Les systèmes multi agents pour les environnements virtuels de formation

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1 Habilitation à Diriger des Recherches Université de Bretagne Occidentale Les systèmes multi agents pour les environnements virtuels de formation Pierre Chevaillier Spécialité «Informatique» Soutenue le 13 décembre 2006 devant le jury composé de : P. Guitton, Professeur, Université de Bordeaux rapporteur P. Mathieu, Professeur, Université de Lille rapporteur J. P. Pécuchet, Professeur, Insa de Rouen rapporteur S. Espié, Hdr, Inrets examinateur P. Fuchs, Professeur, École des Mines de Paris examinateur P. Le Parc, Professeur, Université de Bretagne Occidentale examinateur J. Tisseau, Professeur, Université de Bretagne Occidentale (Énib) directeur

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3 Table des matières 1 Activités de recherche et d enseignement Parcours professionnel Activités de recherche Publications scientifiques Collaborations Groupes de travail Encadrements Évaluations de travaux Activités pédagogiques Recherches personnelles et encadrées SMA et réalité virtuelle pour le prototypage interactif Modélisation de l environnement Simulation comportementale Perspectives Le projet Mascaret Modèle d environnement virtuel : Veha Simulation comportementale :Have Système tuteur multi agents : Mats La réalité virtuelle pour la formation scientifique Références bibliographiques 115 3

4 Table des figures 1.1 Titres, diplômes et fonctions exercées Encadrements de travaux de recherche d étudiants Équipes de recherche du LISyC (septembre 2006) Postes d enseignements et matières enseignées Responsabilités pédagogiques collectives Environnement virtuel pour le prototypage interactif des systèmes automatisés de production Simulation orientée agent d un SAP Exemple de la cellule KorSo Conception holonique d un système automatisé de production Modélisation de l activation et de la communication entre agents pour la validation d un Sap multi agents Modélisation du comportement des agents réactifs de contrôle (ARC) pour la validation d un Sap multi agents L environnement virtuel de formation SécuRéVi Le modèle organisationnel de Mascaret Modélisation des interactions entre entités physiques dans Mascaret Architecture interne des agents entités physiques Simulation de l effet d une queue de paon sur un nuage de gaz Modélisation des tâches procédurales en équipe avec Mascaret Modélisation de la relation Humain Avatar Relation Humain Avatar Spécification et contrôle de l exécution de plans d action en logique temporelle Calcul de plans implicites par un agent dans Mascaret Architecture d un agent rationnel dans Mascaret Exemple de simulation participative de procédure. Application de Mascaret à SécuRéVi Architecture d animat de behavioris Contrôle du comportement d un animat behavioris Description comportementale sous behavioris Le projet Mascaret Principales classes des packages Veha (vue statique) Exemple de description de plan d actions avec Have Exemple d entité organisationnelle du système tutoriel Mats Application de Mascaret à l enseignement de la physique

5 Avant propos Ce mémoire est structuré en trois chapitres. Le premier présente mes activités de recherche et d enseignement d un point de vue factuel. Dans le second, j expose les travaux de recherche que j ai menés ou que j ai directement encadrés ces dix dernières années. Le dernier chapitre expose un projet de recherche qui est dans le prolongement de mes travaux actuels. Le texte principal de ce mémoire se trouve sur les pages impaires. Sur les pages paires, le lecteur pourra trouver des compléments d information qui étayent le texte principal ; ces compléments sont référencés dans le texte principal en tant que figure. Avant tout, je remercie très chaleureusement les membres de mon jury. Je suis très honoré et très heureux qu ils aient accepté d en faire partie. Je tiens vivement à remercier tous ceux avec qui j ai travaillé ces dernières années et sans qui le travail présenté ici n aurait pu exister. Avant tout, ma gratitude va à Jacques Tisseau qui m a accueilli dans son laboratoire. Son projet d une recherche originale, s inscrivant dans une vision sociétale, est des plus stimulant et enrichissant. Ce projet a conduit à la création du Cerv qui constitue un lieu de recherche et d échanges d une grande convivialité. Je remercie aussi tous mes collègues du LISyC, chercheurs, ingénieurs, doctorants, secrétaires. Mes travaux n auraient jamais pu aboutir sans leurs contributions, directes ou indirectes. Je tiens à leur exprimer mon amitié en regrettant de ne pas avoir plus l occasion de la leur témoigner. Ils seront certainement d accord pour décerner avec moi une mention spéciale à Fabrice Harrouet pour la compétence, la disponibilité et l amabilité dont il fait preuve dans son travail d enseignant chercheur en mettant à la disposition de tous des outils performants pour mener nos recherches. La contribution qu il a apporté à tous nos travaux, et en particulier aux miens, en développant les plates-formes oris et ARéVi est en effet inestimable. Je pense aussi particulièrement à mes collègues les plus proches, ceux de l équipe Spi. Les idées développées dans ce mémoire sont nées d interactions fructueuses, aux travers de projets de recherche, et de séminaires qui se sont toujours déroulés dans un climat amical et stimulant. Enfin, je remercie tous les étudiants avec qui j ai travaillé, en projet de fin d études, en Dea, en master. Je terminerai en exprimant mes remerciements aux doctorants que j ai encadrés et que j encadre ; je tiens à leur témoigner combien il m a été agréable et enrichissant de travailler avec eux. Leur contribution aux idées et aux résultats présentés dans ce mémoire sont majeures. 5

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7 CHAPITRE 1 Activités de recherche et d enseignement Ce premier chapitre présente mon parcours professionnel et ma situation actuelle d enseignant chercheur en informatique. Il donne donc un éclairage sur le contexte dans lequel ont été menés les travaux de recherche que je présente dans le chapitre deux et pour lesquels je dresse des perspectives dans le chapitre trois. 7

8 1 Activités de recherche et d enseignement Sommaire 1.1 Parcours professionnel De 1983 à 1990 : recherche (Ifremer et partenaires) De 1991 à 1996 : ingénierie informatique (Grenat Informatique SA) Depuis 1995 : enseignement et recherche (Énib) Activités de recherche Publications scientifiques Périodiques à comité de lecture Chapitres d ouvrage Conférences à comité de lecture et publication des actes Communications dans des conférences nationales Collaborations Projets internationaux Projets nationaux Rapports de projet Groupes de travail Encadrements Étudiants en troisième cycle Doctorants Équipe Évaluations de travaux Activités pédagogiques Enseignements Encadrements de projets et de stages Responsabilités collectives

