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DISPOSITIF DE SIMULATION DE L'ÉVOLUTION D'UN MILIEU PAR
TRAITEMENT ASYNCHRONE ET CHAOTIQUE, EN PRÉSENCE D'ENTITÉS
AUTONOMES INTERAGISSANT EN T7N SYSTEME MULTI-AGENTS
L'invention concerne la simulation (ou modélisation) informatique de
l'évolution
temporelle de milieux objets de phénomènes physiques, comme par exemple des
milieux
liquides, gazeux, solides, particulaires et analogues.
Comme le sait l'homme de l'art, la modélisation de l'animation
phénoménologique
interactive d'un milieu en réalité virtuelle est une tâche particulièrement
difficile, en
particulier lorsque les dimensions du milieu sont importantes et lorsqu'elle
doit se faire en
temps réel.
Par exemple, dans le cas d'un milieu liquide tel que la mer, cette difficulté
résulte
principalement du fait que plusieurs points de vue doivent être simultanément
réunis. Plus
précisément, la modélisation nécessite la réunion des points de vue maritime,
océanogra-
phique et infographique. Les marins utilisent en effet un vocabulaire
spécifique pour décrire
la mer comme un milieu (plan d'eau) hétérogène sur lequel ils observent des
phénomènes
localisés qui leur permettent de guider leurs stratégies de navigation. De
leur côté les
océanographes et les ingénieurs modélisent les phénomènes sous la forme d'un
système
complexe au sein duquel de nombreux modèles se superposerit.
Afin de modéliser les phénomènes physiques, les infographistes utilisent des
modèles
infographiques reposant généralement sur des équations différentielles, comme
par exemple
celles de Navier-Stokes. Or, la complexité algorithmique de la. résolution
numérique directe
de ces équations différentielles ne permet pas l'animation de milieux de
dimensions
relativement importantes par rapport aux dimensions de ses constituants (par
exemple
plusieurs kilomètres carrés dans le cas d'un plan d'eau). Par ailleurs, la
résolution de telles
équations différentielles nécessite des conditions aux limites initiales qui
les rend impropres
à l'interactivité.
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En l'absence de solution analytique, la simulation informatique doit alors
s'appuyer sur des
méthodes itératives (dites particulaire ou spectrale), qui passent d'un état
courant du
système considéré à un état suivant de ce même système. Chaque système est
généralement
décomposé en sous-systèmes ou mailles dont les évolutions respectives sont
calculées en
parallèle, de façon synchrone. Par conséquent, l'état du système à l'instant
T+1 résulte de
l'application en parallèle des phénomènes sélectionnés à l'état de chaque
maille à l'instant
T, sans se préoccuper des conséquences que cela peut induire entre mailles.
Il a certes été proposé (par exemple dans le document de D. Hinsinger et al
"Interactive
animation of ocean waves", Symposium on Computer Animation (SCA), p.161-166,
2002,
et dans le document de S. Thon "Ocean waves synthesis using a spectrum-based
turbulence
function", IEEE-Computer Graphics International (CGI), p.65-74, Suisse, 2000,
IEEE
Computer Society) de combiner les méthodes itératives particulaire et
spectrale, en mettant
en oeuvre des résolutions numériques locales directes des équations
différentielles (de
Navier-Stockes). Mais, cette combinaison ne permet toujours pas de tenir
compte
simultanément pour un milieu hétérogène des effets locaux induits par de
nombreux
phénomènes lorsque les dimensions du milieu sont grandes à l'échelle de ses
constituants.
Par exemple, dans le cas d'un plan d'eau tel que la mer, il n'est toujours pas
possible de
tenir compte simultanément des effets locaux induits, sur une ou plusieurs
dizaines de
kilomètres carrés, par des phénomènes, tels que des déferlements, un vent, des
courants et
la bathymétrie, sur des groupes de vagues de toutes les longueurs d'onde,
lesquels sont
essentiels pour que la simulation ait un sens pour les marins et demeure
physiquement
crédible pour les océanographes.
L'invention a donc pour but d'améliorer la situation.
Elle propose à cet effet un dispositif de simulation de l'évolution temporelle
d'un milieu,
propre à être implanté dans un ordinateur capable de supporter en mode multi-
tâches une
programmation par objets activés.
Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comprend :
- un logiciel de simulation par objets de l'évolution conjointe de certains au
moins des
objets activés, comportant des premiers objets dits "d'énaction" définissant
des entités
autonomes spatio-temporelles représentatives chacune d'un phénomène physique
et
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interagissant, en cas d'activation, au sein d'un système multi-agents (SMA)
via des seconds
objets dits "d'état" définissant des médiateurs d'interaction offrant un
support topologique
spatio-temporel constituant un environnement virtuel représentatif du milieu
simulé et
permettant de localiser des interactions entre entités dans l'espace et dans
le temps (ou
spatio-temporelles), et
- un gestionnaire de simulation capable de travailler par séquences sur une
sélection d' obj ets
d'énaction, et d'activer chaque objet d'énaction une unique fois lors de
chaque séquence,
selon un ordre variant de façon au moins partiellement aléatoire d'une
séquence à l'autre,
de manière à faire évoluer dynamiquement séquence après séquence les
interactions spatio-
temporelles entre objets d'énaction.
Le dispositif selon l'invention fonctionne donc selon un mode asynchrone, du
fait que les
états respectifs des objets activés varient les uns après les autres au sein
de chaque séquence,
compte tenu des états respectifs des autres objets activés, et chaotique, du
fait que l'ordre
de traitement de chaque objet activé varie de façon aléatoire d'une séquence à
l'autre. Il est
en outre possible d'activer ou supprimer à tout moment (c'est-à-dire en temps
réel) un ou
plusieurs objets, afin de modifier les conditions de travail et/ou le système
simulé sans qu'il
faille recommencer intégralement la simulation, ce qui confère au dispositif
un véritable
caractère interactif.
