Animation phénoménologique. --- une approche énactive ---

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1 --- une approche énactive -- Animation phénoménologique de la mer Marc Parenthoën Centre Européen de Réalité Virtuelle (CERV), EA3883, UBO/ENIB 1/27

2 Phénomènes naturels et RV psychologie marin expérience écologique modélisation énactive réalité virtuelle informatique ordinateur physique océanographe simulation numérique 2/27

3 Objectifs Simulation d un plan d eau hétérogène Visualiser des phénomènes marins Respecter au mieux les phénomènes physiques Mers jeunes forcées par le vent Etats de mer modérés à forts Plan d eau de quelques km2 3/27

4 Construction de la mer virtuelle Positionnement La mer des infographistes Méthode de modélisation Modèle de mer IPAS Conclusions le point de vue informatique 4/27

5 La mer des infographistes animation d un maillage de la surface Navier-Stokes Analyse de Fourier particules spectres Approche particulaire Approche spectrale Modèles récents [Enright 02] [Max 81] [Perlin 85] [Peachey 86] [Kass 90] [Adabala 02] 5/27

6 La mer des infographistes Approche particulaire [Gerstner 1804, Biesel 52] point particule : mouvement d un bouchon posé sur l eau [Peachey 86] [Fournier 86] Bathymétrie : plan de vagues précalculé (1 ou 2 vecteurs d ondes) Déferlements : critère de Stokes, systèmes de particules [Ts o 87] [Lombardo 95] [Gareau 97] [Gonzato 00] [Jeschke 03] 6/27

7 La mer des infographistes Approche spectrale [Hasselmann 62, Pierson 64] point altitude : variation de la hauteur d eau au-dessus d un caillou filtre océanographique sur bruit blanc FFT inverse mer homogène [Mandelbrot 67] [Mastin 87] [Jensen 01] [Premože 01] [Tessendorf 01] 7/27

8 La mer des infographistes Modèles récents particulaire + spectral : bathymétrie + spectre large niveau de détail / point de vue spectral + Navier-Stokes local : sillages, bouées... notion de plan d eau hétérogène : VSK [Chen 95] [Gomez 00] [Thon 00] [Hinsinger 02] [Cieutat 03] [Loviscach 03] 8/27

9 Construction de la mer virtuelle Positionnement La mer des infographistes Méthode de modélisation Modèle de mer IPAS Conclusions regard épistémologique 9/27

10 n vérification in vivo, in vitro, in virtuo Action t alisa racto t i on ion tat o form in ab s Pré dic tio n Idées de phénomèn es ap Ad io ress t pet in Simulatio n imp Démarche modélisatrice Observatio n Expérime ntation 10/27 10/27

11 Hypothèse énactive La modélisation traduit une praxis humaine (action avec intention) mon intention Doter les modèles d une praxis Autonomiser les modèles Interactions entre modèles via un milieu structuré et façonné par les activités des modèles (énaction) 11/27 11/27

12 Modèle Enactif icti on d phéno mène a b sis the ais milie u struct uré a? a praxis a d milieu expéri menté a c b Topologie Où? Quand? b, c, d Topologie prévision Quoi? Action expérimentation Milieu c a n d d is b atio apt Pré d b Ad c ie s po Phénomènes Enaction : couplage structurel d une entité autonome avec le monde qu elle crée et façonne par ses propres activités.12/27 12/27

13 Méthode de modélisation Quels phénomènes? Affordance [Gibson 79] Phénomène Quelle action? expertise formelle du domaine praxis modèle de Gerstner position orbitale vitesse orbitale normale surface 13/27 13/27

14 Méthode de modélisation Quelle prédiction? expertise expérimentale du domaine aisthesis courants hauts-fonds vents déferlements groupes ~10s ~10s ~1mn ~1s ~1mn ion t p ce r e p ive t c a n +1m s s pra x is à +1 mn vois d in inage f de l luence a pr axis 14/27 14/27

15 Méthode de modélisation Quelle adaptation? lois phénoménologiques du domaine poiesis lois de conservation lois d évolution lois empiriques modification du vecteur d onde modification de la hauteur modification de la période création déferlement exécu tion d n o i t e p l e a n c p r axis per à -1m ive t c a faire vivre les modèles énactifs 15/27 15/27

16 Modèle Informatique Objets actifs d ARéVi 16/27 16/27

17 Spécification aux états de mer : IPAS Modèle Informatique Des objets actifs aux entités énactives 17/27 17/27

18 Construction de la mer virtuelle Positionnement La mer des infographistes Méthode de modélisation Modèle de mer IPAS Conclusions les entités d IPAS 18/27 18/27

19 Groupe de vagues crê te Identification des entités Déferlements Vents, Courants, Hauts-fonds Zodiac et Visualisateur interactions énactives 19/27 19/27

20 Identification des interactions B A s action on B s medium and B s adaptation or B s creation by A A zodiac resonant down shift (~10mn) dynamic down shift (~1s) meteo creation (~1s) surface position activity criterium orbital speed front propagation front merge (~1s) foam absorption hydrography zodiac creation (~1s) transport (~10s) + indirect effects surface position surface normal foam amount creation (~1mn) criterium tune (~5s) height growth indirect effects crest advance refraction (~10s) transport trough delay grid wind vector transport (~10s) current vector deepness transport 0/1 générations d états de mer 20/27 20/27