9 1.1 Parcours professionnel 1.1 Parcours professionnel Après une formation initiale d ingénieur de l Ensa de Rennes, j ai poursuivi par une formation à la recherche en réalisant une thèse que j ai soutenue à l Université de Rennes I (voir figure 1.1, page 10). Après une première expérience professionnelle, j ai complété ma formation par un mastère spécialisé de l Enst de Bretagne. Mon activité professionnelle se décompose en trois phases résumées dans les sections suivantes. Dans le prolongement de ma formation initiale, j ai exercé une activité de recherche en dynamique des populations (application aux écosystèmes marins exploités). Après une formation complémentaire, j ai travaillé comme ingénieur informaticien puis chef de projets. Depuis 1995, je travaille comme enseignant et chercheur à l Énib où je suis actuellement maître de conférences. J ai une activité effective de recherche en informatique depuis De 1983 à 1990 : recherche (Ifremer et partenaires) Au cours de cette première période de mon parcours professionnel, j ai occupé différents postes, soit directement à l Ifremer, soit dans des structures partenaires de cet institut. Fin 1983, juste après la fin de mes études d ingénieur, j ai effectué mon service national en tant que volontaire à l aide technique à la station Ifremer de la Martinique. J étais en charge d un programme de recherche sur la sélectivité des engins de pêche.à la fin de cette période, j ai occupé un poste de chercheur contractuel au centre Ifremer de Nantes où j ai réalisé des outils informatiques pour l ajustement statistique non paramétré de modèles non linéaires. Dans le prolongement de ces travaux, j ai été allocataire de recherche pour la préparation d une thèse en halieutique. Elle portait sur le développement et la validation de méthodes d évaluation des ressources tropicales exploitées par des pêcheries artisanales, avec comme cadre d étude, la pêcherie martiniquaise. Ces travaux ont permis de mettre au point une méthodologie pour le recueil de données sur les activités de pêche et sur la dynamique des stocks de poissons fortement multi-spécifiques. J ai ensuite eu l occasion de mettre en œuvre ces techniques dans le cadre de deux contrats d étude. La première étude (avec le Comité d Expansion Économique des Côtes d Armor) avait pour objectif, en collaboration avec le laboratoire d halieutique du centre Ifremer de Brest, de faire une évaluation et une analyse typologique des activités des flottilles des Côtes d Armor. Le second contrat (en 1990) avait pour objectif de compléter la suite de logiciels développée pendant ma thèse et de la rendre utilisable par des chercheurs d horizons divers, notamment dans des pays en voie de développement. J étais consultant pour la Fao (Food and Agricultural Organization) qui est une organisation sous l égide de l Onu. Au cours de ces sept années, j ai eu une activité de recherche en modélisation de systèmes halieutiques (exploitation économique réglementée de ressources renouvelables partagées). J ai développé des méthodes statistiques et analytiques ainsi que les outils informatiques correspondants. Il s agissait d une première approche de la modélisation des systèmes complexes, plus du point de vue du thématicien expert. 9

10 1 Activités de recherche et d enseignement Titres universitaires, diplômes et qualifications 1983 Diplôme d Ingénieur Agronome École Nationale Supérieure d Agronomie de Rennes, Ensar 1990 Thèse de Docteur Ingénieur, mention très honorable Université de Rennes I 1991 Mastère Spécialisé en «Génie Logiciel et Temps Réel pour l Informatique Industrielle» École Nationale Supérieure des Télécommunication de Bretagne, Enstb 1999 Qualification maître de conférences, section 61 Qualification maître de conférences, section 27 Thèse de doctorat Type Titre Mention Soutenance Jury directeur rapporteurs examinateurs Thèse de Docteur Ingénieur de l École Nationale Supérieure d Agronomie de Rennes, Ensar, en co-habilitation avec l Université de Rennes-I Méthodes d étude de la dynamique des espèces récifales exploitées par une pêcherie artisanale tropicale : le cas de la Martinique très honorable le 5 janvier 1990 à Rennes M. J. C. Le Guen (Ensar) M. D. Gascuel (Ensar) M. B. Mesnil (Ifremer) M. R. Chevalier (Ifremer) M. C. Deniel (Université de Bretagne Occidentale) M. P. Fréon (Orstom, act. Ird) Fig. 1.1 : Titres, diplômes et fonctions exercées Parcours professionnel Ingénieur en tant que Volontaire à l Aide Technique 1985 Chercheur contractuel (Ifremer) Allocataire de recherche (Ifremer) 1989 Chargé d études (Comité d Expansion Économique des Côtes d Armor) 1990 Consultant à la FAO (Food and Agricultural Organisation, ONU) Ingénieur informaticien et chef de projets (Grenat) Enseignant chercheur associé à mi-temps (PAST) professeur contractuel (enseignement et recherche) depuis 2000 Maître de conférences (section 61) au LISyC, Laboratoire d informatique des systèmes complexes, basé au Cerv, Centre Européen de Réalité Virtuelle Plouzané 10