Le logiciel de simulation peut également comprendre des objets d'énaction qui
définissent
des instruments constituant des entités autonomes chargées de mesurer les
effets sur des
médiateurs d'interaction choisis de certains au moins des phénomènes physiques
choisis
(représentés par les entités), afm de permettre l'observation de ces
phénomènes physiques
en des endroits choisis du milieu.
Chaque entité (ou objet d'énaction) peut être défmie par des premier, deuxième
et troisième
objets actifs agencés de manière à exercer respectivement une première
activité destinée à
créer un élément de topologie constitué d'au moins un médiateur d'interaction,
une
deuxième activité destinée à attribuer des propriétés à chaque élément de
topologie situé
dans un domaine d'influence de son entité, et une troisième activité destinée
à modifier le
comportement de son entité en fonction des propriétés de l'éiément de
topologie qu'elle a
créé, perçues au sein du milieu et attribuées par l'ensemble des entités ayant
constitué le
milieu.
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Dans ce cas, chaque entité autonome (ou objet d'énaction) est
préférentiellement associée
à un modèle de comportement paramétré adaptable permettant de définir une
région du
milieu où doivent être perçues les propriétés de l'élément de topologie
qu'elle a créé, et
chaque instant au cours duquel ces propriétés doivent être perçues.
Par exemple, chaque instant de perception est défini en dehors de deux
domaines de validité
temporels successifs pendant lesquels le modèle de comportement de l'entité
concernée ne
nécessite pas de nouvelle perception des propriétés de l'élément de topologie
qu'elle a créé
pour rester physiquement correct.
Ces domaines temporels sont préférentiellement espacés périodiquement selon
une
fréquence choisie propre à l'entité concernée.
Par ailleurs, le logiciel de simulation peut comporter un ordonnanceur capable
de
fonctionner soit selon un mode en temps réel, dans lequel il fonctionne selon
une fréquence
choisie, soit selon un mode en temps virtuel, dans lequel il fonctionne de
façon périodique
mais pendant des durées variables d'une période à l'autre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen
de la description
détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 illustre de façon schématique un exemple de représentation d'une
animation
phénoménologique sous la forme d'une organisation d'entités autonomes,
- la figure 2 illustre sous la forme d'un diagramme UML un exemple
d'architecture à trois
niveaux représentative de l'animation interactive d'un milieu liquide tel que
la mer, selon
l'invention,
- la figure 3 illustre de façon très schématique un exemple de représentation
d'entités
physiques autonomes au sein d'un milieu liquide tel qu'une portion d'un plan
d'eau
hétérogène,
- la figure 4 illustre de façon très schématique un exemple de création d'une
structure
spatio-temporelle d'un milieu liquide tel qu'un plan d'eau hétérogène par
trois entités
physiques autonomes, et
- la figure 5 illustre de façon très schématique, sous la forme de blocs
fonctionnels, un
ordinateur équipé d'un exemple de réalisation d'un dispositif de simulation
selon
l'invention.
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Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention,
mais aussi
contribuer à sa définition, le cas échéant.
5 L'invention concerne un dispositif D dédié à la simulation de l'animation
phénoménolo-
gique interactive d'un milieu hétérogène en réalité virtuelle.
Dans la description qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif,
que le milieu est
un plan d'eau, et plus précisément une portion de mer.
Mais, l'invention concerne tout milieu hétérogène obj et de phénomènes
physiques induisant
des mouvements, y compris à l'échelle (sub-)atomique ou particulaire. Par
conséquent,
l'invention s'applique aux milieux liquides et notamment aux plans d'eau, tels
que la mer,
les cours d'eau (rivières et fleuves), les lacs et les bassins de carène, aux
milieux solides,
en particulier pour l'analyse de la résistance des matériaux, et aux milieux
gazeux, comme
par exemple l'atmosphère ou l'espace.
En outre, l'invention s'applique aux situations dans lesquelles un milieu
hétérogène est
l'objet d'une combinaison (ou superposition) de phénomènes physiques de
natures
différentes. Ainsi, l'invention concerne par exemple les phénomènes
ondulatoires
électromagnétiques ou acoustiques, et notamment les ondes électromagnétiques
ou
acoustiques (action et compatibilité) et le rayonnement électromagnétique.
Le dispositif D selon l'invention permet, dans son application à la mer, de
réunir les points
de vue maritime, océanographique et infographique, de sorte que la simulation
maritime ait
un sens pour les marins et reste physiquement crédible aux yeux des
océanographes.
Les marins utilisent en effet un vocabulaire spécifique pour décrire la mer
comme un plan
d'eau hétérogène sur lequel ils observent des phénomènes localisés qui vont
guider leurs
stratégies de navigation, tandis que les océanographes modélisent les
phénomènes sous la
forme d'un système complexe au sein duquel de nombreux modèles se superposent.
On entend ici par "phénomènes localisés" des phénomènes physiques tels qu'un
groupe de
vagues, un déferlement, une interaction entre au moins deux groupes de vagues,
une
interaction entre un groupe de vague et un déferlement, une interaction entre
un groupe de
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vague et un vent, une interaction entre un groupe de vague et un courant, ou
une interaction
entre un groupe de vague et une profondeur.
A chaque phénomène modélisé correspond au moins un modèle physique dépendant
d'au
moins un paramètre. I1 est important de noter que chaque phénomène physique
est modélisé
indépendamment des autres modèles physiques.
