Ce travail porte sur la programmation et la verification des systemes reactifs. Il consiste dans une premiere partie en la definition d'un langage mixte imperatif/declaratif, nomme ArgoLus, fonde sur les langages synchrones Argos et Lustre. Argos est un langage imperatif a base d'automates paralleles et hierarchises. Lustre est un langage declaratif fonde sur le modele flots de donnees. Le langage ArgoLus permet de melanger au niveau source ces deux langages. La definition des traductions structurelles d'ArgoLus en Argos ou en Lustre offre deux solutions interessantes pour mettre en oeuvre ce langage, tout en profitant des environnements deja existants. Dans un deuxieme temps la semantique d'Argos en termes de graphes temporises a ete definie. Initialement, celle-ci est definie en termes de systemes de transitions etiquetees. L'inconvenient de ce modele est lie au phenomene d'explosion du nombre d'etats qui limite les possibilites de verification formelle. Une des causes de cette explosion est la presence dans les programmes de compteurs d'occurrences d'evenement. Les graphes temporises sont des automates etendus avec des compteurs de temps, dont la taille est independante des valeurs limites des compteurs du programme. Par consequent, ils sont moins sensibles au phenomene d'explosion du nombre d'etats, d'ou une amelioration des possibilites de verification formelle. De plus, il est possible grace a ce modele d'exprimer des proprietes quantitatives faisant reference au temps. Enfin, un troisieme aspect de ce travail porte sur l'utilisation pour les systemes reactifs d'outils de verification formelle, non concus exactement pour ce type de systemes.

Actuellement, l'accélération des opérations de traitement d'images est principalement obtenue par l'utilisation de calculateurs parallèles. De tels processeurs, a flot d'instructions unique et a flots de données multiples (simd), sont développés, mais s'ils s'avèrent efficaces pour les opérations de traitement d'images dites de bas niveau, ou la structure des données reste la même, ils se heurtent a de nombreux problèmes lorsqu'il s'agit des opérations de moyen et de haut niveau. Notamment lors des opérations de moyen niveau, une réorganisation aléatoire des données sur les processeurs doit être effectuée, tache difficilement exécutable sur les structures parallèles synchrones a mémoire distribuée. Le but de cette thèse était d'étendre les capacités d'un calculateur simd, afin qu'il puisse exécuter, efficacement, les opérations de traitement d'images de moyen niveau. L'étude des algorithmes représentatifs de cette classe d'opérations dégage les limites de ce calculateur que des modifications d'architecture permettent d'affranchir. C'est ainsi que Sympatix, le nouveau calculateur SIMD, a été proposé. Afin de le valider, son modèle comportemental décrit en VHDL langage de description de matériel a été élaboré. Grâce a ce modèle, les performances de la nouvelle structure sont ainsi directement mesurées, par simulations d'algorithmes de traitement d'images. L'approche par modélisation VHDL permet, de plus, d'effectuer la conception électronique descendante du système, ce qui, par ailleurs, offre un couplage aise entre les modifications architecturales du système et leur cout électronique. Les résultats obtenus montrent que Sympatix est adapte aux opérations de traitement d'images de bas et de moyen niveau, qu'il est ouvert a un calculateur de haut niveau, et qu'il est capable de supporter d'autres applications de vision. Ce manuscrit présente également, une méthodologie de conception descendante, basée sur le vhdl, et destinée aux architectes de systèmes électroniques

Le réalisme d'une application traitant de l'animation comportementale de foules est fondé d'une part sur le rendu graphique des scènes produites par l'application, mais aussi sur le réalisme du comportement lui-même. C'est ce dernier point qui est notre objet d'étude. Le réalisme du comportement d'une foule est avant tout global (réalisme macroscopique) : elle doit avoir des propriétés statistiques (densité, dispersion, vitesse moyenne,…) proches de celles d'une foule réelle. Il est aussi local (réalisme microscopique), c'est-à-dire que les agents ou groupes d'agents doivent idéalement avoir des comportements proches de ceux des humains ou groupes humains pris pour référence, tout au moins dans le domaine d'application restreint considéré. L'objet de cette thèse est de proposer un modèle générique pour effectuer des simulations comportementales de foules, pour pouvoir satisfaire simultanément les deux types de réalisme macroscopique et microscopique et rendre compte de la plupart des types de foules (foules homogènes, groupes, collection d'agents). Pour ce faire, nous avons dégagé quelques principes simples et peu coûteux en ressources. Nous introduirons la notion de contexte (global, localisé, et propagateur). Les contextes globaux et localisés appliqués à un groupe d'agents tendent à leur donner un même comportement et constituent ainsi un moyen de contrôle global de ces acteurs (réalisme macroscopique). Le contexte propagateur donne un moyen de propagation d'informations entre les agents de la foule (communication). Les agents eux-mêmes sont dotés de tendances qui, en les différenciant dans un même contexte, leur donne une variété de comportements qui concourt au réalisme microscopique. / The realism of crowd behavioral animation is based on one hand on a rendering of graphic scenes generated by the application, and on the other hand on the realism of the behavior. This is last point which is our object of study. The realism of crowds' behavior is essentially global (macroscopic realism). It must respect the required statistical characteristics of the crowd (density, dispersal, speed…) similar to those of a real crowd. The realism is also local (microscopic realism), i.e. agents should ideally behave like humans or human groups taken as reference, at least in the focus of the considered application. The aim of our research is to propose a generic model to perform crowd behavior simulation in order to simultaneously satisfy the criterion of macroscopic and microscopic realism and that may be used to build various crowd behavioral simulations (homogeneous crowds, groups, collections of agents). To do this, we identified some simple principles and inexpensive resources; we introduce the notion of context (global, localized, and propagator). Global contexts applied to a group of agents, it tends to give them the same behavior and thus constitutes a means for global control of those agents (macroscopic realism). Propagator contexts allow the propagation of information among agents (communication). Agents are themselves equipped with tendencies that differentiate them within the context, and give them a variety of behaviors that contributes to microscopic realism.