11 1.1 Parcours professionnel De 1991 à 1996 : ingénierie informatique (Grenat Informatique SA) Grenat Informatique est une société de service spécialisée en ingénierie des systèmes informatiques industriels. Cette société, qui comptait 70 personnes à cette époque, est l une des entités du groupe international Altran Technologie. Mon activité d ingénierie portait sur l étude et la réalisation d applications informatiques de pilotage de la production et de la logistique, d ingénierie documentaire et de gestion de la qualité pour différents secteurs industriels : agro-alimentaire, électronique, télécommunication et automobile. En tant que chef de projets, j encadrais des équipes de 3 à 6 ingénieurs et assurais le pilotage de projets et la gestion d affaires. J étais membre du comité de direction de la société : suivi et pilotage de l activité et définition de la stratégie. En marge de mes activités principales, j animais la veille technologique en génie logiciel et j étais en charge de l interface entre l entreprise et les structures locales d enseignement et de recherche. Au cours de cette période, j ai acquis des compétences en pilotage de projets (montage et suivi), encadrement d équipes et gestion d unités, qui me sont très utiles dans mes activités actuelles de recherche et d enseignement Depuis 1995 : enseignement et recherche (Énib) Ayant eu l occasion, en tant qu ingénieur, d encadrer des stagiaires et de nouer des liens entre le monde académique et celui de l entreprise, c est assez naturellement que mon parcours professionnel s est infléchit vers le monde de l enseignement et de la recherche. Il y a tout d abord eu une période transitoire d un an ( ) pendant laquelle j ai été Past, tout en continuant à exercer mon activité à Grenat Informatique. J ai eu la responsabilité de monter le module d approfondissement de Génie Industriel (96 heures) et d encadrer deux projets de fin d études qui m ont permis d initier une activité de recherche. J ai ensuite été professeur contractuel jusqu en 1999 (service annuel de 384 heures). J ai alors diversifié mes activités pédagogiques et engagé une activité de recherche au Laboratoire d Informatique Industrielle de l Énib. En 2000, j ai été nommé sur un poste de maître de conférences dans ce même laboratoire, devenu depuis le LISyC (Équipe d Accueil 3883 Ubo Énib). J exerce depuis 10 ans le métier d enseignant chercheur en informatique. J enseigne essentiellement dans le cycle ingénieur de l Énib mais aussi en Master Recherche les méthodes du génie logiciel, la programmation objet, les systèmes multi-agents, les techniques du soft-computing. Ma recherche porte sur l apport des systèmes multi agents pour la simulation en réalité virtuelle des systèmes complexes centrés sur des activités humaines. Alors que mes premiers travaux avaient plus trait au génie informatique (61 e ), la thématique des mes activités de recherche et d enseignement s est vite orientée vers celle de la 27 e section. 11

12 1 Activités de recherche et d enseignement 12

13 1.2 Activités de recherche 1.2 Activités de recherche Depuis mon arrivée à l Énib en 1995, je suis membre de son laboratoire d informatique (anciennement Li2, Laboratoire d Informatique Indusrielle) qui, après rapprochement avec le Limi de l Ubo (Langages et Interfaces pour Machines Intelligentes) a pris depuis 2004 le nom de LISyC, Laboratoire d Informatique des SYstèmes Complexes. Ce laboratoire regroupe les chercheurs en informatique et en mathématiques de l Énib, ainsi que les chercheurs du département d informatique et du département Staps de l Ubo. Ce laboratoire pluri disciplinaire, équipe d accueil EA 3883, est dirigé par le Professeur Jacques Tisseau dont le mandat fait suite à celui du Professeur Lionel Marcé. Depuis 2004, j encadre l équipe de recherche Spi, «Simulation Participative & Immersive» qui compte 12 personnes et 2 chercheurs associés. Au sein du LISyC, je pilote trois sous projets menés en collaboration avec d autres équipes du LISyC, ARéVi, Asap et Ebv. Mascaret : MultiAgent System for Collaborative Adaptive and Realistic Environments for Training (collaboration ARéVi et Asap) ; behavioris : modélisation comportementale (collaboration ARéVi) ; virtuocean : simulation multi agents d un écosystème marin et de son exploitation par la pêche (collaboration avec Ebv et Ifremer). J ai participé à l encadrement de quatre thèses : deux sur le projet Mascaret, une sur le projet behavioris et une sur virtuocean. Deux sont terminées, les deux autres sont à mi parcours. Ces travaux se sont traduits par : 5 articles dans des périodiques internationaux à comité de lecture, 2 articles dans des périodiques nationaux à comité de lecture, 1 chapitre d ouvrage collectif, 16 articles dans des actes de conférences internationales avec comité de lecture, 5 articles dans des actes de conférences nationales avec comité de lecture, soit 29 publications scientifiques. Ils ont aussi été présentés dans 2 conférences nationales et dans différents groupes de travail (5 communications). Je participe à différents projets de recherche nationaux et européens. Mes travaux personnels portent sur la conception d environnements participatifs et immersifs pour la simulation de systèmes complexes. L objectif est de proposer des modèles pour la conception d environnements virtuels dans lesquels un ou plusieurs acteurs humains réalisent une tâche dans un environnement dynamique. Ce système est conçu comme un système multi agents hybride un collectif d agents humains et artificiels collaborant pour atteindre un but partagé, ce qui en fait un système participatif. La réalisation de la tâche nécessite une représentation tri-dimensionnelle de l environnement dans lequel elle est exécutée et une forte interaction avec cet environnement, donc la présence des acteurs humains au sein des environnements virtuels ; la simulation est donc également immersive. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent plus particulièrement l utilisation des systèmes multi agents pour la conception d environnements virtuels de formation, appelés aussi Evah, environnements virtuels pour l apprentissage humain. 13

