Architecture d`animation pour personnages sociaux et
Transcription
Architecture d`animation pour personnages sociaux et
Architecture d’animation pour personnages sociaux et émotionnels María Lucila Morales Rodriguez -Nico Pallamin -Bernard Pavard IRIT-GRIC 118, route de Narbonne 31062 Toulouse Cedex 4 (morales, pallamin, pavard)@irit.fr RÉSUMÉ. Cet article propose une architecture comportementale l’animation de personnages virtuels ayant des comportements sociaux et émotionnels. L’architecture proposée produit des actes de communication verbaux, paraverbaux et gestuels en prenant en compte les dimensions sociales et émotionnelles. L’objectif applicatif de cette approche est d’aboutir à un outil de simulation destiné à la rééducation de personnes cérébro-lésées en suivant un protocole dit des ‘neurones miroirs’. Dans la séance de rééducation virtuelle, le patient visualise une représentation virtuelle de son corps tout en étant guidé par un thérapeute virtuel qui le guide, le corrige et l’encourage. Notre objectif est d’aboutir à une sensation d’immersion chez le patient dans l’environnement virtuel via la reproduction des interactions sociales et émotionnelles entre patient et thérapeute. ABSTRACT. This article proposes a behavioural architecture for virtual characters who express social and emotional behaviours. The architecture proposed produces communication acts for virtual characters (verbal, paraverbal and non-verbal activity) under the influence of a model of social and emotional interactions. The application of our work is a tool for the simulation of a therapy for the rehabilitation of people with brain injuries caused by CVA (cerebral vascular accidents). In the virtual therapy the patient is represented by an avatar and an embodied conversational agent represents the therapist, who guides, corrects and encourages the patient. Our aim is to produce a feeling of immersion at the patient in the virtual environment through the reproduction of social and emotional interactions between patient and therapist. : Personnage social-émotionnel, actes de communication, interaction sociale, modèle comportemental, immersion. MOTS-CLÉS KEYWORDS: immersion. Social-emotional character, speech acts, social interaction, behavioural model, 1. Introduction L’interaction sociale en univers virtuel ouvre de nouveaux horizons dans le domaine des nouvelles technologies de l’information. En introduisant la dimension émotionnelle, cette approche permet d’envisager des applications qui jusqu’alors ne pouvaient être que du domaine de l’interaction homme homme. Cet article aborde le sujet de l’usage de la réalité virtuelle pour des situations de rééducation de patients cérébro-lésés. Notre objectif est de créer un environnement ou le patient peut interagir avec un thérapeute virtuel. La nature du dialogue dépend à la fois de la performance du patient que des intentions pédagogiques du thérapeutes (dialogue neutre, empathique, correctif, etc .). l’objectif thérapeutique de l’exercice est la récupération des capacités cognitives et motrices du patient ainsi que la réduction du coût de réadaptation (Keshner 2004; Sveistrup 2004; Marque 2005). L’usage de la réalité virtuelle à des vues thérapeutiques est un sujet controversé. D’un côté, elle fournit des outils permettant au patient d’exercer de façon répétitive dans un cadre rappelant la réalité (Holden 2005), d’un autre côté, le décalage par rapport à la réalité peut induire dans certains des effets secondaires pendant et après l'exposition aux dispositifs de réalité virtuelle (Lewis and Griffin 1997; Riva 1997). L’ajout de la dimension sociale et émotionnelle dans ce type de situation peut profondément modifier la nature de l’immersion entre le participant et son environnement (Van der Straaten 2000; Riva 2003; Riva, Mantovani et al. 2004). Notre objectif à moyen terme est d’explorer ces possibilités thérapeutiques. Dans le cadre de cet article, nous présenterons l’architecture que nous avons développée pour l’animation de ces personnages virtuels. Elle prend en compte l’expression des comportements