Dans le tableau ci-dessous se trouvent regroupés, à titre d'exemple non
limitatif, les
principaux phénomènes physiques utilisés par les marins, en correspondance des
modèles
physiques utilisés en océanographie physique et des paramètres associés :
phénomène modèles physiques paramètres
modélisé
groupe de va- Ondes localisées par une enveloppe âge, spectre, nombre de
gues d'extention finie se propageant le vagues principales, vec-
long de rais teur d'onde moyen, posi-
Analyse par ondelettes avec analy- tion moyenne, vitesse de
satrice de Morlet 2D groupe, enveloppe
déferlement Déferlement actif : critères de dé- largeur des fronts défer-
ferlement, activité du déferlement lants, durée de phase ac-
Déferlement passif : disparition tive, quantité d'action,
progressive des turbulences et de la profondeur de mousse,
mousse par relaxation durée de relaxation
interactions Cinématique : interaction par défer- vecteurs d'onde, pulsa-
groupe/groupe lements tions et amplitudes des
Résonance : interaction de quadru- groupes en interaction
plets
interactions Transferts d'action et dissipation vitesse particule/crête,
groupe/déferle des vagues courtes par la mousse profondeur de mousse,
ment passive longueurs d'onde
Allongement des crêtes dissipées
Augmentation du nombre de
vagues
interactions Age d'un état de mer : vitesse de champ de vecteurs "vent
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groupe/vent friction, transfert d'énergie vers la en altitude", vecteurs
mer d'onde, cambrure, taux
d'avance de crête d'une
vague
interactions Conservation des crêtes et de champ de vecteurs
groupe/courant l'action "courant de surface",
Réfraction et élargissement des v e c t e u r s d' o n d e,
groupes par gradients de courant pulsations des groupes,
amplitudes et phases
locales des vagues
interactions Conservation des crêtes et de bathymétrie, vecteurs
groupe/profond l'énergie d' o n d e m o y e n s,
eur Réfraction dispersive et pulsations moyennes des
élargissement des groupes groupes, amplitudes et
hases locales des vagues
Une correspondance plus détaillée des vocabulaires utilisés respectivement par
les marins,
les océanographes et les infographistes, peut par exemple être trouvée dans le
document de
M. Parenthoën et al "Les états de mer : un état de l'art ; le marin,
l'océanographe et
l'infographiste, Actes des 16èmejournées de l'AFIG, p. 129-140, Université de
Paris VIII,
2003.
Le dispositif D selon l'invention est agencé pour tenir compte simultanément
pour un plan
d'eau hétérogène (ici une portion de mer, par exemple d'une dizaine de
kilomètres carrés)
des effets locaux de phénomènes physiques, tels que les déferlements, le vent,
les courants
ou la bathymétrie, sur des groupes de vagues de toutes les longueurs d'onde.
Pour ce faire, et contrairement aux dispositifs de simulation de l'art
antérieur reposant sur
la résolution numérique d'équations différentielles de type Navier-Stokes sur
un maillage
prédéfini ou adaptatif, le dispositif D selon l'invention utilise des premiers
objets dits
"d'énaction" définissant des entités autonomes modélisées à partir de
résultats théoriques
et expérimentaux de l'océanographie physique et interagissant en un système
multi-agents
sans passer par un maillage ni prédéfini, ni adaptatif.
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On entend ici par "entité autonome" une entité (ou objet d'énaction) telle
qu'un Groupe de
vagues, un Déferlement actif, un Déferlement passif, un (Vent) Synoptique, un
Vent local,
un Haut-fond ou un Courant. Les modèles océanographiques de ces entités
physiques et de
leurs interactions étant, par exemple, décrits en détail dans le document de
M. Parenthoën
et al "IPAS : Interactive Phenomenological Animation of the Sea, International
Journal of
Offshore and Polar Engineering, 2004, dont le contenu est ici incorporé par
référence, ils
ne seront donc pas décrits en détail.
D'une façon simplifiée, chaque objet d'énaction (ou entité autonome) est
agencé de manière
à fonctionner selon une démarche active de perception en précisant "où" et
"quand" elle a
besoin d'observer "quoi". Les activités des différentes entités, que l'on
appelle ci-après
"aisthesis" structurent la topologie spatio-temporelle et sémantique du milieu
(ici la mer)
destiné à servir de médiateur d'interaction (par le biais des Particules d'eau
qui le
constituent).
Chaque entité autonome agit sur le milieu créé en fonction de ses savoir-
faire, et s'adapte
aux propriétés qu'elle perçoit activement en modifiant les paramètres de son
propre
comportement. C'est la raison pour laquelle une entité autonome est ici
appelée objet
d'énaction. L'énaction est plus précisément définie dans la Thèse de
l'Université de
Bretagne Occidentale de M. Parenthoën, dont le titre est "Animation
phénoménologique de
la mer".
Il est important de noter, comme on le verra en détail plus loin, que la
visualisation du
milieu (ici la mer) n'est qu'une option offerte par le dispositif D selon
l'invention. Cela
résulte du fait qu'un utilisateur (ou observateur) se trouve placé au même
niveau conceptuel
que les entités qui réalisent l'animation, et constitue de ce fait une entité
autonome. En
d'autres termes, l'animation du milieu (ici la mer) peut se faire
indépendamment de sa
visualisation. La visualisation de la mer doit donc spécifier "où" et "quand"
observer "quoi"
en fonction des phénomènes que veut voir l'utilisateur (ou observateur) et où
il veut les voir,
et participe ainsi à la création de la structure spatio-temporelle et
sémantique du milieu.
Le modèle de mer, implémenté comme un système multi-agents interagissant via
la
médiation d'un milieu généré par les entités autonomes, va maintenant être
décrit en détail.
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Un utilisateur, comme par exemple un marin, détermine généralement ses actions
en
fonction de certains phénomènes qu'il a observés et/ou qu'il connaît, soit par
expérience,
soit par le biais d'informations reçues ou lues.
Selon l'invention, l'animation phénoménologique de la mer est un système multi-
modèles
dans lequel chaque modèle résulte de la description d'un phénomène considéré
indépendam-
ment des autres phénomènes. Chaque modèle décrivant un phénomène doit donc
vérifier
un principe d'autonomie. En d'autres termes chaque phénomène doit être
"chosifié" (ou
"réifié") en une entité autonome possédant des capacités sensorimotrices et
décisionnelles
qui lui sont propres.