14 1 Activités de recherche et d enseignement 14

15 1.3 Publications scientifiques 1.3 Publications scientifiques Périodiques à comité de lecture Buche, C., Querrec, R., Chevaillier, P., et Kermarrec, G. (2005). «Apports des systèmes tutoriaux intelligents et de la réalité virtuelle à l apprentissage de compétences». Cahiers Romans de Sciences Cognitives, In Cognito ISSN , 2(2) : Buche, C., Querrec, R., De Loor, P., et Chevaillier, P. (2004). «MASCARET : A Pedagogical Multi-Agent System for Virtual Environment for Training». Journal of Distance Education Technologies, 2(4) : Chevaillier, P., Harrouet, F., et De Loor, P. (1999). «Application des réseaux de Petri à la modélisation des systèmes multi-agents de contrôle». Journal Européen des Systèmes Automatisés, 33(4) : Chevaillier, P., Harrouet, F., Reignier, P., et Tisseau, J. (2000). «Virtual Reality and Multi-Agent Systems for Manufacturing System Interactive Prototyping». International Journal of Design and Innovation Research, 2(1) : Harrouet, F., Tisseau, J., Reignier, P., et Chevaillier, P. (2002). «oris : un environnement de simulation interactive multi-agents». Revue des sciences et technologie de l information, série Technique et science informatiques (RSTI TSI), 21(4) : Popovici, D.-M., Gerval, J.-P., Chevaillier, P., Tisseau, J., Serbanati, L.-D., et Guéguen, P. (2004). «Educative Distributed Virtual Environments for Children». Journal of Distance Education Technologies, 2(4) : Querrec, R., Buche, C., Maffre, E., et Chevaillier, P. (2004). «Multiagents Systems for Virtual Environment for Training. Application to Fire-Fighting.». Advanced Technology for Learning, 1(1) : Chapitres d ouvrage Barthès, J.-P., Chevaillier, P., Courdier, R., Guessoum, Z., Gutknecht, O., Mathieu, P., et Occello, M. (2002). Comparaison des plates-formes SMA françaises à travers un toy problem. Dans Mandiau, R., Grislin-Le Strugeon, E., et Périnou, A., éditeurs, Organisation et Application des SMA, pages Lavoisier Conférences à comité de lecture et publication des actes Buche, C., Querrec, R., De Loor, P., et Chevaillier, P. (2003a). «Mascaret : Pedagogical Multi-Agents System for Virtual Environment for Training». Dans Kunii, T. L., Soon, S. H., et Sourin, A., éditeurs, Proceedings of the International Conference on Cyberworlds, pages , Singapore. IEEE Computer Society. Buche, C., Querrec, R., Maffre, E., Chevaillier, P., et De Loor, P. (2003b). «Mascaret : multiagent system for virtual environment for training». Dans Richir, S., Richard, P., et Taravel, B., éditeurs, Proceedings of the 5th Virtual Reality International Conference, VRIC 2003, pages , Laval, France. 15

16 1 Activités de recherche et d enseignement Chevaillier, P., Harrouet, F., Reignier, P., et Tisseau, J. (1999a). «oris : un environnement pour la simulation multi-agents des systèmes manufacturiers de production». Dans Habchi, G. et Haurat, A., éditeurs, 2 e conférence francophone de Modélisation et de Simulation des Flux Physiques et Informationnels (MOSIM 99), pages , Annecy, France. SCS International. Chevaillier, P., Harrouet, F., Reignier, P., et Tisseau, J. (1999b). «Virtual Reality and Multi-Agent Systems for Manufacturing System Interactive Prototyping». Dans Proocedings of the International Scientific Workshop Virtual Reality and Prototyping, 7th Workshop of the French Virtual Reality Group GT-RV, pages 21 30, Laval, France. Chevaillier, P., Harrouet, F., Reignier, P., et Tisseau, J. (1999c). «Virtual Reality and Multi-Agent Systems for Manufacturing System Interactive Prototyping». Dans Proceedings of the International Scientific Workshop Virtual Reality and Prototyping, 7th Workshop of the French Virtual Reality Group GT-RV, Laval, France. Chevaillier, P., Querrec, R., et Tisseau, J. (1997). «Modélisation Multi-Agents d une Cellule de Production». Dans Actes du 2e Colloque National de Productique, pages 1 10, Casablanca, Maroc. Chevaillier, P., Tisseau, J., Harrouet, F., et Querrec, R. (1998). «Prototyping Manufacturing Systems. Contribution of Virtual Reality, Agents and Petri Nets». Dans Preprints of the 9th symposium on Information Control in Manufacturing, volume 3, pages , Nancy Metz, France. IFAC. Coquelle, L., Buche, C., et Chevaillier, P. (2004). «Un langage à base de logique floue pour la simulation de comportements individuels d animaux». Dans Actes des Rencontres Francophones sur la Logique Floue et ses Applications (LFA 04), pages , Nantes, France. Cépadues Éditions. Coquelle, L. et Chevaillier, P. (2005). «behavioris : une architecture d agent et un langage pour la simulation de modèles de comportements animaux». Dans Actes de la 3e Conférence internationale Recherche, Innovation et Vision du Futur (RIVF), pages 38 45, Can Tho, Vietnam. De Loor, P. et Chevaillier, P. (2000). «Generation of Agent Interactions from Temporal Logic Specifications». Dans Deville, M. et Owens, R., éditeurs, 16th IMACS World Congress 2000, Lausanne, Suisse. electronic edition. De Loor, P. et Chevaillier, P. (2003). «Solving Distributed and Dynamic Constraints Using an Emotional Metaphor : Application to the Timetabling Problem». Dans 5th EURO/INFORM international conference, new opportunities for operations research, page 144, Istanbul. Invited paper, session : Parallel Algorithms and Implementation. De Loor, P., Septseault, C., et Chevaillier, P. (2003). «Les émotions : Une métaphore pour la résolution de problèmes dynamiques distribués». Dans Briot, J.-P. et Ghédira, K., éditeurs, Déploiement des systèmes multi-agents, vers un passage à l échelle, JFSMA 2003, Revue des sciences et technologies de l information, volume hors série, pages Hermes. Follut, D., Querrec, R., Woloszyn, P., et Chevaillier, P. (2000). «The Ambianscope : A New Way to describe Urban Ambiants. The Usage of Virtual Reality». Dans Tisseau, J. et Subsol, G., éditeurs, Proceedings of the First French-British International Workshop on Virtual Reality : virtual environments, pages , Brest, France. Enib. Le Parc, P., Querrec, R., Chevaillier, P., Tisseau, J., et Marcé, L. (1999). «Un environnement de développement pour la conception des systèmes automatisés de production». Dans Lesage, J.-J., éditeur, Modélisation des Systèmes Réactifs, MSR 99, pages , Cachan, France. Hermès Science. 16