sociaux et émotionnels entre acteurs et plus particulièrement les notions de couplage réflexif lorsqu’ils mettent en jeu l’activité gestuelle, verbale et paraverbale. Le cadre théorique de cette approche est celui de l’interaction sociale située (Garfinkel 1967; Amiel 2004). Selon cette approche, c’est la ‘force’ et la dynamique des couplages (verbaux, gestuels, etc.) entre inter actants qui déterminent le réalisme de l’interaction sociale et donc de l’immersion. Nous ferons également référence au cadre théorique des actes de langage pour qualifier le intentions du thérapeute virtuel ainsi que ses actions. 2. Contexte applicatif Ce travail s’insère dans le cadre d’un projet de l’Inserm (PHRC) qui a pour vocation le développement de nouveaux paradigmes thérapeutiques1. L’objectif de 1 Projet : Evaluation par IRM fonctionnelle d’une séance de rééducation de l’extension du poignet par technique de Réalité Virtuelle chez des sujets cérébrolésés ce projet est d’évaluer l’usage de la réalité virtuelle pour rééducation de patients cérébro-lésés. Le paradigme expérimental proposé réfère au concept de neurone ‘miroir’ développé par Gallese (Gallese, Fadiga et al. 1996; Rizzolatti and Craighero 2004). Pour résumer brièvement cette découverte (Iacoboni, Molnar-Szakacs et al. 2005), ont pu montrer que chez le singe la perception passive du mouvement d’un autre singe entraîne systématiquement une activation de la partie motrice correspondante du cortex. D’où l’idée d’utiliser cette constatation pour la rééducation des patients cérébrolésés : en leur montrant visuellement et virtuellement le geste qu’ils ne peuvent réaliser, il est possible d’espérer que la partie motrice du cortex moteur du patient soit stimulée avec des conséquences pour le rétablissement des circuits cérébraux. L’originalité du projet repose sur deux points 1) la possibilité qu’offre la réalité virtuelle de créer une situation virtuelle « améliorée » qui permet au patient de visualiser le geste qu’il ne peut réaliser et 2) introduire la dimension émotionnelle dans l’interaction entre patient et thérapeute virtuel. Le contrôle par le modèle d’interaction sociale de la nature et de l’intensité de l’expression émotionnelle permet en outre d’introduire de matière quantitative l’expression émotionnelle dans le protocole expérimental. 3. Session de rééducation virtuelle Notre approche expérimentale s’applique à la rééducation de personnes cérébrolésées. Le patient visualise ses mains et bras virtuels et le thérapeute qui est un agent conversationnel animé. L'environnement de simulation met donc en présence trois ‘acteurs’ (Figure 1) : le patient, la représentation virtuelle de ses mains et bras (clone virtuel) et le thérapeute virtuel. Le patient porte un capteur de mouvement du poignet mesurant l’angle d’extension qui permet d’instruire au moteur d’animation de l’état de mobilité de la main du patient. En fonction du protocole, les informations sont soit directement reproduites en réalité virtuelle (le patient voit sa main bouger comme dans la réalité) soit modifiées pour être amplifiées. L'activité du thérapeute virtuel consiste à guider le patient dans ses exercices et éventuellement l'encourager ou corriger. Le thérapeute est animé en fonction du protocole expérimental ainsi qu’en fonction du comportement du patient. L’animation du thérapeute s’effectue en fonction d’un modèle émotionnel et intentionnel de la relation patient – thérapeute. Par exemple, en fonction du déroulement de la séance, le thérapeute peut être, neutre, empathique ou directif. Thérapeute Virtuel Patient Clone Patient Figure 1 Le patient voit en même temps son clone (ses deux avant bras virtuels) et son thérapeute virtuel. Le mouvement du poignet du clone est produit par le patient, qui obtient ses instructions du thérapeute virtuel. Notre objectif est d’aboutir à une sensation ‘d’immersion sociale’ chez le patient dans sa relation avec le thérapeute. 