving different status of participants and social set-up. Finaly we desgined an expressive full-body virtual agent and used it in an interactive trask. The main contribution of this PhD thesis is to show that expressivity features computed from different time-series (Energy, Caractère franc,rigidité and sptatial extent) are relevant to discriminate participants’ affects, status and thoughts. One goal and possible application of this work is the design of a virtual trainer allowing credible and dynamic full-body interactions thanks to its expressive movements.

Depuis la loi du 11-02-2005 pour l'égalité des droits et des chances, les lieux ouverts au public doivent accueillir les Sourds en Langue des Signes Française (LSF). C'est dans le cadre du développement d'outils technologiques de diffusion de LSF que nous avons travaillé, plus particulièrement au niveau de la traduction automatique du français écrit vers la LSF. Notre thèse commence par un état de l'art relatif aux connaissances sur la LSF (ressources disponibles et supports d'expression de la LSF) avant d'approfondir des notions de grammaire descriptive. Notre hypothèse de travail est la suivant : la LSF est une langue et, à ce titre, la traduction automatique lui est applicable. Nous décrivons ensuite les spécifications linguistiques pour le traitement automatique, en fonction des observations mises en avant dans l'état de l'art et des propositions de nos informateurs. Nous détaillons notre méthodologie et présentons l'avancée de nos travaux autour de la formalisation des données linguistiques à partir des spécificités de la LSF dont certaines (model verbal, modification adjectivale et adverbiale, organisation des substantifs, problématiques de l'accord) ont nécessité un traitement plus approfondi. Nous présentons le cadre applicatif dans lequel nous avons travaillé : les systèmes de traduction automatique et d'animation de personnage virtuel de France Telecom R&D. Puis, après un rapide état de l'art sur les technologies avatar nous décrivons nos modalités de contrôle du moteur de synthèse de geste grâce au format d'échange mis au point. Enfin, nous terminons par nos évaluations et perspectives de recherche et de développements qui pourront suivre cette Thèse. Notre approche a donné ses premiers résultats puisque nous avons atteint notre objectif de faire fonctionner la chaîne complète de traduction : de la saisie d'un énoncé en français jusqu'à la réalisation de l'énoncé correspondant en LSF par un personnage de synthèse.

Un grand défi pour les personnages virtuels est de pouvoir interagir avec des opérateurs humains en effectuant des tâches dans des environnements virtuels physiquement réalistes. Cette thèse s'intéresse particulièrement à l'interaction avec des opérateurs faiblement immergés, c'est-à-dire avec des opérateurs disposant du minimum d'équipement nécessaire à l'interaction, par exemple, une simple capture de mouvement des mains. Cela implique de doter le personnage virtuel de la capacité d'ajuster ses postures de manière autonome, d'accomplir les tâches requises par l'opérateur en temps réel en tâchant de suivre au mieux ses mouvements, tout en gérant de manière autonome les multiples contraintes dues aux interactions avec l'environnement virtuel. Cette thèse présente un système de contrôle hybride original qui permet de réaliser un personnage virtuel interactif avec certains niveaux de l'autonomie. Une approche d'optimisation de posture est proposée, permettant au personnage virtuel de chercher des postures optimales et robustes. Un cadre de contrôle multi-objectif est développé, pouvant gérer plusieurs objectifs de tâches et de multiples contacts. Il permet au personnage d'effectuer les tâches de suivi de mouvement et les tâches de manipulation d'objets dans un environnement virtuel physiquement réaliste, tout en interagissant avec un opérateur en temps réel. Une méthode de type "wrench-bound" est développée. Il s'agit d'une nouvelle approche de contrôle hiérarchisé comportant différents niveaux de priorité, permettant d'imposer des contraintes d'inégalité sur la tâche de haute priorité, tout en assurant la passivité du système pour garantir la stabilité des opérations.

