Contrôle de mouvement pour la simulation d'humains virtuels anatomiques - Archive ouverte HAL Access content directly
Habilitation À Diriger Des Recherches Year : 2023

Motion control for simulating anatomical virtual humans

Contrôle de mouvement pour la simulation d'humains virtuels anatomiques

Abstract

This report presents my research activity which is centered around the areas of virtual human modeling, processing and visualization of motion simulation data, and control for animation and predictive simulation. Some of this work makes it possible to precisely model the joints of the human biomechanical system thanks in particular to correlative constraints but also to patient-specific geometric models constructed by medical imaging. Others are interested in muscle modeling and more specifically in a three-dimensional and adaptive version of the principle of musculotendinous units. I have also contributed to the field of simulation in deformable bodies of muscle models, starting from the generation of finite element models from segmented MRI data to the simulation of the contraction of a set of muscles, applied to muscles of the leg and muscles of the neck. Other works have focused on methods for processing captured data to prepare for neuromuscular simulations. These slightly more technical aspects have been supplemented by studies on the visualization of the results of these simulations thanks to the proposal of several software solutions according to the objectives of the simulations. The main focus of my research activities is on motion control and in particular in the context of physics-based animation. I have worked on the design of controllers capable of robustly following a reference motion in real time and without preprocessing. I also worked on a genetic algorithm control approach by proposing a hierarchical vision of the design. Part of my research also concerned the real-time, low-frequency, interactive animation of a virtual character in constant interaction with a liquid-formed environment. The most recent works tackle the issue of motion control and predictive motion simulation, in particular for direct control and prediction by optimal control or by reinforcement learning on patients with pathologies.
Ce mémoire présente mon activité de recherche qui se centralise autour des domaines de la modélisation de l’humain virtuel, le traitement et la visualisation de données de simulations de mouvement, et le contrôle pour l’animation et la simulation prédictive. Certains de ces travaux permettent de modéliser précisément les articulations du système biomécanique humain grâce notamment à des contraintes corrélatives mais aussi des modèles géométriques patients-spécifiques construits par de l’imagerie médicale. D’autres s’intéressent à la modélisation des muscles et plus précisément d’une version tridimensionnelle et adaptative du principe d’unités musculo-tendineuses. J’ai également contribué au domaine de la simulation en corps déformables de modèles musculaires, en partant de la génération de modèles éléments finis à partir de données d’IRM segmentées jusqu’à la simulation de la contraction d’un ensemble de muscles, et ce pour des muscles de la jambe ou bien du cou. D’autres travaux se sont intéressés à des méthodes de traitement de données capturées en vue de la préparation à des simulations neuromusculaires. Ces aspects un peu plus techniques ont été complétés par des études sur la visualisation des résultats de ces simulations grâce à la proposition de plusieurs solutions logicielles en fonction des objectifs des simulations. L’axe principal de mes activités de recherche est mis sur le contrôle de mouvement et en particulier dans le cadre de l’animation basée physique. J’ai réalisé des travaux sur la conception de contrôleurs capable de suivre de manière robuste un mouvement de référence en temps-réel et sans prétraitement. J’ai également travaillé sur une approche de contrôle par algorithme génétique en proposant une vision hiérarchique de la conception. Une partie du travail a aussi concerné l’animation temps-réel, basse fréquence, interactive d’un personnage en interaction constante avec son environnement formé de liquide. Les travaux les plus récents s’attaquent à la problématique du contrôle de mouvement et de la simulation prédictive de mouvement, notamment pour le contrôle direct et la prédiction par contrôle optimal ou par apprentissage par renforcement sur des patients atteints de pathologies.
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Dates and versions

tel-04016824 , version 1 (06-03-2023)

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  • HAL Id : tel-04016824 , version 1

Cite

Nicolas Pronost. Contrôle de mouvement pour la simulation d'humains virtuels anatomiques. Modélisation et simulation. Université Claude Bernard Lyon 1, 2023. ⟨tel-04016824⟩
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