4. La notion d’immersion sociale Le plus souvent, la notion d’immersion est liée à la recherche d’environnements physiques réalistes. Récemment le concept d’immersion a été élargi à d’autres dimensions prenant en compte les dimensions phénoménologique, écologique ou culturelle de l’interaction (Van der Straaten 2000; Ijsselsteijn and Riva 2003). Plusieurs types d’immersion ont été définis (Adams 2004): l’immersion tactique produite quand le joueur est à l’affût d’information et prêt à répondre instinctivement, l’immersion stratégique lorsque le joueur investit intellectuellement dans la situation et essaye de résoudre un problème comme dans une partie d’échec et enfin l’immersion narrative comparable à celle d’un lecteur lorsqu’il est ‘absorbé’ par la lecture d’un roman. A ces trois formes d’immersion s’ajoute l’immersion sociale, celle qui engage l’acteur dans une interaction avec un autre acteur dans laquelle la dimension émotionnelle intervient fortement. Pour pouvoir produire ce type d’immersion, le personnage virtuel doit pouvoir idéalement répondre à plusieurs exigences : la crédibilité des expressions émotionnelles (leur adéquation par rapport à la situation, au contexte), la réflexivité de l’interaction (les personnages doivent, en temps réel, pouvoir ajuster mutuellement leurs expressions émotionnelles faciales et corporelles) et dans certains cas, l’indexicalité de l’expression gestuelle (les expressions gestuelles et l’interprétation des actes de langage doivent dépendre étroitement des références faites au monde extérieur). 5. Modèle du comportement des interactions sociales et émotionnelles Notre objectif est de produire une immersion via la reproduction des interactions sociales et émotionnelles entre patient et thérapeute. Pour ce faire nous proposons un modèle de comportement qui produise des actes de communication (activité verbale, para verbale et gestuelle) fortement liés au contexte. Trois éléments influencent le module comportemental : 1) les caractéristiques propres du personnage virtuel : son profil (traits de la personnalité, culture, statut et genre) et son état interne (état cognitif, état émotionnel, humeur, niveau d’empathie et stress), 2) ses intentions d’action et 3) les règles de production de ses actes de communication qui dépendent du comportement de l’interlocuteur L’architecture du modèle liant l’état émotionnel à la personnalité du sujet et à ses actions a été développé sur la base de travaux antérieurs (Morales Rodriguez and Pavard 2006 to appear). Le modèle comportemental s’appuie sur une approche liée aux théories de l'interaction sociale, de l'expression des émotions et de la personnalité (Salovey and Mayer 1990; Scherer, Schorr et al. 2001; Palmero 2003; Russell 2003; Cosnier 2004) et la personnalité (McCrae and John 1992; Pervin and John 1999) et sur une approche représentationnelle pour générer les actes de communication (Burkhardt 1990; Geis 1995). Pour améliorer le comportement du modèle en terme de dépendance au contexte nous utilisons certains concepts issus de l’ethnométhodologique (Garfinkel 1967; Amiel 2004). Cet approche non-représentationnelle permet de mieux comprendre la dépendance des interactions par rapport au contexte via le mécanismes indexicaux et réflexives. 6. Architecture d’animation L’architecture d’animation (figure. 2) est composée par quatre modules qui produisent le comportement du personnage virtuel. - Un module de perception et interprétation du contexte. - Un module d’interactions socioculturelles. - Un module comportemental constitué de deux modèles : - Un modèle de gestion du dialogue. - Un modèle d’interaction sociale et émotionnelle. - Un module de kinésique. Etat interne Perception et interprétation Emotion, Niveau d’empathie, Humeur, Niveau de stress et Etat cognitif Actions et attitude de l’interlocuteur Modèle de gestion du dialogue Evaluation Action Attendue Echange des objectifs Sélection de l’intention Intention Modèle d’interaction sociale et émotionnelle Modèle Empathie Modèle Emotionnel (Dialogue, Proxémique) (Emotion, Humeur, Stress) Modèle Cognitif (Activité Mental) Actes de communication + état émotionnel Module Kinésique Expression Faciale et Regard Expression Corporelle et Posture