17 Popovici, D.-M., Şerbanaţi, L.-D., Chevaillier, P., Morvan, S., et Tisseau, J. (2005). «A Model-Driven Architecture for Virtual reality Agents». Dans Richir, S. et Taravel, B., éditeurs, Proc. of the 7th virtual reality international conference (VRIC 2005), pages 65 74, Laval, France. ISBN : Querrec, R., Buche, C., Maffre, E., et Chevaillier, P. (2003a). «MultiAgents Systems for Virtual Environnement for Training». Dans IASTED International Conference on Computers and Advanced Technology in Education (CATE 2003), pages , Rhodes, Greece. Querrec, R., Buche, C., Maffre, E., et Chevaillier, P. (2003b). «SécuRéVi : virtual environments for fire-fighting training». Dans Richir, S., Richard, P., et Taravel, B., éditeurs, Proceedings of the 5th Virtual Reality International Conference, VRIC 2003, pages , Laval, France. Querrec, R. et Chevaillier, P. (2001). «Virtual Storytelling for training : An application to Fire-Fighting in Industrial Environment». Dans Balet, O., Subsol, G., et Torguet, P., éditeurs, Virtual Storytelling, Using Virtual Reality Technologies for Storytelling, Proceedings of ICVS 2001, volume 2197 de Lecture Notes in Computer Science, pages , Avignon, France. Springer. Querrec, R., De Loor, P., et Chevaillier, P. (2001a). «Environnement virtuel pour la formation des officiers sapeurs-pompiers». Dans El Fallah Seghrouchni, A. et Magnin, L., éditeurs, Fondements des systèmes multi-agents modèles, spécifications formelles et vérification, Actes des 9 es Journées Francophones d Intelligence Artificielle et Systèmes Multi- Agents (JFIADSMA 01), pages , Montréal, Québec, Canada. Hermès Science Publications. Querrec, R., Reignier, P., et Chevaillier, P. (2001b). «Humans and autonomous agents interactions in a virtual environment for fire fighting training». Dans Richir, S., Richard, P., et Taravel, B., éditeurs, Virtual Reality International Conference, pages 54 67, Laval, France. Querrec, R., Tarot, S., Chevaillier, P., et Tisseau, J. (1997). «Simulation d une Cellule de Production. Utilisation d un Modèle à Base d Agents Contrôlés par Réseaux de Petri». Dans AGIS 97 regular communication, pages , Angers, France Communications dans des conférences nationales Chevaillier, P. (2002a). «Sécurité civile et réalité virtuelle». virtu@brest. Chevaillier, P. (2002b). «Un environnement virtuel pour former des officiers sapeurs-pompiers». Journée professionnelle AFPA Réalité virtuelle et formation : une autre approche du réel. 1.3 Publications scientifiques 17

18 1 Activités de recherche et d enseignement 18

19 1.4 Collaborations 1.4 Collaborations Projets internationaux Je participe à deux projets européens. Premecs II ( ) (Predictive Model of CodEnd Selectivity). Notre contribution est le développement d un simulateur permettant de modéliser le comportement des poissons dans les chaluts afin d étudier le processus de sélectivité de ces engins de pêche. C est dans ce cadre que s inscrivent les travaux de thèse de Ludovic Coquelle (Coquelle, 2005) sur behavioris. Je suis membre du comité de pilotage du projet (Priour et al., 2003, 2004, 2005, 2006). Necessity ( ) (NEphrops and CEtacean Species Selection Information and TechnologY) est le prolongement de Premecs II ; il s intéresse au comportement de poissons et de langoustines dans la partie amont du chalut (WP 3). Dans ce projet, le Cerv est sous-contractant de l Ifremer et je suis le responsable scientifique. Je participe également au réseau d excellence européen Intuition sur la réalité virtuelle (Network of excellence on virtual reality and virtual environments applications for future workspaces), plus particulièrement au groupe de travail 2.9, Education and Training. J ai contribué à l organisation du workshop Virtual Reality and Learning qui s est tenu en 2005 à Laval en marge de la conférence Vric 05 (revue et sélection des articles) Projets nationaux Dans le domaine des Evah, je participe à quatre projets. À l exception du premier, ces projets sont des applications des résultats du projet Mascaret ou servent de support à son développement. Gvt, Giat Virtual Training, environnement virtuel de formation à la maintenance. Ce projet est mené en collaboration avec l équipe Siames de l Irisa (Rennes). SécuRéVi, Sécurité Civile & Réalité Virtuelle. L objectif est de développer des simulations à vocation pédagogique pour l étude des plans d intervention et de secours sur des sites industriels à risque. Il s agit d un partenariat avec l Inesc (Institut National d Etudes de la Sécurité Civile), le Sdis 29 (Service d Incendie et de Secours du Finistère) et la société Inovadys. Gaspar, développement d un simulateur pédagogique de l activité aérienne sur porte-avions. Le maître d ouvrage du projet est la Dcn (Direction des constructions navales) de Brest. «Paillasse virtuelle». Ce projet a été initié en 2006 ; il a pour objectif de développer un environnement virtuel de formation dédié aux travaux pratiques en sciences. Il est mené en collaboration avec des enseignants chercheurs de l Ufr Science de l Ubo et de l Énib, ainsi que deux autres établissements d enseignement supérieur brestois, l Isen et de l Ensieta. 19

20 1 Activités de recherche et d enseignement 20

21 1.4 Collaborations Mes travaux sur les environnements virtuels pour la simulation de systèmes complexes se traduisent par différentes collaborations avec l Ifremer virtuocean Défi «Golfe de Gascogne» : étude de l évolution des peuplements de poissons et des flottilles de pêche approche individu centrée ; Blanchard et Chevaillier (2003); Bonneaud et al. (2005a); Chevaillier et Bonneaud (2005); Chevaillier et al. (2005). Ifb (Institut Français de la Biodiversité), effets de la pêche et du réchauffement climatique sur la coexistence spatiale des espèces au sein de la communauté de poissons du golfe de Gascogne au cours des trois dernières décennies Conséquences pour les pêcheries ; Blanchard et al. (2005). Chaloupe (Anr ) : changement global, dynamique de la biodiversité marine exploitée et viabilité des pêcheries. Je suis co-responsable avec Christian Mullon de l Ird de la tâche sur la modélisation du système bio-économique. behavioris Vital : effet du comportement des poissons sur les estimations de biomasse par observation directe et par chalutage. Rapports de projet Blanchard, F., Bonneaud, S., Chevaillier, P., Guyader, O., et Thébaud, O. (2005). «Effets de la pêche et du réchauffement climatique sur la coexistence spatiale des espèces au sein de la communauté de poissons du golfe de Gascogne au cours des trois dernières décennies Conséquences pour les pêcheries». Rapport d étude, Ifremer Énib. Rapport d étude, appel d offre biodiversité et changement global de l Institut Français de la Biodiversité, 24 pages. Chevaillier, P. (2002). «Modélisation multi-agents de la sélectivité des chaluts». Rapport d étude, Énib. 43 pages. Chevaillier, P. et Bonneaud, S. (2005). «virtuocean : un simulateur individu centré des systèmes pleuplement pêcherie». Rapport d étude, Énib Cerv. 33 pages. Priour, D., Chevaillier, P., Coquelle, L., Herrmann, B., Jones, E., O Neill, F., et Sala, A. (2003). «Premecs-II : Developement of a predictive model of cod-end selectivity. First year». Progress report, European Union. 76 pages. Priour, D., Chevaillier, P., Coquelle, L., Herrmann, B., Jones, E., O Neill, F., et Sala, A. (2004). «Premecs-II : Developement of a predictive model of cod-end selectivity. Second year». Progress report, European Union. 372 pages. Priour, D., Chevaillier, P., Coquelle, L., Herrmann, B., Jones, E., O Neill, F., et Sala, A. (2005). «Premecs-II : Developement of a predictive model of cod-end selectivity. Third year». Progress report, European Union. 196 pages. Priour, D., Chevaillier, P., Herrmann, B., O Neill, F., et Sala, A. (2006). «Premecs-II : Developement of predictive models of cod-end selectivity». Final report, European Union. 371 pages. Tisseau, J., Chevaillier, P., Harrouet, F., et Nédélec, A. (1998). «Des procédures aux agents. Application en oris». Rapport Technique LI2TCH98RPI01, ENIB, Laboratoire d Informatique Industrielle. 110 pages. 21

