Soutenance mémoire
Evolution des musees
Avant d’utiliser la réalité virtuelle, les musées proposaient d’autres ”lieux” d’exposition (figure 1.2 page suivante).
La première solution mise en place fˆut la reproduction des œuvres, sur papier, notamment au XVIIe siècle. Un exemple de reproduction papier est la collection de Cassiano dal Pozzo qui regroupe 7000 dessins sur des différents thèmes.
Puis, `a partir du XIXe siecle, les musees ont utilise le platre pour reproduire les œuvres, comme avec la copie en platre du Parthenon, `a la Skulpturhalle de Bˆale, en Suisse.
Profitant des avantages apport´es par Internet, les mus´ees proposent d’effectuer des visites virtuelles de leurs musées sur leur site Internet.
Suivant l’evolution des visites réelles vers les visites virtuelles, la nature des informations ont étés modifiées. Devenues numériques, les explications consistent a lire un fichier audio ou vidéo, lors d’une visite virtuelle. Aujourd’hui, les musées s’interessent aux mondes virtuels, permettant de disposer d’un espace d’exposition illimité, a l’architecture et au contenu modifiable,et de toucher un plus grand nombre de personnes.
Problématique et propositions
La realite virtuelle permet une plus grande liberte et une plus grande flexibilite (quand `a l’architecture), qu’il serait difficile d’obtenir dans un musee reel.
Malgre ce nouvel espace d’exposition, un probleme se pose : comment guider le visiteur et lui donner les explications, sur les objets 3D qui constituent cet nouvel environnement.
Pour cela, nous proposons d’utiliser un guide virtuel. Le probl`eme qui se pose est celui du contrˆole de la visite : il s’agit d’ˆetre en mesure de repondre
Etat de l’art
Les types de visites
La visite statique
La visite statique est une visite o`u le visiteur n’a aucun contrôle sur ses déplacements et le déroulement de la visite. En effet, le parcours a été défini a l’avance, et le guide devra passer devant chaque œuvre qui constitue la visite, et donner les explications associées `a celle-ci. Pour illustrer cette approche, nous allons décrire la méthode employée par J. Ibanez et al [5]. Leur objectif était de proposer des visites, de type narratif, au visiteur, `a l’aide d’un guide et d’un environnement virtuel.
Ils supposent que le guide connait l’environnement (c’est `a dire, les lieux et les objets qui sont pr´esents), ainsi que les informations (ici, les histoires li´ees `a un ´el´ement). Le guide navigue dans le monde virtuel et, d´eplace automatiquement la cam´era (ou, le point de vue) du visiteur. De plus, le syst`eme donne aucune interaction (d´eplacement, dialogue…) au visiteur. Pour la navigation, ils utilisent la m´ethode propos´ee par Saretto [13], qui consiste `a combiner une tˆache et une tactique. Les tˆaches possibles sont :
– la recherche d’une cible connue (searching)
– le parcours d’objets visibles (browsing)
Les tactiques possibles sont :
– envoyer une requˆete (ou commande) sur un objet pour obtenir des informations (querying)
– la d´ecision et le d´eplacement vers un endroit (navigation)
Dans leur syst`eme, seule la premi`ere tˆache (searching) et la premi`ere tactique (querying) sont utilis´ees, car le guide connait toutes les informations necessaires, ce qui implique les actions de recherche d’un objet et de r´ecuperation ces informations. Apres, les deplacements sont assures `a l’aide d’un parcours de graphe (c’est `a dire : trouver un chemin partant d’un point A vers un point B, sur un reseau), et le calcul de la distance minimale entre les points de l’environnement.
Un autre point important dans cet article est la construction narrative de la visite, histoire par histoire.
A partir de ses connaissances (Figure 2.1 page suivante – partie a) et de plusieurs critères (comme la distance vers le lieu, les éléments déjà utilisées, son intérêt pour le guide, ou le comportement voulu par les concepteurs), le guide choisi une etape (Figure 2.1 page suivante – partie b).
Les types de visites
Puis, le guide sélectionne d’autres éléments d’histoires qui ont un lien avec la première histoire et les transforme, afin d’apporter son point de vue (Figure 2.1 – partie c et d).
