Path Planning and posture adaptation in Dynamic Environments
Planification de Chemin et adaptation de posture en environnement dynamique
Résumé
Nowadays, many applications are using virtual worlds. Those virtual worlds are generally populated with autonomous virtual characters which bring those environments to life. The autonomy of these virtual characters rely on their ability to navigate within a considered virtual environments. This navigation capability is essential as it will allow the character to discover its surrounding environment and to augment its potential activities within this environment. The virtual characters navigation is a well-known problem in many application fields using virtual environments. On the one hand, when dealing with interactive applications such as video games, the focus is set on the computation time in order to have a fast result. On the other hand, in the context of production methods, such as the animation movies, the final rendering will be produced offline but fast preview methods are generally used to obtain a first idea of the final result while avoiding heavy computation costs. In this thesis we proposed a new path planning solution for dynamic environments. The dynamic environments we consider have evolving configuration over time. This evolution is not known a priori which makes the navigation problem even harder. In order to address this problem, we first introduced a new representation of the objects which defines explicitly interactions between this object and a considered character, regarding its navigation capabilities. We have proposed an innovative solution by considering these dynamic objects both as obstacles and as a navigable element that a character can use during its navigation task. We then proposed a representation structure to catch entirely the topology of the global environment. We add to this representation temporal information concerning detected accessibilities and obstructions in the environment. We thus obtain , with no a priori knowledge, an anytime representation of the global topology which allows to deduce temporal properties of the environment. Finally, we present a path planning algorithm using all the temporal information available to compute a navigation solution for the virtual character in the dynamic environment. During this thesis, we designed a global method that allows a virtual character to autonomously identify a path within a dynamic environment populated of navigable elements disconnected both in space and time. Moreover, according to our computation time constraints, our method is efficient and compatible with interactive applications.
Les mondes virtuels sont aujourd'hui utilisés dans de nombreux domaines applicatifs. Ces mondes virtuels sont généralement peuplés à l'aide d'agents autonomes qui rendent ces environnements plus vivants. L'autonomie de ces agents va reposer en grande partie sur leur capacité à naviguer au sein de l'environnement virtuel. Cette capacité de navigation est cruciale puisqu'elle va permettre à un agent d'aller à la découverte de son environnement, et d'augmenter ses possibilités d'action au sein du monde. La navigation des agents virtuels est donc un centre d'intérêt commun à de nombreux domaines utilisant des environnements virtuels. Dans le cadre d'applications interactives, telles que le jeu vidéo, l'accent est mis sur les performances de calcul de la méthode. À l'inverse, dans le cadre de méthodes de production, telles que le cinéma d'animation, le résultat final sera en général produit hors-ligne mais des méthodes de prévisualisation rapides sont utilisées afin d'obtenir à l'avance une idée du résultat final. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé une nouvelle solution de planification en environnements dynamiques. Ceux-ci possèdent une configuration qui va évoluer au cours du temps de manière non-connue a priori. Afin de répondre à cette problématique de planification de chemin, nous avons tout d'abord introduit une nouvelle représentation des objets définissant explicitement les interactions existantes entre un objet et un agent virtuel, au regard des capacités de celui-ci. Nous avons ainsi proposé une solution innovante en considérant ces objets dynamiques, à la fois comme des obstacles, mais également comme des éléments navigables qu'un agent pourra utiliser au cours de sa navigation. Nous avons également défini une structure de représentation et de suivi dynamique de la topologie. Cette structure permet de déterminer, sans connaissance a priori, les propriétés temporelles des accessibilités et des obstructions présentes dans l'environnement. Cela permet de construire une vision d'ensemble de la topologie temporelle de l'environnement. Nous proposons enfin un algorithme de planification de chemin, utilisant l'ensemble des informations temporelles issues de l'environnement, afin de proposer une solution de navigation à l'agent au sein de cet environnement virtuel. Notre méthode, à l'issue de cette thèse, permet ainsi à un agent navigant d'identifier de manière autonome un chemin au sein d'un environnement dynamique composé d'éléments navigables déconnectés à la fois dans le temps et dans l'espace. De plus, afin de répondre aux contraintes temporelles de nombreux domaines, nous proposons une solution performante et compatible avec des applications interactives.
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