22 1 Activités de recherche et d enseignement 22

23 1.5 Groupes de travail 1.5 Groupes de travail Je participe à différents groupes de travail du GdR I 3 dans le domaine des systèmes multi-agents : 2.2 Asa : «Approches par Sociétés d Agents». Ma contribution à ce groupe s est concrétisée par la participation à la rédaction d un ouvrage collectif (Barthès et al., 2002). 2.4 Mimosa : «Modélisation et Simulation individu-centrées». Ma participation à ce groupe est motivée par les travaux que je mène avec l Ifremer et l Ird en simulation individu centrée des écosystèmes marins exploités (thèse de Stéphane Bonneaud). 2.8 Aca : «Agents Conversationnels Animés». Le groupe Aca met en relation trois grandes thématiques scientifiques : 1 o les systèmes multi-agents, 2 o le dialogue Humain Machine et les interfaces Humain Machine et 3 o la psychologie des interactions langagières et la psychologie ergonomique. Cette thématique est importante dans le développement des Evah et des collaborations devront être engagées sur ce thème. J ai participé au gt-rv (groupe de recherche en réalité virtuelle) ; à ce titre j ai notamment été l un des organisateurs du workshop de 2000 qui a accueilli à Brest plus de 70 personnes. Communications dans des groupes de travail Baudouin, C. (2006). «Une équipe pédagogique dans un environnement virtuel d apprentissage humain». Actes du séminaire du LISyC. Blanchard, F. et Chevaillier, P. (2003). «Modèles individu centrés des peuplements halieutiques». Dans Atelier modélisation du défi golfe de Gascogne, Nantes (France). Ifremer. Communication orale. Bonneaud, S., Blanchard, F., et Chevaillier, P. (2005a). «virtuocean : modèle individucentré d un peuplement de poissons dans un environnement variable». Colloque Golfe de Gascogne. Poster. Bonneaud, S. et Chevaillier, P. (2006). «Proposition d un agent modèle pour la simulation multi modèles des écosystèmes exploités». Actes du séminaire du LISyC. Bonneaud, S., Redou, P., et Chevaillier, P. (2005b). «Modélisation multi-agents d un système complexe écologique et économique». Actes du séminaire du LISyC. Chevaillier, P. (1998). «Des Holons anx agents dans les systèmes de production». Dans Séminaire de l EA2215. Communication orale. Chevaillier, P., Bonneaud, S., Thébaud, O., Guyader, O., et Blanchard, F. (2005). «Modélisation des impacts de mesures de régulation des capacités sur la viablilité des flottilles de pêche : une approche multi-agents». Dans Colloque golfe de Gascogne, Brest (France). Ifremer. Communication orale. 23

24 1 Activités de recherche et d enseignement Étudiants en troisième cycle 1996 Stéphane Tarot DESS IAP Ubo Simulation en réalité virtuelle de la cellule de production KorSo 1997 Mohamed Bouziane DESS IAP Ubo Téléopération d un robot depuis un environnement virtuel 1997 Ronan Querrec DEA Ifsic Modelisation multi-agents d un système automatisé de production en realité virtuelle 2001 Sophie Bellard DEA Enstb Enrichissement du Contract Net Protocol par un algorithme de négocation entre agents artificiels 2005 Cyrille Baudouin M2R Ifsic Conception d un agent tuteur en Soar Doctorants Fig. 1.2 : Encadrements de travaux de recherche d étudiants Ronan Querrec 50 % Les systèmes multi agents pour les Environnements Virtuels de Formation. Application à la sécurité civile Querrec (2002) Ludovic Coquelle 90 % Simulation de comportements individuels instinctifs d animaux dans leur environnement Coquelle (2005) Stéphane Bonneaud 70 % Modélisation et simulation centrées individu multi échelles Cyrille Baudouin 90 % Adaptation de la fonction pédagogique par système multi agents dans les environnements virtuels d apprentissage humain 24