A cela sont ajout´es des règles de connaissances communes (Figure 2.1 – partie e), qui permettent d’ajouter des informations basiques du guide, et amélioré ainsi l’histoire. Au final, un scenario est crée avec tous les différents éléments narratifs, comprenant les histoires, mais aussi les effets et les actions que le guide apportera (Figure 2.1 – partie g)
Dans [6], les auteurs utilisent un agent virtuel sur un ordinateur portable, `a l’interieur du musee reel, mais aussi l’affichage de cet agent et d’un mus´ee virtuel, devant le visiteur (Figure 2.5).
Au d´epart, le visiteur se d´eplace dans le mus´ee r´eel, et assiste `a des d´emonstrations.
Le guide virtuel conserve la position du visiteur et ses interets initiaux (renseignes au debut de la visite) pour recommander le prochain endroit `a visiter et lui fournir un plan de l’exposition. Il essaye aussi d’´evaluer le niveau d’assistance requis pour le visiteur, via le temps passe sur les d´emonstrations et la prise d’informations, qui permettra au guide de proposer la meilleure strategie pour aider le visiteur, dans le musee virtuel.
Ainsi, le guide permettra au visiteur, qui a pris beaucoup d’informations dans le musee reel, de naviguer librement dans le monde virtuel. Les visiteurs, qui auront pris le moins d’informations, effectueront une visite controlee par le guide. De plus, le guide possede deux types d’explications, courtes ou longue, qui d´ependent du temps passe dans le musee reel. Lors d’un dialogue avec le visiteur, l’agent MAX [7] dispose de 3 modeles de connaissances :
– le ≪ discourse model ≫, qui conserve les dialogues avec les visiteurs et les informations contextuelles (nombre de personnes et interaction…)
– le ≪ user model ≫, qui contient les informations obtenues, sur le visiteur lors du dialogue avec celui-ci
– le ≪ system model ≫ comprend les connaissances du guide, ainsi que ces intentions et ses objectifs courants.
Pour d´elib´erer, la m´ethode BDI (Beliefs-Desires-Intentions) est utilis´ee, pour poursuivre plusieurs plans (i.e. intentions) afin de satisfaire les objectifs (i.e. d´esirs) avec les connaissances, li´ees au contexte (i.e. croyances). Pour le dialogue et la compr´ehension, le syst`eme utilis´e est similaire `a [8], avec la comparaison de r`egles, qui activerons, ou non, des r`egles d’interpr´etations (bonjour ou question) et de dialogue.
De mˆeme [1, 14], l’agent virtuel Tinker peut guider les visiteurs vers d’autres expositions du musee reel, et demande de revenir le voir pour en parler. En effet, l’agent garde en memoire les informations (dialogues, empreinte de la main) des visiteurs, qu’il peut ≪ reconnaıtre ≫ avec une identification biometrique (identification de la personne avec sa main) et, une justification vocale, en cas de doute. Le comportement de l’agent fonctionne avec un reseau de transitions, bas´e sur un modele de dialogue.
Cette strategie pose les memes problemes que la visite interactive, sauf que le visiteur n’a plus `a faire l’effort pour proposer explicitement une requete. En effet, le guide pourrait lui proposer cette requete automatiquement, en detectant les intentions du visiteur. Ainsi, elle pourrait devenir un outil important dans le stage, pour permettre au guide de s’adapter aux visiteurs.
La visite pro-active
La visite pro-active est le dernier type de visite, qui consiste ` a construire la visite guid´ee au fur et `a mesure, en fonction des objectifs du guide et des intentions du visiteur. Son parcours n’est pas plus pr´epar´e `a l’avance.
Le guide virtuel Elva [15] a la particularit´e de fournir une visite dynamique `a l’initiative du visiteur ou du guide lui-mˆeme. Ainsi, le visiteur peut choisir de suivre le guide, ou de naviguer librement dans le mus´ee virtuel, dans ce cas, le guide le suivra, afin de toujours lui presenter les informations. Pour y arriver, Elva utilise une base de connaissance, o`u elle y choisie les informations `a dire, et prevoit les prochaines explications, conduisant `a la prochaine œuvre.
