Дисертації з теми "Mouvement humain complexe"

Au sein du règne animal, les humains sont considérés comme possédant des capacités manuelles uniques. Cependant, nous ne savons toujours pas quelles sont les réelles capacités manuelles des primates, ni comment elles ont évolué. Les humains sont-ils réellement uniques ? Cette thèse vise à étudier les capacités de manipulation chez des Hominidés en lien avec l’anatomie et la fonction de leur main, en utilisant une approche interdisciplinaire combinant différentes approches : comportementale, morphologique, fonctionnelle et biomécanique. Pour quantifier les stratégies comportementales et les capacités de manipulation chez des Hominidés, j’ai mené une étude éthologique sur différents grands singes captifs et sur les humains au cours d’une même tâche complexe d'utilisation d'outils. J’ai utilisé des approches comparatives de morphométrie géométrique 3D sur le complexe trapézio-métacarpien combiné avec un modèle musculo-squelettique pour mieux interpréter les résultats comportementaux et pour tester le lien entre la morphométrie de la main et les contraintes biomécaniques durant l’utilisation d’outils chez les Hominidés. Les résultats de cette thèse montrent que les grands singes manifestent des capacités dynamiques de manipulation, mais que chaque espèce a ses propres spécificités. Plus de capacités dynamiques complexes, comme les mouvements intra-manuels, sont observés pour les bonobos et les gorilles que pour les orangs-outans. Les différents modes de vie des espèces peuvent expliquer cette variabilité. En outre, au cours de la tâche complexe d’utilisation d’outils, les humains montrent une meilleure performance que les grands singes et montrent des spécificités. Cette nouvelle approche intégrative montre clairement aussi que les différentes capacités de manipulation des Hominidés ne peuvent pas seulement être une conséquence des différentes morphologies de l’articulation trapézio-métacarpienne, mais aussi des différentes contraintes mécaniques liées à la morphométrie globale de la main. Ces résultats mettent en évidence la difficulté de déduire les capacités manuelles d’espèces fossiles à partir de certaines informations provenant de la forme de l'os, sans tenir compte de la morphométrie globale de la main et de son lien possible avec les contraintes biomécaniques. Cette thèse fournit de nouvelles informations sur les capacités manuelles des Hominidés, sur les différentes contraintes entourant ces capacités, et de nouvelles informations afin de mieux comprendre l'évolution des capacités manuelles chez les primates<br>Humans are considered to have unique manual abilities in the animal kingdom. However, we still do not know what the real manual abilities of primates are, nor how they evolved. Are humans really unique? This dissertation aims to investigate the manipulative abilities in Hominids related to their hand anatomy and function, using an interdisciplinary framework combining behavioral, morphological, functional, and biomechanical approaches. To quantify the behavioral strategies and manipulative abilities in Hominids, I have conducted an ethological study on different captive great apes and on humans during the same complex tool use task. I used 3D geometric morphometrics and comparative approaches on the trapeziometacarpal complex combined with a musculo-skeletal model to better interpret the behavioral results and to test the link between hand morphometric and biomechanical constraints during tool use in Hominids. The results of this PhD show that great apes demonstrate dynamic manipulative abilities but that each species has its own specificities. More complex dynamic abilities, such as in-hand movements, are observed for bonobos and gorillas than for orangutans. The different lifestyles of the species may explain this variability. Moreover, during the complex tool use task, humans perform better than great apes and show specificities. The new integrative approach also clearly shows that the different manipulative abilities of Hominids cannot only be a consequence of the different morphologies of the trapeziometacarpal joint but also of the different mechanical constraints related to the overall hand morphometric. These results highlight the difficulty to infer manual abilities in fossils from some bone shape information, without taking into account the overall morphometric of the hand and its possible link with biomechanical constraints. This PhD thesis provides new information on the manual abilities of Hominids, on the different constraints surrounding these abilities, and new information to better understand the evolution of manual abilities in primates