Expression Gestuelle Niveau de respect et de tolérance Attitude Profil du personnage Acte de communication Personnalité, genre, culture et statut Tour de Parole Module d’interactions socioculturelles Module Comportemental Expression émotionnel et de l’interaction Exécution des animations Figure 2. Architecture d’animation du comportement Le module perception et interprétation évalue la situation et en particulier les actions et attitudes de l’interlocuteur. Ce module s’inspire de la théorie multi-niveau de Scherer (Scherer, Schorr et al. 2001) pour la modélisation du processus ‘d’appraisal’ pour l’expression moteur et réactions physiologiques. Le module de gestion des interactions socio-culturelles évalue un niveau de respect et de tolérance dont il transmet la valeur au module comportemental. Cette évaluation est réalisée sur la base du profil du personnage. Le module comportemental est composé de deux modèles: - Un modèle de gestion du dialogue, qui réalise le choix des actes de communication. Il applique le concept de l'intelligence émotionnelle (Salovey and Mayer 1990), des théories des actes de langage (Burkhardt 1990; Geis 1995)afin d'adapter les actes de communication aux intentions du personnage. Ce modèle a cinq fonctions : 1) la gestion de la dynamique des tours de parole et des phases du dialogue (debout, changement et fin), 2) la sélection des actes de communication, 3) l’évaluation des actions en fonction de l’attitude, 4) la mise à jour des objectifs (ex : guider, corriger ou encourager) et 5) la mise à jour des intentions (ex : informer ou ordonner pour guider). - Un modèle de l'interaction sociale qui définit l'expression du comportement. Ce modèle génère l'attitude du personnage. L’attitude de l’agent se caractérise par quatre facteurs : 1) la personnalité du sujet 2) son niveau d'empathie, 3) son niveau de stress et 4) son humeur. Le module kinésique prend en charge la production des gestes, des expressions faciales et des expressions du corps associées aux actes de langage ainsi que l’état émotionnel pour produire l'expression de l'attitude choisie par le modèle comportemental. On pourra voir sur la figure 3 la dynamique des états possibles pour une conversation entre le thérapeute et le patient. Par exemple, si l’objectif du thérapeute est de donner une instruction au patient (état ‘Guider’), il peut, en fonction de la réponse motrice du patient soit l’encourager, soit le corriger, soit lui donner des informations complémentaires (état ‘feedback’). La transition qui sera choisie dépendra de l’état émotionnel du thérapeute mais aussi de sa personnalité (par exemple son niveau d’empathie) ou encore de l’historique des actions du patient. Interaction Guider Politesse Bienvenu Au revoir Informer Donner ordres Corriger Blâmer Donner ordres r Feedback Interroger Informer (réponse) Encourager Rassurer Donner ordres Figure 3. Schéma des états possibles pour le thérapeute. 7. Conclusion Dans cet article, nous présentons la structure d’une plate-forme d’animation de personnages en univers virtuel. Cette plate-forme est architecturée dans la perspective de permettre une interaction sociale et émotionnelle dans le cadre d’une application thérapeutique particulière: la rééducation de patients cérébrolésés. Dans cette perspective, nous avons développé le concept d’immersion sociale qui s’appuie sur la modélisation de la dynamique des états émotionnels ainsi que sur les notions d’interaction située (interactions avec des couplages forts entre le comportement des différents acteurs et de leur environnement). L’état actuel du dispositif nous permet de générer des séquences d’interaction entre patient et thérapeute virtuel qui prennent en compte la personnalité du thérapeute, le déroulement de la séance ainsi que les actions du patient selon qu’elle sont ou non réalisées. Selon le protocole développé par nos collaborateurs de l’INSERM, la pratique de séances de rééducation avec ‘amplification’ virtuelle du geste du patient devait aboutir à une meilleure récupération de la motricité chez les patients cérébrolésés. L’évaluation