Présentation du formalisme, notion d'observateur. Application du formalisme au contrôle des procédés. Analyse des langages et systèmes dans l'esprit du formalisme. Algorithmes et automates de séquence. Syntaxe du langage CSL. Proposition d'un interpréteur CSL. Application à une installation d'emballage et de stockage de lampes électriques

Après un état de l'art sur l'ordonnancement en général et l'ordonnancement temps réel en particulier permetttant de préciser les notions utilisées par la suite et après avoir motivé l'intérêt d'une nouvelle contrainte temps réel de latence, nous proposons un modèle qui formalise les systèmes temps réel avec contraintes de précédences, de périodicités et de latences. Dans ce modèle, les précédences sont définies par un graphe orienté acyclique infiniment répété. Pour le cas monoprocesseur, on étudie trois problèmes d'ordonnancement : celui des systèmes avec contraintes de précédences et de périodicités, celui des systèmes avec contraintes de précédences et de latences et enfin celui des systèmes avec contraintes de précédences, de périodicités et de latences. Pour chaque problème on étudie la cohérence entre les différentes contraintes, on donne des conditions d'ordonnançabilité et on propose un algorithme prouvé optimal dans le sens où s'il y a un ordonnancement, l'algorithme le trouvera. On passe ensuite au cas multiprocesseur où l'architecture est définie par un graphe non-orienté. On étudie trois problèmes d'implantation (distribution et ordonnancement) dans les mêmes cas qu'en monoprocesseur en tenant compte des temps de communications. On prouve que ces trois problèmes sont NP-difficiles et on propose, donc, des heuristiques. Les performances de chaque heuristique sont comparées à celles d'algorithme exacte de type "branch and bound", en utilisant des simulations numériques.

L'objet de cette thèse est l'étude d'une représentation structurée pour les sons polyphoniques. Dans un premier temps, certains pics (maxima locaux du spectre de puissance) sont sélectionnés dans une succession de spectres à court terme. Un algorithme dit de "suivi de partiels" relie ensuite de trame en trame certains de ces pics pour former des partiels : oscillateurs quasi-sinusoïdaux dont les paramètres de fréquence et d'amplitude évoluent lentement et de façon continue au cours du temps. Les contraintes liées à l'analyse de signaux polyphoniques amènent des artefacts dans la représentation spectrale, des pics sont manquants ou corrompus. Ces dégradations rendent le plus souvent inopérantes les techniques de suivi de partiel basées sur des heuristiques simples. L'utilisation des contraintes relatives au modèle sinusoïdal, comme le caractère prédictible des évolutions des paramètres des partiels de même que l'absence théorique de hautes fréquences dans ces évolutions permettent de proposer de nouveaux algorithmes de suivi adaptés au problème posé. Cette plus grande fidélité se fait au détriment du coût de calcul, coût qui reste toutefois raisonnable pour la plupart des méthodes proposées dans ce document. L'ensemble des partiels extraits se doit d'avoir de bonnes propriétés pour permettre ensuite une agrégation sans ambiguïté. Une première série de tests évalue un algorithme pour ses propriétés intrinsèques, tandis que la seconde série évalue les propriétés de cet algorithme lorsqu'il est inclus dans un module complet d'analyse / synthèse. A la suite d'un défaut de transmission ou d'une insuffisance de l'analyse, certains partiels peuvent être incomplets ou dégradés. Ces partiels sont alors reconstruits selon un algorithme original d'interpolation basée sur la prédiction linéaire des paramètres de fréquences et d'amplitude évitant les discontinuités de phase aux bornes de la zone interpolée. Enfin, les partiels présentant certaines corrélations sont ensuite agrégés pour former des entités sonores, chaque entité étant perçue par le système auditif humain non plus comme plusieurs sons simples mais comme un unique son complexe. On utilise pour cela plusieurs indices issus d'études psychoacoustiques tels que l'apparition simultanée de partiels, leur relation d'harmonicité et les évolutions corrélées de leurs paramètres.