De nombreuses applications en vision par ordinateur nécessitent la détection et le suivi des objets en mouvement dans une séquence d'images. La plupart des méthodes existantes ne donnent de bons résultats que pour des séquences avec des fonds peu changeants, ou si le fond et les objets sont rigides. Le but de cette thèse est de détecter et suivre les objets mobiles dans des séquences (telles que des séquences de conducteurs) ayant un fond dynamique, avec de forts changements d'illumination, de faibles contrastes et éventuellement acquises par une caméra mobile. Cette thèse est décomposée en deux parties. Dans la première, une méthode de détection est proposée. Elle repose sur la définition d'une grille de points décrits par leur mouvement et leur photométrie. Ces points sont ensuite regroupés en "clusters en mouvement" avec un algorithme mean shift à noyau variable et une méthode de sélection automatique de la taille des noyaux. La deuxième partie propose une méthode de suivi combinant des distributions de couleur et de mouvement, la prédiction de l'objet et des observations extérieures (pouvant être les clusters en mouvement) dans une fonction d'énergie minimisée par coupe minimale/flot maximal dans un graphe. Les algorithmes de détection et de suivi sont validés sur différentes séquences aux contenus dynamiques complexes.

La sécurité des personnes et des équipements est un élément capital dans le domaine des transports routiers et ferroviaires. Depuis quelques années, les Passages à Niveau (PN) ont fait l'objet de davantage d'attention afin d'accroître la sécurité des usagers sur cette portion route/rail considérée comme dangereuse. Nous proposons dans cette thèse un système de vision stéréoscopique pour la détection automatique des situations dangereuses. Un tel système permet la détection et la localisation d'obstacles sur ou autour du PN. Le système de vision proposé est composé de deux caméras supervisant la zone de croisement. Nous avons développé des algorithmes permettant à la fois la détection d'objets, tels que des piétons ou des véhicules, et la localisation 3D de ces derniers. L'algorithme de détection d'obstacles se base sur l'Analyse en Composantes Indépendantes et la propagation de croyance spatio-temporelle. L'algorithme de localisation tridimensionnelle exploite les avantages des méthodes locales et globales, et est composé de trois étapes : la première consiste à estimer une carte de disparité à partir d'une fonction de vraisemblance basée sur les méthodes locales. La deuxième étape permet d'identifier les pixels bien mis en correspondance ayant des mesures de confiances élevées. Ce sous-ensemble de pixels est le point de départ de la troisième étape qui consiste à ré-estimer les disparités du reste des pixels par propagation de croyance sélective. Le mouvement est introduit comme une contrainte dans l'algorithme de localisation 3D permettant l'amélioration de la précision de localisation et l'accélération du temps de traitement.

Les modèles numériques de l'être humain permettent désormais la visualisation des interactions entre un opérateur et un environnement virtuel, et donc de prendre en compte des critères ergonomiques très tôt lors du processus de conception. Cependant, le manque de réalisme des mouvements générés, leur faible représentativité d'une population et la difficulté liée à la création de ces mouvements constituent un frein à leur utilisation dans le processus de conception. L'objectif de cette thèse est donc de proposer à un concepteur de simuler facilement des mouvements humains complexes, réalistes et représentatifs, ainsi que d'estimer et d'expliquer le niveau d'inconfort ressenti. Deux approches ont été proposées pour les modèles d'inconfort, basées sur des paramètres de conception ou biomécaniques. Pour la simulation de mouvement, l'approche proposée est basée sur des données ainsi que sur des connaissances formalisées dans un cadre général et intégrées au processus de simulation<br>Digital Human Models from now on enable to visualize interactions between an operator and virtual environments, and, as a result, to integrate human factors at a very early stage of design. However, the lack of realism of the generated motions, their low representativity of a population, as well as the real difficulty to create those movements limit the use of these tools into a design process. The objective of this work is therefore to propose an approach enabling a designer, not only to easily simulate complex, realist and representative human motions, but also to assess and explain the discomfort feeling. Regarding discomfort, two approaches were proposed and compared, either based on design parameters or on bio-mechanical parameters. As for motion simulation, the proposed approach is based on data, collected during experiments, as well as knowledge, gathered during motion analysis, integrated into a general framework, and used during the motion simulation process