L'ensemble des entités autonomes, dont l'utilisateur (ou observateur),
interagit en un
Système Multi-Agents (SMA), tel que défini par exemple dans le document de J.
Ferber
"Les systèmes multi-agents : un aperçu général", Technique et Science
Informatique,16(8),
p.979-1012, 1997.
Dans un tel SMA chaque agent constitue une entité autonome qui possède des
capacités
sensorimotrices, et communique avec l'environnement déterminé par les autres
agents. Les
agents sont situés dans l'environnement dans lequel ils évoluent selon leurs
propres modèles
de comportement, lesquels définissent leurs capacités de perception, d'action
et de décision
en fonction de caractéristiques internes et de leurs interactions avec
l'environnement.
Les interactions sont médiatisées par un milieu dont la structure spatio-
temporelle n' est pas
prédéfinie, mais est construite au fur et à mesure par les entités elles-
mêmes. Chaque entité
contribue donc à la structure en créant un élément de topologie, en fonction
des besoins
nécessaires à son auto-adaptation. L'ensemble, constitué des différentes
entités autonomes,
affecte alors des propriétés à chaque élément de topologie associé à chaque
entité, et chaque
entité adapte son propre comportement aux propriétés qu' elle perçoit
effectivement dans
l'environnement au moyen de son élément de topologie associé. Un exemple
schématique
d'organisation des entités, réalisant la simulation physique des phénomènes,
est illustré sur
la figure 1.
Plus précisément, dans l'exemple illustré sur la figure 1, "a", "b", "c" et
"d" désignent des
entités autonomes de l'organisation. Chaque entité (ou objet d'énaction) est
définie par un
triplet d'objets actifs dont les activités (ou méthodes) respectives
traduisent ce qu'elle
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cherche à percevoir, son action sur le monde à percevoir par l'ensemble de
toutes les entités,
et ce qu' elle devient compte tenu des propriétés effectivement perçues dans
ledit monde.
Par ailleurs, comme indiqué précédemment chaque entité autonome (a, b, c, d)
est agencée
5 de manière à structurer le milieu en lui insérant un élément de topologie
spatio-temporelle.
Cette aptitude des entités à la structuration du milieu constitue leur premier
rôle (ou
activité), appelé ci-après "aisthesis".
La topologie globale du milieu est définie par la réunion des éléments de
topologie spatio-
10 temporelle de l'ensemble des entités.
Chaque entité autonome (a, b, c, d) est en outre agencée de manière à agir en
fonction de
ses propres savoir-faire sur la topologie globale en lui attribuant des
propriétés. Cette
aptitude des entités à l'attribution au milieu de propriétés constitue leur
deuxième rôle (ou
activité), appelé ci-après "praxis".
Chaque entité autonome (a, b, c, d) est enfin agencée de manière à adapter son
propre
comportement en fonction des caractéristiques perçues du milieu, c'est-à-dire
des propriétés
de l'élément topologique qu'elle a préalablement créé, lesquelles sont
déterminées par
l'ensemble des entités. Cette aptitude des entités à l'adaptation
comportementale constitue
leur troisième rôle (ou activité), appelé ci-après "poiésis".
Le milieu sert de médiateur d'interaction entre les différentes entités
autonomes de
l'organisation, laquelle ne peut vivre que si les entités autonomes qui la
constituent activent
leurs différents rôles de prédiction perceptive, d'action sur le milieu et
d'adaptation au
milieu.
On se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire, au moyen d'un diagramme
UML,
l'architecture permettant au dispositif de simulation D, selon l'invention, de
mettre en
oeuvre l'organisation présentée ci-avant en référence à la figure 1, dans
l'application à l'état
de mer.
L'architecture illustrée se décompose en trois niveaux. Un premier niveau Nl
est dédié à
l'ordonnancement des activités d'objets actifs. Un deuxième niveau N2 est
dédié à
l'environnement virtuel constitué d'entités physiques présentant les
phénomènes naturels
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dont les interactions sont médiatisées par le milieu. Un troisième niveau N3
est dédié à la
spécification de l'environnement virtuel à l'animation du milieu (ici la mer).
Le premier niveau N1, également appelé simulateur, comprend un ordonnanceur
(ou
séquenceur, ou encore "scheduler") chargé de gérer des activités qui appellent
des méthodes
d'objets implantées dans un module M1 et sur lesquelles on reviendra plus
loin.
L'ordonnanceur met en oeuvre, comme on le verra plus en détail plus loin, un
processus
d'itérations faisant vivre à tour de rôle les objets actifs (ou entités)
constitutifs de
l'environnement virtuel. L'ordonnanceur effectue des itérations asynchrones,
afin de
respecter l'autonomie des entités, et chaotiques pour ne pas introduire de
biais dans la
simulation.
Le deuxième niveau N2 est dédié aux phénomènes naturels et à leur observation.
Il permet
de constituer l'environnement virtuel à partir d'entités autonomes situées
dans l'espace 3D
et dans le temps. L'environnement virtuel alimente le module M1 comportant les
méthodes
d'objets. Les entités autonomes (ou objets d'énaction) interagissent via des
objets d'état qui
définissent des médiateurs d'interaction proposant un support topologique
spatio-temporel
permettant à l'environnement virtuel de localiser les interactions dans
l'espace et dans le
temps. L'ensemble des médiateurs d'interaction forme ce que l'on peut appeler
le milieu.
L'environnement virtuel a pour but de résoudre les problèmes topologiques
relatifs à la
localisation des entités et des médiateurs d'interaction, afin de répondre à
la question "qui
agit où et quand ?". Les phénomènes naturels que l'on cherche à simuler sont
chosifiés (ou
réifiés) en des entités physiques situées dans l'environnement virtuel et qui
assurent la
cohérence physique de la simulation des phénomènes naturels. Par ailleurs,
l'observation
des phénomènes naturels est médiatisée par un instrument de mesure alimenté
par un
visualisateur implanté dans le troisième niveau N3.