de cette hypothèse sera l’objet de la seconde étape de ce projet. Bibliographie Adams, E. (2004). The Designer's Notebook: Postmodernism and the Three Types of Immersion. Gamasutra.com. Amiel, P. (2004). Ethnométhodologie appliquée- Eléments de sociologie praxéologique. Paris, Presses du Lema. Burkhardt, A., Ed. (1990). Speech Acts, Meaning and Intentions:Critical Approaches to the Philosophy of John R. Searle. New York, Walter de Gruyter. Cosnier, J. (2004). Les emotions et les sentiments. Beyrouth-Liban: 74. Gallese, V., L. Fadiga, et al. (1996). "Action recognition in the premotor cortex." Brian 119: 593-609. Garfinkel, H. (1967). Studies in Ethnomethodology. NJ, Prentice-Hall. Geis, M. L. (1995). Speech Acts and Conversational Interaction. New York, Cambridge University Press. Holden, M. K. (2005). "Virtual Environments for Motor Rehabilitation: Review." CyberPsychology & Behavior 8(3): 187-211. Iacoboni, M., I. Molnar-Szakacs, et al. (2005). "Grasping the Intentions of Others with One’s Own Mirror Neuron System." PLoS Biol 3(3): 529-535. Ijsselsteijn, W. and G. Riva (2003). Being There: The experience of presence in mediated environments. Being There: Concepts, effects and measurements of user presence in synthetic environments. G. Riva, F. Davide and W. Ijsselsteijn. Amsterdam, Ios Press: 14. Keshner, E. A. (2004). "Virtual reality and physical rehabilitation: a new toy or a new research and rehabilitation tool?" Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 1(8). Lewis, C. H. and M. J. Griffin (1997). Human Factors Consideration in Clinical Applications of Virtual Reality. VIRTUAL REALITY IN NEUROPSYCHO-PHYSIOLOGY Cognitive, clinical and methodological issues in assessment and rehabilitation. G. Riva, IOS Press. 44. Marque, P. (2005). PROTOCOLE DE RECHERCHE CLINIQUE:Evaluation par IRM fonctionnelle d'une séance de rééducation de l'extension du poignet par technique de réalité virtuelle chez des sujets cérébro-lésés. Toulouse, HOPITAUX de TOULOUSE: 31. McCrae, R. R. and O. P. John (1992). "An introduction ti the Five-Factor Model and Its Applications." Journal of Personality 60: 175-215. Morales Rodriguez, M. L. and B. Pavard (2006 to appear). "Design of an emotional and social interaction paradigm for the animation of 3D characters: The case of a therapy for brain injured people (the mirror neuron paradigm)." Virtual Reality. Palmero, F. (2003). "La emocion desde el modelo cognitivista." Revista Electrónica de Motivación y Emoción VI(14-15). Pervin, L. A. and O. P. John, Eds. (1999). Handbook of Personality- Theory and Research. New York, The Guilford Press. Riva, G., Ed. (1997). Virtual Reality in Neuro-psycho-physiology Cognitive, clinical and methodological issues in assessment and treatment. Studies in Health Technology and Informatics, IOS Press. Riva, G. (2003). Virtual Reality as communication tool: a socio-cognitive analysis. Communications Through Virtual Technology: Identity Community and Technology in the Internet Age. G. R. a. F. Davide. Amsterdam, IOS Press:: 48-55. Riva, G., F. Mantovani, et al. (2004). "Presence and rehabilitation: toward secondgeneration virtual reality applications in neuropsychology." Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 1(9): 3-13. Rizzolatti, G. and L. Craighero (2004). "The Mirror-Neuron System." Annual Review of Neuroscience 27: 169-192. Russell, J. A. (2003). "Core Affect and the Psychological Construction of Emotion." Psychological Review 110(1): 145-172. Salovey, P. and J. D. Mayer (1990). "Emotional Intelligence." Imagination, Cognition and Personality 9(3): 185-211. Scherer, K. R., A. Schorr, et al., Eds. (2001). Appraisal Processes in Emotion Theory, Methods, Research. Series in Affective Sciences. New York and Oxford, Oxford University Press. Sveistrup, H. (2004). "Motor rehabilitation using virtual reality." Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 1(10): 1-2. Van der Straaten, P. (2000). Interaction Affecting the sense of presence in virtual reality, Delft University of Technology, Faculty of Information Technology and System: 67.