25 1.6 Encadrements 1.6 Encadrements Étudiants en troisième cycle J ai encadré trois étudiants en Dea et master recherche (voir figure 1.2, page 24). Ronan Querrec et Cyrille Baudouin ont poursuivi en thèse avec moi. Baudouin, C. (2005a). «Rôles des agents pédagogiques dans les environnements d apprentissage humain». Rapport d étude bibliographique de master recherche, Ifsic, Université de Rennes. Baudouin, C. (2005b). «Une agent pédagogique pour les environnements virtuels de formation». Rapport de stage de master recherche, Ifsic, Université de Rennes. Bellard, S. (2001). «Méthodes de négociation dans un système multi-agents». Rapport de stage de DEA, Enstb. Querrec, R. (1997). «Modélisation d une cellule de production avec l atelier de réalité virtuelle ARéVi Cas de la cellule du projet KorSo». Rapport de stage de DEA, Ifsic, Université de Rennes Doctorants J ai participé à l encadrement de quatre thèses (voir figure 1.2, page 24) : deux sur le projet Mascaret, une sur le projet behavioris et une sur projet virtuocean. Deux sont terminées (Querrec (2002), Coquelle (2005)) et deux sont à mi parcours (Bonneaud et al. (2005b); Bonneaud et Chevaillier (2006) et Baudouin (2006)). Ronan Querrec a ensuite été recruté en tant que maître de conférences au LISyC. Ludovic Coquelle travaille en recherche et développement dans une société basée à Singapour. Coquelle, L. (2005). «Simulation de comportements individuels instinctifs d animaux dans leur environnement». Thèse de doctorat, Université de Bretagne Occidentale, Brest, France. Querrec, R. (2002). «Les systèmes multi-agents pour les Environnements Virtuels de Formation. Application à la sécurité civile». Thèse de doctorat, Université de Bretagne Occidentale, Brest, France Équipe Depuis 2002, je suis responsable de l équipe Spi, Simulation Participative & Immersive du LISyC. À ce titre, je suis membre du conseil de laboratoire du LISyC. L équipe Spi compte 12 personnes (4 Maîtres de Conférences, 1 Ater, 5 doctorants et 2 ingénieurs de recherche) ainsi que 2 chercheurs associés. L équipe Spi a pour objectif l étude des environnements virtuels dans lesquels des acteurs humains et des agents artificiels collaborent pour la réalisation d une tâche. Il peut s agir d environnements de simulation participatifs ou d environnements virtuels d apprentissage humain. 25

26 1 Activités de recherche et d enseignement ARéVi Ateliers de Réalité Virtuelle : méthodes et outils pour le prototypage interactif, collaboratif d applications de réalité virtuelle ASAP Apprentissages, Stratégies, Attitudes, Performances Psychologie des apprentissages Etude écologique des situations d apprentissages EBV Ecosystemique et Biologie Virtuelles Modélisation et simulation centrées individu de systèmes vivants en réalité virtuelle ESCC Environnements Surs pour le Controle et la Commande Langages, environnements et architectures pour la supervision et l exploitation de systèmes critiques Ingénierie du Logiciel IL Ingénierie des modèles, transformation de modèles Amélioration des processus de développement Fig. 1.3 : Équipes de recherche du LISyC (septembre 2006) MOSC SPI Modélisation pour l Outillage des Systèmes Complexes Multi modélisation de systèmes hétérogènes Simulation Participative et Immersive Simulation comportementale, résolution participative de problèmes Environnements virtuels d apprentissage humain 26

27 Le paradigme agent sert à la fois de support à la simulation de systèmes complexes et de cadre unifié à la modélisation de comportements collectifs et adaptatifs de communautés mixtes, agents artificiels et humains. Les techniques de réalité virtuelle assurent la présence des acteurs humains dans les systèmes étudiés selon des modalités d interaction et d immersion adaptées. L étude de la pertinence de tels systèmes et la mesure de la performance des utilisateurs conduisent à une analyse des potentialités offertes par la réalité virtuelle pour le transfert de compétence ou le travail coopératif ; ceci nécessite une méthodologie adaptée, objectif poursuivi conjointement par l équipe Asap. Les travaux de recherche de l équipe s orientent selon trois grands axes : 1. la simulation comportementale : modèles pour l analyse et la synthèse de comportements humains ; 2. la résolution participative de problèmes : modèles pour la résolution de problèmes par des collectifs mixtes, ie. composés d humains et agents artificiels ; 3. les environnements virtuels pour l apprentissage humain : formalisation des activités pédagogiques fondée sur le paradigme des systèmes multi agents, en vue du développement d environnements adaptatifs, participatifs et immersifs. Ces travaux sont menés en collaboration avec l équipe ARéVi en ce qui concerne l utilisation des systèmes multi agents pour la réalité virtuelle et avec l équipe Asap pour les aspects ayant trait à la psychologie des apprentissages. 1.7 Évaluations de travaux 1.7 Évaluations de travaux J ai participé à différents jurys de thèse, dont une en tant que rapporteur : 2002 : Ronan Querrec, invité en tant qu encadrant scientifique ; 2004 : Sameh El Hadouaj, rapporteur (Conception de comportements de résolution de conflits et de coordination. Application à une simulation multi-agents du trafic routier, Université de Paris 6) ; 2005 : Ludovic Coquelle, examinateur J ai été membre de différents comités scientifiques de conférences : workshop sur la simulation multi-agents pour les systèmes industriels et les écosystèmes (congrès européen ESS 01) Jfsma, Journées Francophones sur les Systèmes Multi-Agents, depuis 2003 (j anime cette année la session sur la simulation multi agents) Virtual Reality and Learning Seminar, conférence jointe à Vric 2005 (chairman), organisée dans le cadre du réseau d excellence Intuition. J ai également été relecteur d articles pour les revues Jesa (Journal européen des systèmes automatisés) et Tsi (Technique et Science Informatiques). Enfin, j ai expertisé des projets déposés dans le cadre des appels d offre nationaux Anr Rntl en 2005 et

28 1 Activités de recherche et d enseignement Postes d enseignement (Énib) Rentrée universitaire Service annuel Statut heures Past heures professeur contractuel heures maître de conférences Enseignements principaux (Énib) Module type durée Contenu pédagogique GI1 Génie Industriel 1 CM, TD 25h Gestion de production, logistique, qualité (<2000) GI2 Génie Industriel 2 TP 9h Programmation par contraintes (<2000) POO Programmation Objet CM, TD, TP 54h Concepts, C++, Java MIL Modèles pour l ingénierie CM, TP 48h Uml du logiciel GL1 Génie Logiciel 1 CM, TP 42h Méthodes de spécification et de conception GL2 Génie Logiciel 2 CM, TP 25h Patrons de conception, Métaprogrammation SD Systèmes distribués CM 18h Systèmes Multi Agents, réseaux de Petri RV Réalité Virtuelle TP 4h30 Bibliothèque 3D SC Soft Computing CM, TP 24h Algorithmes génétiques, réseaux de neurones, logique floue PFE Projet de Fin Études Projet 72h Suivi de projet, Systèmes Multi Agents, réalité virtuelle, génie logiciel Autres enseignements Fig. 1.4 : Postes d enseignements et matières enseignées. Établissement Cursus type Contenu pédagogique Énib Mastère Spécialisé CM, TP UML, Soft Computing, Modélisation comportementale Énib Formation continue CM, TD, TP Génie Logiciel Enstb Module ouverture CM, TP Algorithmes génétiques, métaphores biologiques pour l optimisation Enstb Module ouverture CM Systèmes Multi Agents pour la réalité virtuelle Ifsic Master Recherche CM Modélisation comportementale Ubo (Iut) Formation continue CM Conduite de projet 28