Comme indiqué précédemment, chaque entité physique (ou objet d'énaction)
possède trois
méthodes (ou activités) particulières : l'aisthesis permettant de créer des
médiateurs
d'interaction rassemblés en un élément de topologie, la praxis permettant de
donner des
propriétés à chaque élément de topologie situé dans son voisinage d'influence,
et la poiésis
permettant de modifier le comportement d'une entité ou de créer de nouvelles
entités.
Certaines entités particulières peuvent également définir des instruments qui
permettent
d'observer les phénomènes en mesurant leurs effets sur des médiateurs
d'interaction,
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l'interaction étant alors celle du modèle avec l'utilisateur qui peut être un
simple
observateur, un acteur immergé sensoriellement, ou un modélisateur par la
médiation du
langage de programmation. Tout comme les entités physiques, les instruments
peuvent
disposer des trois méthodes présentées ci-avant, mais le plus souvent leur
praxis peut être
négligée.
Comme indiqué ci-dessus, le troisième niveau N3 est dédié à la spécification
de
l'environnement virtuel à l'animation du milieu (ici la mer). Il comporte,
d'une première
part, un module M2 définissant les différents types d'entités physiques
(Groupe de vagues,
Déferlement, Courant, Vent local, Bathymétrie, Synoptique (ou Vent
Synoptique), etc),
d'une deuxième part, un module M3 définissant les particules d'eau et les
propriétés
associées (position dynamique, masque, normale, vent, courant, profondeur,
turbulences,
etc), d'une troisième part, un module M4 définissant le milieu de médiation
qu'est ici la
mer, et d'une quatrième part le visualisateur qui est une entité particulière
composée d'un
grand nombre de Particules d'eau spécifiques formant un maillage de la surface
de la mer
à observer et devant être mises à jour selon une fréquence choisie, de
préférence supérieure
ou égale à 10 Hz, par les entités physiques constitutives de l'environnement
virtuel, et
notamment par les groupes de vagues, et texturé en fonction des Groupes de
vagues, des
Déferlements et des Vents locaux, via l'instrument de mesure.
En présence d'une autre application, c'est ce troisième niveau N3 qui est
adapté en fonction
des types des objets d'énaction (ou entités), des objets d'état et des
médiateurs d'interaction
concernés.
Parmi les entités physiques présentées ci-avant, les Groupes, les
Déferlements, les Vents,
les Courants et la Bathymétrie assurent la cohérence océanographique des
phénomènes et
de leurs interactions via les propriétés des Particules d'Eau (position,
normale, vent, courant,
profondeur, turbulences, etc).
Comme indiqué précédemment, chaque entité physique autonome provient de la
réification
d'un phénomène physique (observé par les marins). Comme cela est
schématiquement
illustré sur la figure 3, ces entités autonomes sont situées dans
l'environnement virtuel et
possèdent leurs propres comportements. Le modèle de comportement d'une entité
autonome
est associé à une capacité de prédiction, c'est-à-dire un domaine de validité
temporel dans
lequel le comportement de l'entité ne nécessite pas de nouvelle perception des
propriétés
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du milieu pour rester physiquement correct. La connaissance du domaine
temporel dans
lequel l'entité autonome peut évoluer en autonomie permet de déterminer la
fréquence des
actes de perception de cette entité autonome. Chaque entité sait ainsi qu'elle
aura besoin
d'un type donné d'information localisé dans tant de temps et à un endroit
donné,
relativement à sa prédiction.
Chaque entité "Groupe de vagues" est par exemple contrôlée par un train
d'ondes lui
donnant des caractéristiques moyennes (extension finie de l'enveloppe
Gaussienne en
longueur et en largeur, vitesse de groupe, nombre de vagues, longueur d'onde,
période,
profil horizontal des crêtes, vitesse de phase, age du groupe), auxquelles
s'ajoutent des
perturbations locales en phase et en amplitude attachées e.ux crêtes des
vagues qui la
parcourent, afin de modéliser les aspects non linéaires des vagues.
A titre d'exemple de mise en oeuvre, le train d'ondes peut-être une ondelette
de Morlet 2D
dont l'enveloppe se déplace à la vitesse de groupe et dont la phase de la
nappe sinusoïdale
progresse à la vitesse de phase. L'ondelette de Morlet 2D est l'un des outils
mathématiques
utilisés par le logiciel de simulation (sur lequel on reviendra plus loin en
référence à la
figure 5) et notamment par ses médiateurs d'interaction (Particules d'eau).
Le Groupe de vagues est sensible à d'autres entités autonomes que sont
notamment les
Déferlements, les Courants, les Vents, la Bathymétrie et les autres Groupes de
vagues.
Un Groupe de vagues devant pouvoir réaliser des transferts d'action vers les
Déferlements,
son domaine prédictif ne peut donc excéder la durée de vie d'un Déferlement
(les autres
phénomènes étant observables à plus basse fréquence). Le bon sens marin ou
physique
permettant d'estimer à environ une seconde la durée de vie minimale des
déferlements des
vagues de plus d'un mètre de longueur d'onde, on peut par exemple fixer à une
seconde la
capacité d'anticipation du modèle des Groupes de vagues. Dans ce cas, les
Groupes de
vagues sont chargés d'activer de manière asynchrone leurs comportements
perceptifs selon
une fréquence de 1 Hz, afin de connaître l'évolution des effets des
Déferlements, des Vents,
des Courants et de la Bathymétrie sur les propriétés du milieu à percevoir. En
d'autres
termes, l'aisthesis de chaque Groupe de vagues, participant à l'environnement
virtuel, est
chargée de créer chaque seconde un élément de topologie, par exemple constitué
de cinq
points répartis dans son enveloppe (définissant son extension spatiale), dont
la position est
anticipée d'une seconde.