Le but de nos travaux est de définir des algorithmes permettant de simuler les déplacements de piétons dans un environnement urbain, en temps réel, et de manière crédible. Les modèles existants pour ce type d'exercice sont développés suivant deux types d'approches : microscopiques - les piétons sont modélisés comme des agents autonomes - et macroscopiques - les piétons sont considérés comme soumis à des lois d'écoulement. Selon nous, ces deux approches ne s'opposent pas, mais se complètent mutuellement. Aussi nous inspirons-nous des jeux de congestion et des SMA pour proposer une formulation générique du problème de déplacement de piétons. Nous introduisons la notion de ressource de navigation, décrite comme une région de l'espace que les agents utilisent pour atteindre leurs objectifs, et via lesquelles ils interagissent pour estimer leurs dépenses énergétiques, et nous proposons une stratégie de déplacement basée sur les heuristiques taboues. Le concept d'environnement issu du paradigme SMA s'avère adapté pour appréhender la complexité de la simulation. L'environnement est vu comme un composant indépendant et ontologiquement différent des agents. Une partie de la dynamique de la simulation est ainsi déléguée à l'environnement sans altérer l'autonomie des agents, ce qui favorise la crédibilité des résultats et le passage à l'échelle. Nous comparons notre modèle avec un modèle microscopique standard via plusieurs scénarii de simulation et montrons que notre modèle produit des résultats plus crédibles du point de vue d'un observateur extérieur et plus proches des études empiriques connues du déplacement des piétons. / In this work, we focus on real-time simulation of autonomous pedestrians navigation. Existing models for this purpose tend to diverge on whether to build on pedestrians' characteristics and local interactions - microscopic approaches - or to focus on pedestrians' flow regardless of individual characteristics - macroscopic approaches. Our position is that the two approaches should not be separated. Thus, we introduce a Macroscopic-Influenced Microscopic approach which aims at reducing the gap between microscopic and macroscopic approaches by providing credible walking paths for a potentially highly congested crowd of autonomous pedestrians. Our approach originates from a least-effort formulation of the navigation task, which allows us to consistently account for congestion at every levels of decision. We use the multi-agent paradigm and describe pedestrians as autonomous and situated agents who plan dynamically for energy efficient paths, and interact with each other through the environment. The navigable space is considered as a set of contiguous resources that agents use to build their paths. We emulate the dynamic path computation for each agent with an evolutionary search algorithm that implement a tabu search heuristic, especially designed to be executed in real-time and autonomously. We have compared an implementation of our approach with a standard microscopic model, against low-density and high density scenarios, with encouraging results in terms of credibility and scalability. We believe that microscopic models could be easily extended to embrace our approach, thus providing richer simulations of potentially highly congested crowd of autonomous pedestrians.

Le réalisme d'une application traitant de l'animation comportementale de foules est fondé d'une part sur le rendu graphique des scènes produites par l'application, mais aussi sur le réalisme du comportement lui-même. C'est ce dernier point qui est notre objet d'étude. Le réalisme du comportement d'une foule est avant tout global (réalisme macroscopique) : elle doit avoir des propriétés statistiques (densité, dispersion, vitesse moyenne,...) proches de celles d'une foule réelle. Il est aussi local (réalisme microscopique), c'est-à-dire que les agents ou groupes d'agents doivent idéalement avoir des comportements proches de ceux des humains ou groupes humains pris pour référence, tout au moins dans le domaine d'application restreint considéré. L'objet de cette thèse est de proposer un modèle générique pour effectuer des simulations comportementales de foules, pour pouvoir satisfaire simultanément les deux types de réalisme macroscopique et microscopique et rendre compte de la plupart des types de foules (foules homogènes, groupes, collection d'agents). Pour ce faire, nous avons dégagé quelques principes simples et peu coûteux en ressources. Nous introduirons la notion de contexte (global, localisé, et propagateur). Les contextes globaux et localisés appliqués à un groupe d'agents tendent à leur donner un même comportement et constituent ainsi un moyen de contrôle global de ces acteurs (réalisme macroscopique). Le contexte propagateur donne un moyen de propagation d'informations entre les agents de la foule (communication). Les agents eux-mêmes sont dotés de tendances qui, en les différenciant dans un même contexte, leur donne une variété de comportements qui concourt au réalisme microscopique.