29 1.8 Activités pédagogiques 1.8 Activités pédagogiques J exerce significativement une activité pédagogique en informatique depuis 10 ans, d abord en tant que Past, puis à titre de professeur contractuel et, depuis 2000, comme maître de conférences. En tant qu enseignant, j ai été membre de différents conseils de l Énib : conseil d administration et conseil pédagogique. De 2001 à 2005, j ai été responsable du département «Ingénierie Informatique» de l Énib. À ce titre, j étais membre du comité de direction de l Énib et de la commission paritaire d établissement. J ai participé à l élaboration du plan quadriennal de l établissement ainsi que du dossier de renouvellement de l habilitation de l Énib auprès de la commission des titres d ingénieur (Cti). J ai proposé une refonte de la formation dans la filière «Ingénierie Informatique» qui est mise en œuvre depuis la rentrée Enseignements Les champs thématiques de mes enseignements actuels sont le génie logiciel, la programmation orientée-objet, l intelligence artificielle distribuée (systèmes multi agents et soft computing) et la réalité virtuelle. Mes interventions se font essentiellement dans le cycle «ingénieur» (4 e et 5 e années) qui est organisé en modules de 48 heures. Outre mes enseignements principaux à l Énib, j interviens à l Enstb (École Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne) et dans le master recherche commun entre l Université de Rennes I et l Ubo. J ai aussi enseigné plus ponctuellement en formation continue (à l Iut de Brest et en mastère spécialisé à l Énib). Enseignements principaux à l Énib En 1995, ma première activité pédagogique a constisté à mettre sur pied un nouveau module d approfondissement de l Énib, le module «Génie Industriel» qui fut scindé ensuite en deux modules de 48 heures. Ce module est destiné aux étudiants en dernière année. Il a pour objectif de leur donner une culture sur le monde industriel et de les initier aux techniques «transversales» de l ingénieur. Mon statut de Past et la nature de mes activités professionnelles dans le domaine industriel (en tant que chef de projets informatiques) ont conduit l Énib à me charger de cette mission. J ai eu à définir le programme pédagogique du module, à contacter des intervenants extérieurs et à monter une bonne partie des enseignements (34 heures). Depuis 1996, j assure les enseignements en génie logiciel. J ai commencé par la méthode Omt, puis j ai étendu l enseignement aux méthodologies de développement logiciel. En 1998, j ai introduit le langage Uml dans le module génie logiciel. Ayant constaté que l enseignement académique classique de ces aspects méthodologiques, visant à la rationalisation de savoir faire non connus des élèves, était peu efficace, j ai fait évoluer la pédagogie en privilégiant la mise en situation et la résolution de problèmes. La première partie du module (48 heures) est consacrée à la réalisation d un cas d étude, sans cours magistral. 29

30 1 Activités de recherche et d enseignement 30

31 Ce n est que dans la deuxième partie que les techniques et modèles sont présentés formellement en s appuyant sur l expérience précédente : patrons de conception, programmation par aspects, méta-programmation, techniques de test et qualimétrie. Cette solution s est confirmée être beaucoup plus efficace. J ai également assuré les enseignements sur la programmation objet (cours sur les principes) et les travaux pratiques sur les langages (Uml, C++ et Java). Je suis également responsable du module soft computing dans lequel j enseigne les algorithmes génétiques, les réseaux de neurones et les systèmes d inférence floue. Ces disciplines sont abordées dans la perspective de construire une fonction de commande pour un système évoluant dans un environnement partiellement connu voire dynamique. Dans le module sur les systèmes distribués, j ai introduit un cours sur les systèmes multi-agents qui sera étendu l année prochaine pour devenir un module de 48 heures. Autres enseignements À l Énib, je suis intervenu dans les mastères spécialisés Gt2i (Génie logiciel & temps réel pour l informatique industrielle) et Rvd (Réalité virtuelle distribuée), ainsi qu en formation continue (génie logiciel, programmation par contraintes). À l Enstb, j ai donné des cours et assuré des travaux pratiques dans différents modules d «ouverture» dans le domaine des systèmes multi agents, de la réalité virtuelle (modélisation comportementale), et du soft computing (algorithmes génétiques, métaphores biologiques pour l optimisation de systèmes complexes). Je suis également intervenu en formation continue à l Iut de génie électrique de Brest pour un cours sur la conduite de projet informatique dans le cadre d Agroform, une formation pour les chefs d atelier dans les industries agro-alimentaires. Depuis sa création en 2004, je suis responsable du module Mac (modèles et apprentissage de comportements pour la réalité virtuelle) du master recherche en informatique de Rennes I. Ce module aborde trois volets : 1 o les modèles psychologiques pour les comportements humains, 2 o les modèles comportementaux pour les agents artificiels (partie que j assure) et 3 o les algorithmes d apprentissage artificiel de comportements Encadrements de projets et de stages L essentiel de mes encadrements d étudiants concerne les Pfe (Projets de fin d études) de l Énib. Jusqu à cette année, ce projet se situait en dernière année et avait une durée d un semestre à plein temps 1 et était mené par un binôme encadré par un enseignant. Les projets que j ai encadrés (plus d une trentaine au total) étaient généralement liés à mes projets de recherche et certaines années ont représenté une charge de travail conséquente. J ai également encadré des étudiants en troisième cycle universitaire : Dea et master recherche (voir le tableau de la figure 1.2, page 24), Dess de productique de l Ubo et stages de mastère spécialisé de l Énib. J assure aussi le suivi de stages en entreprise d élèves de l Énib. 1.8 Activités pédagogiques 1 Depuis cette année, les étudiants sont en projet en 4 e année, 3 jours et demi par semaine pendant un semestre. 31