À la fois victime exemplaire des recompositions urbaines contemporaines et sauveur ultime face aux tendances en cours, l’espace public peut être considéré comme une utopie. Ainsi conçu, il constitue certes un potentiel pour l’action. Mais, parce qu’il suppose une vision vertueuse de la coprésence, il ne permet pas de se saisir du problème géographique qui se pose dès lors que les individus doivent mettre l’espace en commun dans les situations ordinaires de la vie quotidienne. Ce travail de recherche entreprend l’étude des agencements géographiques mobilisés par les individus pour négocier la coprésence, abordée ici comme une épreuve. Ce problème est d’autant plus manifeste dans les situations de déplacement, telles qu’elles adviennent dans les lieux-mouvement, espaces produits par la mobilité. Le cas du complexe d’échanges de la Défense retient plus particulièrement notre attention dans la mesure où son réaménagement récent traduit la prise en compte de la coprésence par la RATP à travers l’idée d’espace public. Si nous nous intéressons de façon privilégiée à la dimension spatiale des interactions constitutives de la vie quotidienne – par exemple : comment gérer la promiscuité dans une rame de métro aux heures de pointe ? – les individus que nous interrogeons à la faveur d’entretiens sous forme de parcours commentés sont amenés à produire des descriptions et des justifications de leur pratique du déplacement. Incidemment, ils évoquent les enjeux pratiques et politiques de la mise en commun, en ayant recours notamment au registre du mythe pour éclairer leurs récits<br>Both exemplary victim of the urban contemporary reorganizations and ultimate saviour from this current trends, the public space may be thought as a utopia. In this way, it appears certainly as a potential for action. It involves a virtuous vision of the copresence. Therefore it isn’t relevant to analyse the geographical problem which arises as the individuals have to share space in the common situations of everyday life. This research consists in a study of the geographical layouts mobilized by the individuals to negotiate the copresence, considered as a « test ». This problem is obvious in the situations of movement, such as they happen in mobility-places, which are spaces produced by the mobility. The case of the interchange station of la Defense (Paris) attracts our attention. Indeed its recent reorganization highlights how the idea of public space nourrishes the RATP’s (Paris public transport system) consideration of the copresence. We are especially interested in the spatial dimension of the interactions of everyday life - for example: how to negotiate the crowding in a subway train in the rush hours? More over, the individuals whom we interview by « commented routes » are brought to describe and justify their practice of mobility. By this way, they evoke the practical and the political stakes of the sharing space

Cette thèse propose une approche interdisciplinaire originale du traitement du mouvement humain corps-complet grâce à l'utilisation couplée d'approches issues de la biomécanique, du contrôle moteur et de la robotique. Les méthodes biomécaniques sont utilisées pour l'enregistrement, le traitement et l'analyse du mouvement humain. L'approche &lt;&lt; Uncontrolled Manifold &gt;&gt; du contrôle moteur est étendue à l'étude des mouvements hautement dynamiques. Ceci permet de déterminer si d'éventuelles tâches dynamiques sont contrôlées et stabilisées par le cerveau, puis d'inférer une organisation hiérarchique des tâches motrices. Le formalisme de l'espace des tâches utilisé en robotique pour la génération de mouvement corps-complet ainsi que la hiérarchie des tâches extraites dans l'étude du contrôle moteur sont utilisés pour simuler des mouvements humains hautement dynamiques. Cette approche permet de mieux comprendre le mouvement humain et de générer des mouvements inspirés de l'humain pour d'autres systèmes anthropomorphes tel que des robots ou avatars. La discipline du Parkour, impliquant des actions hautement dynamiques tels que des sauts et des techniques d'atterisage, est choisie pour illustrer l'approche proposée<br>This thesis proposes an original and interdisciplinary approach to the treatment of whole-body human movements through the synergistic utilization of biomechanics, motor control and robotics. Robust methods of biomechanics are used to record, process and analyze whole-body human motions. The Uncontrolled Manifold approach (UCM) of motor control is extended to study highly dynamic movements processed in the biomechanical study, in order to determine if hypothesized dynamic tasks are being controlled stably by the central nervous system. This extension permits also to infer a hierarchical organization of the controlled dynamic tasks. The task space formalism of motion generation in robotics is used to generate whole-body motion by taking into account the hierarchy of tasks extracted in the motor control study. This approach permits to better understand the organization of human dynamic motions and provide a new methodology to generate whole-body human motions with anthropomorphic systems. A case study of highly dynamic and complex movements of Parkour, including jumps and landings, is utilized to illustrate the proposed approach