21 Cas du Varg (58 N, 2 E) 29 janvier 2000, vers 20 heures Front froid + 30 mn Hauteur HS : 11,7 m Mer de vent NW dir = 310 ± 10, P = 8-11s Mer de vent WNW dir = 295 ± 5, P = 15s Vent NW 20-22m/s Shetland 27-30m/s Houle WSW dir = 255, P = 16s un début de tour du monde en solitaire à la voile 21/27 21/27

22 Sur la route du Vendée Globe Alizées Nord (Atlantique 50ièmes hurlants, en mer detropical) Wallis 15m/s Vent d Est vent contre courant ~3m Hauteur HS Vent d Ouest Hauteur HS Houle Mer de vent Houle Mer de vent 25m/s ~8m d Est-Nord-Est 240m 70m d Est ± m d Ouest 90m d Ouest ± 10 mer dangereuse... 22/27 22/27

23 Sur la route du Vendée Globe 50ièmes hurlants, en mer de Wallis vent contre courant Vent d Ouest Hauteur HS 25m/s ~8m Houle Mer de vent 200m d Ouest 90m d Ouest ± 10 conclusions : bilan et perspectives. 23/27 23/27

24 Bilan : animation de la mer Animation Phénoménologique Interactive de la Mer (IPAS) Plan d eau hétérogène Phénomènes marins : groupes, déferlements, vents, courants, hauts-fonds Phénomènes physiques : stress du vent, conservation de l action, réfraction, transport Complexité des animations réalisées entités énactives, points 24/27 24/27

25 Bilan : hypothèse énactive La modélisation traduit une praxis humaine (action avec intention) Phénomènes Affordances Phénomènes naturels modélisés en tant qu entités autonomes Interactions entre entités via un milieu structuré et façonné par les activités des entités (énaction) 25/27 25/27

26 Bilan : modélisation énactive Démarche constructive des modèles Formalisation pragmatique Méthodologie + Instrumentation Simulation des systèmes complexes multi-modèles multi-échelles incluant l Homme dans la boucle perspectives 26/27 26/27

27 Perspectives : IPAS Environnement virtuel de formation Sécurité maritime Compétition en voile Validation océanographique Expériences in virtuo d évolution d états de mer Tester et enrichir avec d autres modèles 27/27 27/27

28 Perspectives : Méthode Maillage adaptatif phénoménologique Résolution numérique des EDP Phénomènes ondulatoires Électromagnétisme, acoustique Vers une méthodologie hydrologie, météorologie, sismologie, hématologie, allergologie, 28/27 28/27

29 --- une approche énactive --Marc Parenthoën Merci 29/27 29/27

30 La mer des marins Météorologie vents : synoptique, local e èn u a e g Océanographie o r té é h d n a l p vagues et déferlements Hydrographie reliefs, courants affordances maritimes [Moitessier 71] [Saury 97] [Iachkine 00] [Stoffrengen 01] 30/30 30/30 30/27 30/27

31 Complexité des Interactions Organisation temporelle des activités Structure temporelle des Prédictions «création» de milieu / pouvoir prédictif du modèle Organisation topologique des activités Structure spatiale des Actions action sur le milieu / localisation du phénomène Organisation des entités Regroupement d entités en entités du second ordre 31/27 31/27

32 Philosophies de Modélisation entité physique autonome comport.mnt observable phénomène physique dm 0 dt 0 hypothèse énactive système d équations différentielles interactions entre entités ordonnancement des activités résolution numérique itérations asynchrones chaotiques itérations synchrones entités (n), complexité (~n2) grille (n), complexité (~n4) simulation simulation énactive 32/27 32/27

33 Instruments de Mesures Virtuels Points, lignes, grilles (quoi, où, quand?) n importe quelle propriété, n importe où et n importe quand Deux exemples (flotter, regarder) un zodiac interactif simple & la visualisation interactive 33/27 33/27

34 Réalité virtuelle métaphore de Pinocchio fiction interactive autonomie virus informatique 1 applications de réalité virtuelle in virtuo théâtre virtuel jeu vidéo cinéma 3D 0 1 interaction présence 1 immersion simulateur de transport 34/27 34/27

35 Expérimentation in virtuo théories modèle formel in abstracto conception numérique formalisation programmes modèle numérique in virtuo maquettes prédictions numérisation analogie phénomène réel comportements in vivo similitudes impressions création numérique conception analogique perception modèle analogique in vitro création analogique modèle perceptif in petto imaginaires 35/27 35/27

36 Agent-réaction tn tn(1) tn(2) tn(3) tn(4) tn+1 tn+2 tn+3 temps cycle de simulation n n+1 r1 r2 r3 r4 r5 r4 asynchronisme des SMA n+2 r1 r5 r3 r2 r3 n+3 r5 r2 r1 r4 cycles permutations aléatoires Algorithme classique [C]n+1 = [C]n + hn Φf1+f2+ +fp(tn,[c]n,hn) Version multi-agents [C]n+1 = [C]n + hn Φfs(p)oΦfs(p-1)o oφfs(1)(tn,[c]n,hn), Pour une permutation s 36/27 36/27

37 Agent-réaction Théorème 1 A tout algorithme classique convergent d ordre supérieur ou égal à 3 correspond une version multi-agents à convergence quadratique. 37/27 37/27

38 Agent interaction transport + diffusion réacteur chimique milieu / t réacteur chimique interface / r milieu / t interface / r réacteur chimique milieu / t interface / r réacteur chimique milieu / t veine 38/27 38/27