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Chaque Déferlement occupe préférentiellement une surface du plan d'eau
observé, lequel
est composé de zones élémentaires contiguës, par exemple de 1 mz. Chaque zone
peut être
associée à une phase active ou passive du Déferlement, selon qu'elle
appartient ou non au
front actif de ce Déferlement. Dans chaque zone active, un processus de
fabrication de
mousse et de turbulences peut être mis en oeuvre en fonction de l'activité
locale du
Déferlement (le mot "activité" doit ici être compris dans son sens physique de
"taux de
production" et non pas dans le sens informatique), tandis que dans chaque zone
passive un
processus de relaxation de la mousse et des turbulences peut être mis en
oeuvre.
La propagation du front actif d'un Déferlement étant un processus très
dynamique, influencé
par les Vagues et les Vents, on peut par exemple mettre à jour l'activité des
zones actives
(ici de 1 m2) au moins deux fois par seconde. La dissipation de la mousse et
des turbulences
étant en revanche beaucoup plus facile à prévoir (car elle n'est sensible
qu'aux Courants qui
les transportent et aux Vents qui les orientent en des traînées d'écumes), et
l'évolution des
Vents et des Courants étant assez lente, on peut par exemple mettre à jour la
dissipation
toutes les 10 secondes. Dans ces conditions, les Déferlements activent leurs
comportements
perceptifs selon une fréquence de 2 Hz sur leurs fronts actifs afm de
connaître les effets des
Groupes (de vagues) et des Vents, et selon une fréquence de 0,1 Hz pour leurs
zones de
relaxation afin de eonnaître les effets des Courants et des Vents. En d'autres
termes,
l'aisthesis de chaque Déferlement, participant à l'environnement virtuel, est
donc chargé de
créer, d'une part chaque demi-seconde pour son front actif un élément de
topologie
constitué de particules des zones actives afin de faire évoluer l'activité et
de déterminer la
fin de l'activité de chaque zone active, auxquelles s'ajoutent des particules
localisées en
avant du front actif et anticipant la propagation du déferlement; et d'autre
part toutes les dix
secondes des particules supplémentaires dans les zones passives.
Les entités Synoptique (ou Vent Synoptique) et Vents locaux évoluent
continûment au cours
du temps en force et/ou en direction, mais l'influence du Synoptique est
globale sur
l'intégralité du plan d'eau observé, sur lequel il peut créer des Groupes de
vagues, tandis
que le Vent local ne participe pas à la création de Groupes de vagues et
présente une
enveloppe d'extension finie qui peut se déplacer et se transformer. Ces
entités, de préférence
modélisées par des modèles descriptifs insensibles au milieu, n'ont pas de
réel besoin de
perception. C'est également le cas, en première approximation, des Courants et
de la
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Bathymétrie du fait que leurs paramètres évoluent exclusivement en fonction du
temps
(l'onde de marée).
Les entités physiques participent ainsi à la création de la structure spatio-
temporelle du
5 milieu et y évoluent de manière autonome entre deux actes de perception. Un
acte de
perception est ici caractérisé par une anticipation perceptive ("où et quand
j'aurai besoin de
quoi ?") qui précède l'observation des propriétés du milieu, à partir
desquelles l'entité
concernée adapte son comportement. Les interactions entre les entités sont
alors médiatisées
par le milieu qu'elles ont créé et auquel chaque entité contribue à donner des
propriétés.
I1 ressort de ce qui précède que le modèle informatique de la mer virtuelle
est un système
multi-agents (ou SMA) hétérogène composé d'entités physiques en interaction.
Chaque
entité autonome est située dans l'environnement virtuel et possède son propre
comporte-
ment, provenant de la réification d'un phénomène physique observé par les
marins
(Groupe(s) de vagues, Déferlement(s), (Vent) Synoptique, Vents locaux, Hauts-
fonds,
Courants, etc). Par ailleurs, le modèle du comportement de chaque entité est
caractérisé par
la capacité prédictive de ce que devrait être idéalement le comportement de
l'entité, laquelle
correspond à la fréquence selon laquelle l'entité doit percevoir son
environnement pour
s'adapter aux changements du milieu.
Les entités physiques (ou objets d'énaction) assurent donc la cohérence
océanographique
des phénomènes par des interactions s'appuyant sur les caractéristiques des
Particules d'eau
(médiateurs d'interaction). Parmi ces caractéristiques on peut notamment citer
la position
de référence, la position dynamique (mise à jour par l'entité physique Groupe
de vagues),
la normale (mise à jour par l'entité physique Groupe de vagues), le vent (mis
à jour par les
entités physiques Vent synoptique et Vents locaux), le courant (mis à jour par
l'entité
physique Courant), la profondeur (mise à jour par l'entité physique
Bathymétrie) et
l'épaisseur des turbulences (mise à jour par l'entité physique Déferlement).
Comme indiqué précédemment, la Particule d'eau constitue le médiateur
d'interaction pour
la simulation phénoménologique du plan d'eau (ici la mer). Elle constitue un
support
topologique, appelé position de référence dans l'espace-temps. Cette position
de référence
constitue un point M(O,Xo) de l'espace (où X. est un vecteur), associé à un
instant to donné.
Ce sont les positions de référence dans l'espace-temps qui sont spécifiées par
les activités
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de perception active des entités autonomes lors de la création de la structure
spatio-
temporelle du milieu (la Mer).
La Mer connaissant les Particules d'eau les range au fur et à mesure de leur
création par
ordre croissant des instants to au cours desquels les entités a.nticipent
l'observation des
propriétés. Une entité n'agit sur une particule temporellement située à
l'instant to que si cet
instant est dans le doniaine de validité de prédiction du modèle de l'entité,
c'est-à-dire entre
deux actes perceptifs.
A un instant donné, avant d'exercer leurs praxis, les entités prennent leurs
positions dans
l'espace d'après leurs propres modèles de comportement. La Mer peut alors
spécifier les
activités de praxis des entités à chaque instant en résolvant les problèmes de
topologie
spatiale liés à l'appartenance d'un médiateur au domaine d'influence de chaque
entité.