Les travaux de recherche développés dans le cadre de cette thèse traitent d'une manière générale du problème de la commande dynamique ''orientée tâche'' de systèmes sous-actionnés et redondants en considérant plus spécifiquement les systèmes robotiques humanoïdes. Nous avons cherché à apporter des contributions au problème de la ''synthèse par la commande d'activités motrices'' pour des systèmes contraints par leurs capacités intrinsèques et par leurs interactions. Les problèmes plus spécifiques qui ont été traités sont relatifs à : 1) la commande dynamique des systèmes humanoïdes pour la réalisation d'activités motrices nécessitant la coordination tâche/posture perturbées par des interactions physiques, 2) l'enchaînement dynamique continu des activités d'un répertoire de coordinations motrices, 3) la planification et l'adaptation des activités élémentaires dans l'objectif d'un enchaînement automatique supervisé pour la réalisation de tâches complexes dans des contextes non déterministes. Le premier chapitre de ce mémoire de thèse est consacré à la description d'un moteur de simulation physique et de lois de commande pour le développement de comportements dynamiques. Le deuxième chapitre propose une commande générique fondée sur la réalisation de plusieurs tâches sous contraintes. Le troisième chapitre développe une implémentation de ce contrôleur générique sur des activités types au travers du modèle virtuel du robot iCub. Le quatrième chapitre développe un contrôleur haut-niveau permettant de planifier et d'adapter une séquence pour la matérialisation d'activités plus complexes, tout en garantissant la continuité de la commande.

Ce travail avait pour premier objectif d’analyser la réorganisation du mouvement lors de l’apprentissage d’une habileté motrice complexe, la marche athlétique. Le deuxième objectif était de mieux comprendre le rôle des facteurs métaboliques et de la perception de l’effort sur ce processus.Pour cela, les deux premières études se sont intéressées à l’évolution d’un grand nombre de variables cinématiques avec la pratique. Les participants ont reçu au début de chaque séance de pratique trois consignes (i.e., contraintes biomécaniques) concernant la règlementation et la technique de la marche athlétique. Les résultats de l’étude 1 ont mis en évidence une évolution rapide de la coordination et du contrôle (Newell, 1985) qui semble atteindre un plateau à la quatrième séance de pratique sur les sept réalisées. L’étude 2, qui analyse d’une façon plus approfondie ces quatre premières séances, a indiqué un rôle important des contraintes de la tâche sur la réorganisation du mouvement avec la pratique,réfutant l’existence de principes généraux concernant la maîtrise des degrés de liberté (Bernstein,1967). De plus, l’étude 1 a montré une réduction des valeurs métaboliques et de la perception de l’effort périphérique lors de la pratique, qui corrèlent significativement avec la réorganisation globale du mouvement. Les résultats semblent indiquer un rôle important des informations sensorielles périphériques sur l’adoption de patterns de mouvements plus économiques avec la pratique. L’étude 3a montré que suite aux 7 séances d’apprentissage, les participants adoptent spontanément au test de transition un nouveau comportement, la marche athlétique, entre la marche et la course, et ce pour des raisons non-métaboliques. En conclusion, ce travail propose que la réorganisation du mouvement lors de l’apprentissage de la marche athlétique soit orientée par les contraintes de la tâche d’une part et parla perception de l’effort périphérique d’autre part dans un but d’optimisation métabolique. Toutefois,l’optimisation des facteurs métabolique ne semble pas prioritaire lorsque le système locomoteur doit s’adapter rapidement face à un niveau critique de contrainte<br>The first aim of the present work was to investigate movement reorganization with learning a complex motor skill, racewalking. The second aim was to bring more insight into the role of metabolic factors and perceived exertion. To do so, the first two studies analyzed the evolution of a large number of kinematic variables when participants underwent the practice sessions. At the start of each session, three instructions (i.e., biomechanical constraints) concerning the regulations and technique of racewalking were given. The results of the first study put forward a rapid evolution ofcoordination and control (Newell, 1985) that seem to reach a plateau at the fourth session out of seven in total. The second study, that investigated closely these first four sessions, revealed an important role of task constraints on movement reorganization, refuting the existence of general principles concerning the mastery of degrees of freedom (Bernstein, 1967). Furthermore, the first study showed a reduction in metabolic values and peripheral perceived exertion with practice, which were significantly correlated to the global movement reorganization. Overall, the results seem to raise an important role of peripheral sensory information on the adoption of more economical movement patterns with practice. The third study showed that after the seven learning session, participants spontaneously adopted racewalking as a new pattern in the transition test, between walking and running, for non-metabolic reasons. In conclusion, the present work proposes that the movement reorganization accompanying the learning of racewalking is oriented by task constraints on one sideand peripheral perceived exertion on the other aiming for metabolic optimization. Nevertheless, optimization of metabolic factors doesn’t seem a priority when the motor system should quickly adapt to a critical level of constraints