Cette base de connaissances est constituee de schema (figure 2.6 page suivante). Un schema(represent´e par des ovales sombres) est un groupement de plusieurs connaissances (les carres noirs). Les connaissances sont reli´es entre elles, et forme ainsi une structure narrative. Les schemas qui traitent une mˆeme information, comme un artiste ou une œuvre, sont regroup´es pour formes un domaine (les ovales clairs). Enfin, les connaissances d’un domaine peuvent amener le discours `a changer de domaine. Dans l’exemple de la figure 2.6 page suivante, les informations sur un artiste particulier (ovale clair ` a gauche) peut amener `a parler de la technique utilisee (ovale clair `a droite), pour une œuvre que le visiteur observe.
Durant la visite guidee, le guide utilise deux plans, contenus dans une librairie de plans. Le premier plan, ≪ tour plan ≫ liste les ´elements principaux, qui formeront la visite (introduction, œuvre…). Le second plan, ≪ discourse plan
≫, detaille les buts `a atteindre, pour un ´element particulier du ≪ tour plan ≫, comme donner des explications ou decrire une œuvre (figure 2.7 page suivante).
Trois outils permettent de g´erer les plans, durant la visite :
– le planificateur (Planner) selectionne un plan que le guide devra remplir, activ´e par une action du guide ou du visiteur (s’approcher d’une œuvre)
– l’ordonnanceur (Scheduler) choisi et trie les plans `a effectuer (les explications `a donner) pour le guide.
Principes
Introduction
Rappelons les objectifs du stage. Nous cherchons `a cr´eer un guide virtuel,de type pro-actif, qui doit organiser la visite d’une exposition en tenant compte des objectifs des commissaires de l’exposition et des souhaits des visiteurs. Le principe retenu repose sur une boucle (Figure 3.1) : le visiteur suit une visite.
Durant celle-ci, il peut indiquer des souhaits en sélectionnant des mots-cl´es dans le mus´ee. Ces mots-cl´es peut conduire `a choisir une autre visite. Une visite est le produit d’un processus de décision (continuer ou changer la visite) et correspond `a la combinaison de visites connues `a priori.
Organisation d’un musée
Structuration d’un musée
L’architecture d’un musée (Figure 3.3 page suivante) peut être considérée comme un lieu d’exposition, possédant plusieurs espaces différents (ailes, couloirs, halls…), ayant des thèmes différents. Ces espaces thématiques sont divis´es en salles, qui contiendront les objets associes au thème. De plus, chaque objet (ou paire d’objets) sera associe des annotations multimedia. Cette classification des objets en thèmes/endroits participe a la création de visites, que nous allons voir.
Guide
Qu’est-ce qu’un guide ?
Les dictionnaires d´efinissent un guide comme : ≪ une personne qui accompagne pour montrer le chemin ou donner des explications sur quelque chose ≫ tiree du Dictionnaire de la langue Fran¸caise, Bordas Dans le cadre d’un musee, le guide effectue ces deux tˆaches. Il doit guider et partager son savoir aupres du visiteur, au travers les differents objets que comprennent la visite.
Representation des intentions du visiteur
Un guide peut d´etecter les intentions du visiteur de plusieurs manieres par :
– le dialogue via des questions-r´eponses
– des statistiques, sur le nombre de temps pass´e sur un objet ou un th`eme, par exemple
– les d´eplacements et le regard du visiteur, indiquant ce qu’il aimerait voir.
Mais, l’environnement peut aussi participer `a l’acquisition des intentions du visiteur. Un exemple 3.4 est de proposer des ´el´ements cliquables dans le monde virtuel.
Automates
Une visite ne peut s’effectuer en utilisant un comportement uniforme. Par exemple : on accelere entre 2 objets et on ralentit `a l’approche d’un objet. On laisse l’utilisateur plus libre de fa¸con `a ce qu’il puisse explorer son environnement. On doit donc considérer qu’au cours d’une visite, le comportement de l’utilisateur doit être modifie.
Nous supposons ici que ce comportement est d´écrit par les paramétrés comportementaux, tels que le type de la force utilisée et la valeur du poids, et la fa¸con dont ils sont combines. L’avatar du visiteur passe d’un comportement `a un autre sous-certaines conditions. On modelise cela au moyen d’un automate de Moore :
– un etat de l’automate correspond `a un jeu de parametres comportementaux.
– une transition entre 2 etats s’effectue quand une condition particuli`ere est satisfaite.
Le visiteur poss`ede un automate qui :
– initialise les positions
– initialise les forces pour se d´eplacer `a l’aide des touches claviers
– d´etecte les objets cliqu´es.
