Axe EVC

Environnement virtuel et cognition (EVC)

Responsable : Ronan Querrec - ENIB -

Objectif

Cet axe aborde les environnements virtuels dédiés aux activités humaines telles que l’apprentissage, les  loisirs, ou l’expérimentation scientifique : le système avec lequel interagit l’homme se substitue désormais à tout autre système réel (ou imaginaire), généralement doté d’une autonomie. Ceci autorise des applications et des expérimentations nouvelles et originales qui permettent des gains de temps et de moyens pour évaluer de futurs systèmes, les comprendre ou les apprendre. La qualité de ces environnements résultera de critères de crédibilité, d’utilisabilité et de validité comportementale. Un point important concerne la dynamique des interactions avec l'utilisateur. Les environnements virtuels abordés peuvent être à la même échelle spatio-temporelle que celle de l'utilisateur (peuplés d'humains virtuels) ou à des échelles différentes voire mêlant des phénomènes multi-échelles tels que des systèmes physiques ou biologiques. Ils s’appuient sur des dispositifs d’interactions existant, tels que ceux présents au Centre Européen de Réalité Virtuelle (salle immersive, dispositifs de « tracking ») mais pourront exploiter, à termes, les travaux sur l’interaction issus de l’axe PIDIM.

Mots clés : Réalité virtuelle, architectures comportementales, autonomie, méta-modélisation, simulation multi-agents, système multi-interactions,  sciences cognitives, ergonomie.

Verrous:

La généricité : Pour gagner en réutilisabilité il faut proposer des modèles d’environnements virtuels, de comportements d’agents virtuels, de connaissances manipulées par ces agents ou par les utilisateurs humains ainsi que des interactions entre les agents et les utilisateurs. Pour cela, les langages de méta modélisation (de type UML) seront spécialisés sur les notions relatives à l’espace, au temps, ou encore aux activités humaines. Ils seront raffinés en DSL (Domain Specific Langage) pour appréhender les différents domaines d’exploitations des environnements virtuels.

L’autonomie comportementale :  L’obtention de comportements autonomes s’appuie sur des architectures cognitives qui peuvent soit être basées sur les modèles sémantiquement riches mentionnés précédemment, soit utiliser des capacités de perception et d’action non sémantiques pour obtenir des comportements plus réactifs. Les modèles développés seront mixtes, associant systèmes à base de règles, apprentissage artificiel, renforcement ou encore imitation pour exploiter parallèlement connaissance et interactions. Enfin, les avancées récentes en sciences cognitive, proposant l’usage de systèmes dynamiques pour rendre compte des interactions humaines feront l’objet d’expérimentations pour réaliser des interactions plus crédibles et plus évolutives entre utilisateur et environnement virtuel.

La simulation de phénomènes naturels: L’intégration de phénomènes naturels dans les environnements virtuel implique l’utilisation et le développement de technique de simulation temps-réel efficaces. On développera des modèles de simulation des phénomènes multi-échelles à l’aide de modèles chaotiques et asynchrones pour permettre l'interaction de l'utilisateur en ligne. Ceci nécessitera une formalisation et une validation mathématique de ces modèles.

La parallélisation et l’optimisation : Les environnements virtuels, en particulier ceux reproduisant des phénomènes naturels, peuvent être peuplés d'un très grand nombre d'agents. L'adaptation du calcul des modèles aux spécificités des stations de travail modernes, en terme de parallélisme et d'architecture mémoire, est   indispensable à l'exécution de telles simulations en  temps interactif.  Nous proposerons des algorithmes et des méthodes permettant cette adaptation.

L’évaluation : Les environnements virtuels portant sur des activités humaines doivent être validés. Il faut montrer leur utilisabilité ou leur capacité à favoriser un apprentissage, une compétence, un engagement, ou encore à exhiber des qualités esthétiques. Il faut également montrer la pertinence de comportements réalisés par des entités virtuelles. Pour cela, des expérimentations en psychologie cognitive seront réalisées. Elles permettront d’orienter le développements des différents modèles mentionnés précédemment en faisant des recommandation sur les connaissances et les comportements qui sont pertinents selon les applications.

Applications/projets 

Les travaux de l'axe sont appliqués à quatre domaines privilégiés : 1) Environnements Virtuels d'Apprentissage Humain, en particulier collaboratifs (projet ANR Corvette). Les agents simulent les activités du domaine d'apprentissage abordé dans lesquels des tuteurs intelligents assistent le formateur. Les utilisateurs humains sont soit des formateurs soit des apprenants ; 2) Simulation interactive in-virtuo, l'environnement représente un objet d'étude, l'utilisateur humain est  un expert du domaine qui expérimente en ligne son modèle ;  4) Muséologie, les utilisateurs suivent des visites dans des musés virtuels au sein desquels des guides virtuels peuvent les accompagner. A plus long terme, nous souhaitons développer des projets autour des arts interactifs (GIS Nuage) et des applications médicales (handicap, thérapies), l'enjeu est de privilégier la dimension esthétique,  ludique et émotionnelle.
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