Pour répondre au besoin de 14 millions de personnes, dont près de 10% vit en situation de perte d'autonomie ou de grande dépendance, notre société va devoir trouver rapidement des solutions de prise en charge. La télémédecine, et plus particulièrement la télésurveillance médicale à domicile, constitue aujourd'hui une solution pour pallier le manque de professionnels de santé face au fort accroissement de la population âgée en Europe. Dans ce contexte, nous nous intéressons au HIS -« Habitat intelligent pour la Santé ». Le travail de la thèse a été de développer un outil informatique de simulation des activités (déplacements) d'une personne suivie à l'intérieur d'un HIS. La création d'un simulateur est vue comme un moyen d'améliorer les performances et la qualité de service de la télésurveillance à domicile. Nous avons testé plusieurs méthodes de simulations (réseaux de neurones artificiel, chaines de Markov, urnes de Polya) et retenu les chaines de Markov cachées (HMM). Le simulateur a été implémenté en MATLAB à partir de la modélisation de données réelles provenant d'HIS occupés par des personnes âgées, dont certaines vivent seules. La validation des données produites par le simulateur a été effectuée par mesure de corrélation surfacique entre les données réelles et les données simulées. Ce travail ouvre la voie à la production de données d'activités simulées suivant un profil type de patient, sans passer par de longues et couteuses expérimentations de terrain. / Our societies will have to meet rapidly the needs of 14 million people who often live in situations of loss of autonomy or dependence with quick solutions supported. Telemedicine, and especially the home telemonitoring, is now a solution to alleviate the shortage of health professionals confronted to the great increase in population in Europe. In this context, we investigated the HIS "Smart Habitat for Health". The work of this thesis was to develop a digital simulator of activities (displacements) of a person followed within a HIS. The creation of a simulator is seen as a solution to improve performance and quality of service of home telemonitoring. We tested several methods of simulation (artificial neural networks, Markov chains, Polya urns) and retained the hidden Markov (HMM). This simulator was implemented under MATLAB, after the modeling of data collected in HIS occupied by elderly people, some living alone. Validation of data generated by the simulator was performed by measuring surface correlation between real and simulated data. This work paves the way for production activity data simulated according to a profile type of patient, without going through lengthy and costly field experiments.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche et de développement qui vise à mettre en place des technologies de simulation permettant de reproduire des comportements humains dans une ville. L'objectif de nos travaux est de définir des algorithmes permettant de simuler les déplacements d'une grande quantité de piétons dans un environnement urbain, en temps réel, et de manière crédible. Pour ce type d'exercice, plusieurs solutions existent. Ces solutions sont principalement développées à partir de deux types d'approches : les approches microscopiques, où les piétons sont modélisés comme des agents autonomes, et les approches macroscopiques, où les piétons sont considérés comme soumis à des lois d'écoulement continues ou discrètes. Notre position est que ces deux approches ne s'opposent pas, contrairement à ce qui ressort de la pratique courante, mais se complètent mutuellement. Privilégier l'une au détriment de l'autre fait courir le risque de produire des solutions partiellement satisfaisantes. Aussi nous sommes nous proposés de clarifier le cadre formel permettant d'appréhender la complexité des déplacements. En ligne avec plusieurs études statistiques et psychologiques sur le déplacement des piétons, nous explicitons un déplacement crédible comme un déplacement économe en énergie métabolique. Nous nous inspirons des jeux de congestion et du paradigme multi-agent pour proposer une formulation générique du problème de déplacement des piétons : nous introduisons la notion de ressources de navigation, que nous décrivons comme des régions de l'espace que les agents utilisent pour atteindre leurs destinations, et via lesquelles les agents interagissent pour estimer leurs dépenses énergétiques de manière robuste. Nous proposons une stratégie de déplacement basée sur les heuristiques taboues et nous considérons le principe influence et réaction pour implémenter les actions de déplacements. Le concept d'environnement issu du paradigme multi-agent s'avère particulièrement utile pour appréhender la complexité de la simulation. L'environnement est considéré comme un composant indépendant et ontologiquement différent des agents qui est pris en compte à tous les niveaux de décisions. Une importante partie de la dynamique de la simulation peut ainsi être déléguée à l'environnement sans altérer l'autonomie des agents. Cette séparation favorise à la fois la crédibilité des résultats et le passage à l'échelle. Nous avons choisi de comparer notre proposition avec un modèle microscopique standard à travers plusieurs scénarios de simulation. Il ressort de notre comparaison que notre modèle permet de reproduire des résultats plus crédibles du point de vue d'un observateur extérieur et plus proches des études empiriques connues sur les déplacements des piétons.