Afin de diminuer la complexité en 0(n2) de ces problèmes de topologie
spatiale, où n est le
nombre d'entités en interactions, inhérente à tout système multi-agents, le
plan d'eau (la
Mer) peut être pavé régulièrement en régions rectangulaires. Cette solution
est valable dans
l'hypothèse d'une densité relativement homogène des entités qui peuplent le
plan d'eau (la
taille de chaque pavé est alors du même ordre de grandeur que la taille
moyenne des entités
peuplant l'environnement virtuel). Lorsqu'une entité utilise un grand nombre
de médiateurs
d'interaction dans son élément de topologie, comme c'est le cas de l'entité
que constitue le
visualisateur, elle doit fournir une méthode spécifique pour résoudre les
problèmes de
voisinage au sein de son élément de topologie.
En plus de la position de référence d'une particule d'eau, l'entité qui crée
cette particule
d'eau précise de quel(s) type(s) de propriété elle a besoin à l'aide d'un
masque. Ainsi, on
ne fait agir que les entités physiques dont la praxis influence un type de
propriété, ce qui
permet de simplifier la complexité de la résolution des relations topologiques
entre les
entités et les médiateurs d'interaction par une première sélection sémantique
plutôt que
géométrique.
Une particule d'eau peut posséder de nombreuses propriétés, comme par exemple
sa
position dynamique autour de la position de référence M(O,Xo), sa vitesse
relativement à la
mer, sa normale à la surface de la mer, la liste des Groupes de vagues qui 1'
influencent, le
Vent, le Courant, la Profondeur, l'épaisseur des turbulences, et la liste des
Déferlements et
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les activités associées. Par exemple, les entités Groupes de vagues peuvent
agir selon un
modèle particulaire, éventuellement inspiré de celui décrit dans le document
de F.J. Gerstner
"Theorie der Wellen", Abhandlungen der koniglichen bominschen, Gesellschaft
der
Wissenschafte, Prague 1804, notamment pour ce qui concerne la position
dynamique, la
vitesse et la normale. Par ailleurs, chaque Groupe de vagues peut s'ajouter à
la liste des
Groupes de vagues si une Particule d'eau est dans son enveloppe. En outre, les
entités
Déferlements peuvent agir selon un modèle du type de celui décrit dans le
document de N.
Reul et al "A model of sea-foam thickness distribution for passive microwave
remote
sensing applications", Journal of Geophysical Research, 2004, notamment pour
ce qui
côncerne l'épaisseur des turbulences et la liste des Déferlements et les
activités associées.
Ainsi, chaque Particule d'eau est localisée sur la Mer et dans le temps par
une position de
référence et possède des propriétés mises à jour en fonction de la praxis des
entités
physiques qui l'influencent. L'activité des praxis est déterminée par
l'environnement Mer,
qui connait les positions des Particules d'eau et des entités à chaque
instant, en résolvant les
relations de voisinage entre lesdites Particules d'eau et entités. Ces
Particules d'eau servent
alors de médiateurs d'interaction car leurs propriétés, issues de l'influence
de l'ensemble
des entités présentes, sont utilisées par chaque entité physique pour adapter
son propre
comportement. L'ensemble des Particules d'eau est créé par les entités au fur
et à mesure
de leurs interactions. Cet ensemble est en perpétuelle évolution au cours du
temps, tant par
le nombre de Particules d'eau que par leurs positions dans l'espace, et forme
le milieu dans
lequel les entités interagissent.
On a représenté sur la figure 4 un exemple schématique de création d'une
structure spatio-
temporelle du milieu Mer par trois entités (deux Groupes de vagues et un
Déferlement), au
moyen de leurs aisthesis. Sur cette figure les Particules d'eau constitutives
du milieu (la
Mer) sont représentées par des cercles à motifs. Dans cet exemple, à un
instant donné to,
l'entité Déferlement (déferl(to)) prévoit d'avoir besoin, d'une part dans 0,5
seconde (soit
to+0,5) de propriétés de Particules d'eau sur son front actif ZA et en avant
de celui-ci dans
sa direction de propagation, et d'autre part dans 10 secondes (soit to+10) de
propriétés du
milieu dans sa zone passive ZP (matérialisée par des petits points). A un
instant t,, le
premier Groupe de vagues (groupe_1(t,)) prévoit d'avoir besoin de propriétés à
la position
(G1_estim) où il est censé se trouver dans 1 seconde (soit t1+1). Il crée
alors cinq Particules
d'eau pour l'instant t,+l. Par ailleurs, à un instant t2, le second Groupe de
vagues
(groupe_2(t2)) prévoit d'avoir besoin de propriétés à la position (G2_estim)
où il est censé
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se trouver dans 1 seconde (soit t,+l). Il crée alors cinq Particules d'eau
pour l'instant t,+l.
La Mer va alors faire agir l'ensemble des entités sur la structure spatio-
temporelle ainsi
formée pour lui donner des propriétés.
Comme indiqué précédemment, le dispositif selon l'invention D permet de faire
évoluer des
phénomènes physiques caractérisant un milieu (ici la Mer) sans qu'il faille
nécessairement
regarder ledit milieu. De même, le dispositif D permet de simuler une partie
des phénomè-
nes physiques inhérents à la surface de la Mer indépendamment de leur
visualisation, bien
entendu hormis le fait que les phénomènes modélisés dépendent de ce que l'on
cherche à
percevoir. Cela résulte du fait que la structure spatio-temporelle du milieu
(ici la Mer), créé
par les entités physiques, est adaptée à la simulation des phénomènes
océanographiques et
non à la visualisation interactive de la surface de la Mer qui requiert des
contraintes
spécifiques à la perception humaine et aux moyens informatiques réalisant
l'animation
interactive.