L’automate du guide (sch´ema 3.7 page suivante) s’occupe de demander aux experts la prochaine visite `a effectuer et de pr´eparer le visiteur `a suivre cette visite, en pla¸cant une force ≪ guide ≫dans le comportement du visiteur.
Afin de simplifier le travail du guide, les objets poss`edent des automates qui leurs permettent de lancer les explications, quand le visiteur s’approche d’eux.
Voici un exemple d’un ´etat initial, de l’automate du visiteur (listing 3.2).
L’objectif de cet ´etat est d’initialiser la position du visiteur (`a l’aide de la variable setP osition) ainsi que son comportement. Pour cela, nous renseignons une vitesse maximale (setV elocityMax). Ensuite, nous cr´eons une force, pour permettre de d´eplacer le visiteur (createMyBehavior). L’attribut parameters contient les param`etres li´es `a cette force. Dans cet exemple, les param`etres indiquent les limites de cette force, c’est `a dire, elle ne doit pas d´epasser la valeur -1 et 1, avec un pas de 1, en abscisse et en ordonn´ee. Enfin, nous devons renseigner un poids pour chaque force, qui constitue le comportement. Ici, le poids de cette force est de 0,3 (attribut setWeight). En revanche, la valeur du poids, li´ee `a la force du guide qui sera combin´ee `a celle-ci, est de 0,7. Cette force du guide (d´ecrite dans la partie 4.5.1 page 33) est activ´ee que sous certaines conditions. Lors de cette activation, celle-ci doit ˆetre pr´e-dominante dans le comportement du visiteur. Pour cela, nous avons choisi d’utiliser une valeur deux fois sup´erieure au poids de la force du visiteur. Lorsque la force du guiden’est pas activee, celle-ci est alors nulle, permettant aux autres forces d’agir.
Comportements du visiteur des autres automates sont suspendus
Le sous-automate se termine quand il atteint un etat terminal, dans ce cas, il est retire de la pile, et l’execution du dernier automate dans la pile reprend. Ce systeme permet de deleguer des tˆaches precises (modification de la vitesse du visiteur, interactions avec les objets…) `a partir d’un automate plus simple, et ainsi avoir des comportements qui varient en fonction des actions (configuration d’une piece, approche ou eloignement d’un objet…)
Mise en œuvre
Introduction
Un musee virtuel a ete realise en Python. Nous avons utilise une librairie pour gerer l’environnement graphique et sonore. ainsi qu’une autre librairie pour lire les fichiers multimedia compresses.
Pour illustrer la mise en œuvre de ce musee virtuel, des schemas UML, des différentes parties qui seront expliquees dans ce chapitre, ont ´et´e placees enAnnexe A page 37.
Le programme principal cree un objet MuseumProject. C’est MuseumProject qui donne vie au muee, en creant l’environnement graphique et en r´ecuperant les ´evenements utilisateur (clavier, souris et joystick). Le monde virtuel est cree `a partir des fichiers de configurations. Il existe plusieurs fichiers de configurations, une pour chaque partie du musee, comme :
– la description de l’architecture du mus´ee
– les informations associ´es aux objets
– les points de navigations
L’architecture du mus´ee et les informations associ´es aux tableaux sont d´ecrit dans des fichiers XML. Dans le fichier li´e `a l’architecture du mus´ ee (listing 4.1), chaque objet du mus´ee est repr´esent´e par une balise. Pour positionner et orienter l’objet, il faut ajouter une balise Transform. Diff´erents objets sont possiblescomme :
– un ciel (skybox)
– des murs
– des sols
– des affiches, objets non-interactifs sans explications
– des tableaux, objets interactifs avec explications
Utilisation de mots-cles
Pour identifier les souhaits du visiteur, nous avons plac´es dans le mus´ee des objets cliquables (image 3.4 page 20). Pour ajouter la possibilit´e de cliquer sur un objet, nous rajoutons un attribut ≪ clic=true ≫dans la balise de l’objet concern´e, se trouvant dans le fichier servant `a d´ecrire l’architecture du mus´ee. Pour connaitre les objets cliqu´es par l’utilisateur, et donc les mots-cl´es associ´es, nous avons utilis´e la technique des fausses couleurs (Figure 4.1 page suivante). Elle consiste `a associer une couleur unique pour chaque objet. Quand l’utilisateur clique sur un objet, nous rempla¸cons les couleurs de chaque objet du mus´ee par la couleur qui lui est associ´e, et nous r´ecup´erons la couleur situ´ee `a l’endroit du clic, et par cons´equent, l’objet rattach´e. L’objet poss`ede un motcl´e qui sera ajout´e aux informations temporaires, dans la m´emoire du visiteur, ´etudi´ee dans la partie 3.4.1 page 21
Controle du visiteur
Steering
Nous avons mis en place les forces de base, mentionnees par Reynolds dans [11], notamment :
– une force pour aller vers un point, sans s’arrˆeter sur celui-ci
– une force pour arriver sur un point, en s’arrˆetant sur celui-ci
– une force pour s’arrˆeter sur place (oppos´ee `a la vitesse actuelle).