Cette étude a pour cadre l'analyse de mouvements fluides dans des séquences d'images et s'articule autour de deux axes. Nous traitons en premier lieu le problème de l'estimation du mouvement. Dans un contexte d'imagerie fluide, la luminance des images fait parfois apparaître de fortes distorsions spatiales et temporelles, rendant délicate l'utilisation de techniques standard issues de la Vision par Ordinateur, originalement conçues pour des mouvements rigides et reposant sur une hypothèse d'invariance de la fonction de luminance. Nous proposons un estimateur de mouvement modélisé au moyen d'une formulation énergétique et spécialement dédié à l'estimation du mouvement fluide. La fonctionnelle considérée est composée d'un terme d'attache aux données original issu de l'équation de continuité de la mécanique des fluides. Ce nouveau modèle de données, spécifié pour être aisément intégré dans un schéma multirésolution, est associé à une régularisation de type ``div-curl''. Les performances de cet estimateur sont expérimentalement démontrées sur des images synthétiques et réelles météorologiques. Une validation de la méthode sur un écoulement expérimental représentant une ``couche de mélange'' est par ailleurs présentée. L'intérêt de l'étude est en second lieu porté sur l'analyse d'un champ de déplacement préalablement estimé, relatif à un mouvement fluide. Nous proposons une méthode visant à extraire les vortex et puits/sources de l'écoulement en s'appuyant sur le modèle de Rankine. Ce problème est essentiel dans de nombreuses applications comme par exemple la détection d'importants événements météorologiques (dépressions, cellules convectives, ...) ou la caractérisation d'écoulements expérimentaux. La connaissance de telles structures autorise par ailleurs une représentation paramétrique de l'écoulement. La méthode que nous proposons s'appuie sur une représentation analytique du champ des vitesses e permet d'extraire d'autres informations pertinentes relatives à l'écoulement (fonctions de potentiels, décomposition selon Helmholtz de l'écoulement, points singuliers, ...). L'approche présentée sera expérimentalement étudiée sur des écoulement représentant divers phénomènes physiques.

Si de nombreuses études ont été consacrées à l'analyse des grands tours préparatoires aux sorties, aux sorties elles-mêmes et aux lâchers de barre en barre fixe ou barre supérieure de barres asymétriques, les éléments avec envol pour passer d'une barre à l'autre aux barres asymétriques (lâcher la barre inférieure pour saisir la barre supérieure ou l'inverse) n'ont, à notre connaissance, pas fait l'objet de telles études. Cette thèse de doctorat présente dans sa première partie une analyse cinématique du " pieds barre temps de ventre " ainsi qu'une analyse des moments cinétique et d'inertie mis en jeu par deux groupes de gymnastes, des expertes et des novices, lors de la réalisation de ce mouvement. La deuxième partie met en évidence des lois de contrôle moteur utilisées par les deux groupes pour réaliser l'élément. Afin de déterminer si les mouvements des deux groupes sont susceptibles d'améliorations et si la trajectoire créée au lâcher de la barre inférieure ou la gestuelle mise en jeu influence davantage la performance, une optimisation du pieds barre temps de ventre est proposée dans la troisième partie. Enfin, l'effet de l'introduction d'une loi de contrôle moteur dans le processus d'optimisation sur le réalisme des mouvements optimisés est envisagé.