Depuis la loi du 11-02-2005 pour l’égalité des droits et des chances, les lieux ouverts au public doivent accueillir les Sourds en Langue des Signes Française (LSF). C’est dans le cadre du développement d’outils technologiques de diffusion de LSF que nous avons travaillé, plus particulièrement au niveau de la traduction automatique du français écrit vers la LSF. Notre thèse commence par un état de l’art relatif aux connaissances sur la LSF (ressources disponibles et supports d’expression de la LSF) avant d’approfondir des notions de grammaire descriptive. Notre hypothèse de travail est la suivant : la LSF est une langue et, à ce titre, la traduction automatique lui est applicable.Nous décrivons ensuite les spécifications linguistiques pour le traitement automatique, en fonction des observations mises en avant dans l’état de l’art et des propositions de nos informateurs. Nous détaillons notre méthodologie et présentons l’avancée de nos travaux autour de la formalisation des données linguistiques à partir des spécificités de la LSF dont certaines (model verbal, modification adjectivale et adverbiale, organisation des substantifs, problématiques de l’accord) ont nécessité un traitement plus approfondi. Nous présentons le cadre applicatif dans lequel nous avons travaillé : les systèmes de traduction automatique et d’animation de personnage virtuel de France Telecom R&D. Puis, après un rapide état de l’art sur les technologies avatar nous décrivons nos modalités de contrôle du moteur de synthèse de geste grâce au format d’échange mis au point. Enfin, nous terminons par nos évaluations et perspectives de recherche et de développements qui pourront suivre cette Thèse.Notre approche a donné ses premiers résultats puisque nous avons atteint notre objectif de faire fonctionner la chaîne complète de traduction : de la saisie d'un énoncé en français jusqu'à la réalisation de l'énoncé correspondant en LSF par un personnage de synthèse. / Since the law was voted the 11-02-2005 for equal rights and opportunities: places open to anyone (public places, shops, internet, etc.) should welcome the Deaf in French Sign Language (FSL). We have worked on the development of technological tools to promote LSF, especially in machine translation from written French to FSL.Our thesis begins with a presentation of knowledge on FSL (theoretical resources and ways to edit FSL) and follows by further concepts of descriptive grammar. Our working hypothesis is: FSL is a language and, therefore, machine translation is relevant.We describe the language specifications for automatic processing, based on scientific knowledge and proposals of our native FSL speaker informants. We also expose our methodology, and do present the advancement of our work in the formalization of linguistic data based on the specificities of FSL which certain (verbs scheme, adjective and adverb modification, organization of nouns, agreement patterns) require further analysis.We do present the application framework in which we worked on: the machine translation system and virtual characters animation system of France Telecom R&D.After a short avatar technology presentation, we explain our control modalities of the gesture synthesis engine through the exchange format that we developed.Finally, we conclude with an evaluation, researches and developments perspectives that could follow this thesis.Our approach has produced its first results since we have achieved our goal of running the full translation chain: from the input of a sentence in French to the realization of the corresponding sentence in FSL with a synthetic character.

Du fait de l'importance accrue des personnages virtuels dans tous les secteurs du loisir numérique, la<br />simulation de chevelures est devenue, ces dernières années, un thème de recherche très actif en informatique graphique. Par ailleurs, la simulation physique de cheveux attire de plus en plus l'attention des cosmétologues, qui voient dans le prototypage virtuel un moyen efcace pour mettre au point des produits capillaires.<br />Cette thèse s'attaque à deux grandes difcultés antagonistes liées à la simulation de chevelures : d'une part, la simulation en temps interactif d'une chevelure complète ; d'autre part, le réalisme physique de la forme et du mouvement d'une chevelure.<br />Dans un premier temps, nous élaborons de nouveaux algorithmes visant à réduire le coût de calcul inhérent<br />aux méthodes classiques d'animation de chevelures. Nos approches exploitent pour la première fois l'animation multi-résolution et le rendu volumique de longs cheveux, donnant lieu à des simulations interactives.<br />Dans un second temps, nous proposons un modèle physiquement réaliste de chevelure, réalisé en collaboration avec des spécialistes en modélisation mécanique et en cosmétologie. Nous présentons tout d'abord le modèle mécanique précis de cheveu unique, issu de la théorie de Kirchhoff sur les tiges élastiques, dont nous avons participé à l'élaboration au cours de ce partenariat. Étendu à l'échelle de la chevelure complète, ce modèle est ensuite appliqué à la génération réaliste de coiffures naturelles tatiques, puis à la simulation dynamique de chevelures d'origines ethniques variées, avant d'être nalement validé à travers un ensemble de comparaisons avec le réel.