Pour ´eviter que le visiteur s’´eloigne du parcours (et donc de sa visite), nous avons mis en place une force ≪ corridor ≫(figure 4.2 page suivante). Elle consiste `a placer le visiteur dans une zone, comprise entre un point de depart et un point d’arrive, ayant la forme d’un corridor. Le visiteur est libre de ces mouvements `a l’interieur de cette zone. Si il sort de cette zone, le visiteur sera ramen´e dans la zone. Cette force est creee par le guide, lors du suivi d’un parcours, et plac´ee dans le comportement du visiteur. Ainsi, elle permet au visiteur de regarder et cliquer sur les objets situ´e dans la zone, permettant d’acqu´erir ses intentions, sur une zone donn´ee.
Pour permettre de d´eplacer le visiteur dans l’environnement, nous avons ajout´e deux nouvelles forces : l’une pour la position du visiteur et l’autre pour la direction de son regard. Elles sont utilis´ees et modifi´ees, par l’automate du visiteur, lors de la d´etection d’un ´ev´enement (clavier, souris ou joystick) de l’utilisateur pour changer la position ou le regard.
Automates
Nous avons vu que les objets pouvaient posséder un automate, ainsi que le visiteur et le guide. Les automates sont places et executes a partir de la classe visiteur (appell´e BoidWithGazeBoid dans l’annexe).
Pour permettre l’appel de methodes de classes, nous utilisons des ”context”.
Leur objectif est de fournir un service (retourner le resultat d’une fonction ou effectuer des modifications `a l’aide d’une methode et des parametres). Ces context sont li´es aux m´ethodes de la classe qu’on demande. Par exemple, si l’automate veut appeler une fonction pr´esente dans le visiteur, il fera appel au context associ´e, qui se chargera de lui retourner la valeur de cette fonction.
L’automate peut faire appel aux contexts dans deux endroits, dans :
– un état, avec des contexts effectuant une operation/traitement sur des variables dans la classe associée
– une transition, avec des contexts retournant des valeurs, qui seront evaluees, selon la condition de la transition
L’avantage de cette méthode est de permettre a n’importe quel automate de pouvoir appeler n’importe quelle méthode, et ainsi créer des comportements complexes.
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Table des matières
1 Introduction
1.1 Contexte
1.1.1 Présentation
1.1.2 Evolution des musées
1.2 Problématique et propositions
2 Etat de l’art
2.1 Les types de visites
2.1.1 La visite statique
2.1.2 La visite interactive
2.1.3 La visite réactive
2.1.4 La visite pro-active
2.1.5 Comparatif des visites
2.2 Les comportements autonomes
3 Principes
3.1 Introduction
3.2 Organisation d’un musee
3.2.1 Structuration d’un musee
3.2.2 Qu’est-ce qu’une visite ?
3.3 Guide
3.3.1 Qu’est-ce qu’un guide ?
3.3.2 Representation des intentions du visiteur
3.4 Selection d’une sous-visite
3.4.1 Memoire du visiteur
3.4.2 College d’experts
3.5 Comportements du visiteur
3.5.1 Steering
3.5.2 Automates
4 Mise en œuvre
4.1 Introduction
4.2 Organisation des visites
4.3 Utilisation de mots-cles
4.4 College d’experts
4.5 Controle du visiteur
4.5.1 Steering
4.5.2 Automates
5 Conclusion
5.1 Bilan
5.2 Perspectives
Bibliographie
A Schemas UML
A.1 Programme et visites
A.2 Visiteurs et guide
A.3 Comportements
A.4 Automates
A.5 Memoire et experts