Cette thèse se situe à l'interface de deux des sujets de recherche du LEPSi8S, la perception et la réalité virtuelle, appliqués aux transports routiers. L'objectif de la thèse est d'améliorer l'état de l'art concernant le rendu des images de synthèse pour les simulateurs de conduite. L'axe privilégié est le réalisme perceptif des images. L'approche retenue propose un mode de rendu High Dynamic Range, qui permet de générer une image en luminance. La technique proposée permet de réutiliser des environnements virtuels classiques, avec un minimum d'informations supplémentaires concernant les sources lumineuses. Les textures et matériaux existants sont utilisés pour un rendu aussi proche physiquement de la réalité que possible. Ensuite, l'image est traitée avec un opérateur de reproduction de tons, qui compresse la dynamique pour tenir compte des limites liées au dispositif d'affichage, tout en respectant autant que possible un réalisme perceptif du rendu. L'opérateur a été choisi de façon à ce qu'il soit adapté à la simulation de conduite, notamment pour les cas extrêmes (nuit, éblouissement, soleil rasant). Une simulation de l'éblouissement a également été implémentée. L'ensemble du rendu est temps réel, et a été intégré dans la boucle visuelle les simulateurs de conduite du LEPSiS. Enfin, des comparaisons réel-virtuel ont permis de montrer la qualité du rendu HDR obtenu. Des expérimentations avec sujets, sur des photographies (avec une référence réelle) et sur des vidéos, ont de plus montré les meilleures performances d'un opérateur doté d'un modèle visuel humain pour la simulation de conduite, notamment par sa capacité à s'adapter temporellement aux variations de luminance.

Ce mémoire de thèse présente la réalisation d'un système de localisation pour un robot mobile fondé sur la vision monoculaire. L'objectif de ces travaux est de pouvoir faire naviguer un véhicule robotique sur parcours donné en milieu urbain. Le robot est d'abord conduit manuellement. Pendant cette phase d'apprentissage, la caméra embarquée enregistre une séquence vidéo. Après un traitement approprié hors ligne, une image prise avec le même matériel permet de localiser le robot en temps réel. Cette localisation peut être utilisée pour commander le robot et faire en sorte qu'il suive de façon autonome le même parcours que durant la phase d'apprentissage. Le principe retenu consiste à construire une carte tridimensionnelle de la zone parcourue pendant la phase d'apprentissage, puis à se servir de la carte pour se localiser. Une grande partie de ce mémoire est consacré à l'étude des performances du système

Le docking moléculaire est une tâche complexe, difficile à appréhender pour une personne seule. C'est pourquoi, nous nous proposons d'étudier la distribution cognitive des charges de travail à travers la collaboration. Une plate-forme distribuée de déformation moléculaire interactive a été mise en place afin d'étudier les avantages mais aussi les limites et les contraintes du travail collaboratif étroitement couplé. Cette première étude, basée sur trois expérimentations, a permis de valider l'intérêt d'une approche collaborative pour des tâches complexes à fort couplage. Cependant, elle a mis en évidence des conflits de coordination ainsi que des problématiques liées à la dynamique d'un groupe. Suite à cette première étude, nous avons proposés une nouvelle configuration de travail associée à des métaphores de communication haptiques afin d'améliorer la communication et les interactions entre les différents collaborateurs. Une dernière expérimentation avec des biologistes a permis de montrer l'utilité de la communication haptique pour le travail collaboratif sur des tâches complexes à fort couplage.

L'animation de scènes virtuelles en synthèse d'images est une technique maîtrisée, largement utilisée pour les effets spéciaux cinématographiques et les jeux vidéos. Elle se limite toutefois la plupart du temps à l'animation manuelle d'objets rigides. Cette thèse se propose de chercher à générer automatiquement les déformations d'un objet mou, qui plus est en temps-réel. L'application visée est la création d'un simulateur chirurgical d'opérations minimalement invasives destiné à terme à la formation des chirurgiens. Les méthodes actuelles ne permettent pas d'obtenir à la fois un réalisme visuel satisfaisant et une animation en temps-réel. Pour y parvenir nous avons utilisé les lois de l'élasticité linéaire qui garantissent le réalisme de l'animation et assurent qu'un même comportement de l'objet sera approché, quelle que soit la finesse de la discrétisation. Nous proposons alors une méthode de simulation multirésolution, qui adapte automatiquement en fonction de la simulation, pour chaque zone de l'objet, la précision des calculs pour obtenir un compromis entre une simulation grossière et très rapide ou au contraire une animation plus précise utilisant davantage de points. La partie de l'organe proche de l'outil manipulé par l'utilisateur sera ainsi animée avec une grande précision, qui diminuera dans les régions lointaines, moins importantes visuellement. Ces travaux ont abouti à la réalisation d'un prototype de simulateur chirurgical offrant une animation en temps-réel grâce à l'utilisation de la multirésolution. Le réalisme est accru par l'utilisation d'un dispositif à retour d'effort simulant la résistance de l'organe à la déformation, calculée grâce au modèle physique interne.

Les systèmes temps réel à contraintes temporelles strictes sont caractérisés par des ensembles de tâches pour lesquelles sont connus l'échéance, le modèle d'arrivée (fréquence) et la durée d'exécution pire cas (WCET). Nous nous intéressons à l'ordonnancement de ces systèmes sur plate-forme multiprocesseur. Garantir le respect des échéances pour un algorithme d'ordonnancement est l'une des problématiques majeures de cette thématique. Nous allons plus loin en nous intéressant à la sûreté temporelle, que nous caractérisons par les propriétés (i) de robustesse et (ii) de viabilité. La robustesse consiste à proposer un intervalle sur les augmentations(i-a) de WCET et (i-b) de fréquence tel que les échéances soient respectées. La viabilité consiste cette fois à garantir le respect des échéances lors du relâchement des contraintes (ii-a) de WCET (réduction), (ii-b) de fréquence (réduction) et (ii-c) d'échéance(augmentation). La robustesse revient alors à tolérer l'imprévu, tandis que la viabilité est la garantie que l'algorithme d'ordonnancement n'est pas sujet à des anomalies suite à un relâchement de contraintes. Nous considérons l'ordonnancement en priorités fixes, où chaque occurrence d'une tâche est ordonnancée avec la même priorité. Dans un premier temps, nous étudions la propriété de robustesse dans les approches d'ordonnancement hors-ligne et sans migration (partitionnement). Nous traitons le cas des tâches avec ou sans partage de ressources. Dans un second temps, nous étudions la propriété de viabilité d'une approche d'ordonnancement en ligne avec migrations restreintes et sans partage de ressources

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet AROS (Automotive Robust Operating Services). Il a pour objectif de proposer un outil de prototypage rapide d'applications dynamiques distribuées temps-réel, principalement dans le domaine de l'automobile et de la robotique. Les applications distribuées temps-réel sont traditionnellement développées selon deux approches. La première, l'ordonnancement temporel, est basée sur l'analyse du pire temps d'exécution (worst execution time). Un partage du temps entre les différentes tâches de l'application est établi de façon statique. Cette technique offre une grande sureté de fonctionnement au prix d'une analyse temporelle parfois difficile à mener. La seconde, l'ordonnancement par priorité, est basée sur l'attribution à chaque tâche d'un niveau de priorité qui permet d'établir l'ordre d'exécution en fonction des évènements reçus par le système. Cette seconde technique, plus souple à mettre en œuvre, offre moins de garanties et conduit à un comportement non déterministe de l'application. La structure des applications AROS étant dynamique, l'approche temporelle est exclue car elle demande une analyse statique qu'il est impossible de produire. L'approche basée sur les priorités d'exécution est également exclue à cause de son non déterminisme comportemental. Nous proposons une approche basée sur un ordonnancement évènementiel causal inspirée des techniques d'ordonnancement des simulateurs évènementiels distribués. Tout en étant relativement simple à utiliser pour le concepteur d'application, cette technique produit des applications dont le comportement est parfaitement déterministe. Deux principales difficultés sont à surmonter : la synchronisation en temps-réel du moteur d'exécution et le respect des contraintes temps-réel.

La synthèse de parole expressive constitue aujourd'hui un nouveau défi . Un moyen direct de rendre la synthèse expressive consiste à la contrôler en temps réel par les gestes d'un opérateur. Notre recherche s'est donc déroulée selon deux axes : d'une part la modi fication prosodique (hauteur et durée) de la parole enregistrée, et d'autre part la synthèse de voyelles à partir d'un modèle de source glottique. Concernant la modifi cation prosodique, nous avons implémenté un algorithme temps réel permettant la modifi cation conjointe de la hauteur et de la durée d'une phrase enregistrée. Grâce à cet outil, nous avons mené des expériences visant à valider la possibilité de modi fier la prosodie grâce au geste. Nos expériences ont montré la possibilité de reproduire avec précision une intonation donnée grâce au geste manuel. Le second axe de notre recherche s'est focalisé sur la réalisation d'un synthétiseur de voyelles, dont on peut modi fier la qualité vocale. La première étape a consisté à implémenter une version temps réel de la synthèse de l'onde de débit glottique, ainsi que des apériodicités de la source vocale. Nous pouvons ainsi contrôler la fréquence fondamentale, l'eff ort vocal, la tension, le souffle, les apériodicités structurelles et les di fférents mécanismes laryngés. Une attention particulière a été apportée à la réalisation du phonétogramme, ainsi qu'aux correspondances perceptives entre les paramètres du modèle et les dimensions vocales. Notre étude permet d'envisager à terme la modifi cation conjointe, interactive, des composantes prosodiques et de qualité vocale.