La visualisation du milieu (ici la mer) nécessite en effet de considérer
l'utilisateur comme
l'un des éléments actifs du modèle. Le Visualisateur doit par conséquent
constituer une
entité autonome participant à l'organisation, immergé dans l'environnement
virtuel par la
médiation d'une interface homme/machine. De ce fait, l'utilisateur doit
préciser la structure
spatio-temporelle du milieu dont il veut pouvoir observer certaines propriétés
("où et quand
je regarde quoi ?"). En fonction de ce qu'il perçoit, l'utilisateur décide des
prochains
endroits où il souhaite observer des phénomènes choisis. Cette démarche est la
même que
celle mise en oeuvre par les entités autonomes peuplant l'environnement
virtuel, laquelle
consiste à effectuer une perception active (ou aisthesis).
Une fois les phénomènes sélectionnés par l'utilisateur, il doit préciser à
l'aide de l'interface
homme/machine "où" et "quand" il veut les percevoir. Les informations fournies
alimentent
un modèle de perception dédié. L'immersion minimale est visuelle et rendue par
l'image
d'une caméra virtuelle, par exemple. Une interaction avec la caméra virtuelle
peut être
envisagée, par exemple au moyen du clavier de commande et/ou de la souris. Par
ailleurs,
la caméra peut être attachée à un objet fixe ou mobile, comme par exemple un
bateau, sur
'lequel un observateur est éventuellement situé (ou immergé).
Afin de rendre fluide la visualisation, il est préférable que l'animation (ici
de la surface de
la Mer) se fasse selon un modèle de perception défini par une fréquence
supérieure à 10 Hz
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et une géométrie texturée, structurée en un maillage dont les points sont
répartis en
respectant une certaine distribution de probabilité spatiale.
Une fois que le modèle de perception a été défini à partir des propriétés
fournies par
l'interface homme/machine, la Mer peut-être instrumentée par l'entité
Visualisateur (du
troisième niveau N3 de l'architecture de la figure 2). Comme indiqué
précédemment, le
Visualisateur est en effet chargé de structurer le milieu (ici la Mer) en
fonction du modèle
de perception et de récupérer les propriétés pertinentes pour la visualisation
de la surface
de la Mer. La projection des propriétés observées par l'entité Visualisateur
permet alors de
révéler la Mer sur le moniteur d'affichage de l'interface homme/machine.
Une entité Visualisateur représente un couple (géométrie, caméra). On suppose
dans ce qui
suit que le nombre de points qui constituent la géométrie est fixe (il dépend
de la puissance
des équipements informatiques supportant le dispositif de simulation D), et
que la topologie
de leurs voisinages respectifs est conservée au cours du temps.
Les positions des points de la géométrie sont préférentiellement générées en
respectant une
distribution de probabilité fixée par le modèle de perception associé au
Visualisateur. Le
maillage est par exemple défini selon une triangulation dite de Delaunay
statique réalisée
lors de l'initialisation sur des positions des points par défaut. Une telle
triangulation est
notamment décrite dans le document de M.J. Castro et al "New progress in
anisotropic grid
adaptation inviscid and viscious flow simulation", Technical Report 2671,
INRIA, 1995.
La structure topologique de la géométrie est préférentiellement statique afin
de ne pas avoir
à trianguler à la volée. Mais, on peut également envisager de modifier
dynamiquement la
grille de la structure topologique, au niveau des positions des points qui la
définissent, par
exemple au moyen de transformations conservant la topologie structurelle
autres que de
simples translations, rotations ou homothéties. A cet effet, on peut par
exemple utiliser des
projections du type de celles décrites dans le document précité de D.
Hinsinger afin
d'adapter la représentation des détails du mouvement de la Mer au point de vue
de la
caméra.
L'activité aisthesis du Visualisateur consiste à structurer le milieu (ici la
Mer) en générant,
par exemple tous les dixièmes de seconde au moins, l'élément de topologie dont
les
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Particules d'eau associées possèdent coinme positions de référence les
positions des points
de la grille déterminée par le modèle de perception du Visualisateur.
La construction de l'image nécessite la connaissance en chaque point, d'une
première part
5 de la position dynamique et de la normale afin de reconstituer la surface de
la Mer, d'une
deuxième part de l'épaisseur des turbulences afin de représenter la mousse
passive, d'une
troisième part de l'activité des Déferlements afin de permettre le réglage du
débit d'un
système de Particules d'eau (lequel est un objet graphique qui peut être très
consommateur
de ressources, et qui n'est de ce fait instancié que si sa position le place
dans une zone
10 d'attention perceptive spécifiée par le modèle de perception du
Visualisateur), d'une
quatrième part du Vent afin de permettre le paramétrage de la divergence du
générateur de
Particules d'eau et de la texture des vaguelettes (par exemple avec un "bump-
mapping" du
type de celui décrit dans le document de J. Maillot et al "Interactive texture
mapping",
computer Graphics (SIGGRAPH), 27 : 27-34, 1993), et d'une cinquième part des
Groupes
15 de vagues afin de permettre la texturation des vagues lorsque le pas de la
grille géométrique
est d'un ordre de grandeur équivalent à la longueur d'onde des Groupes de
vagues.
L'ensemble des Particules d'eau constituant l'élément topologique d'un
Visualisateur est
généralement trop important pour que les entités physiques qui influencent la
grille puissent
20 résoudre les problèmes de topologie de leur praxis sans avoir recours à une
méthode
spécifique. La répartition spatiale des points de référence n'étant pas
régulière, une simple
méthode à base de boîtes englobantes n'est pas suffisamment efficace pour
résoudre ces
problèmes.
Par conséquent, afin de simplifier la complexité de l'opération de résolution
des problèmes,
il est avantageux d'utiliser un processus d'arbre binaire, par exemple de type
"quad-tree"
comme décrit dans le document de A. Klinger et al "Experiments on pictures
representation
using regular decomposition", Computer Graphics and Image Processing, 5: 68-
105, 1976.
Dans ce cas, la fabrication de l'arbre est préférentiellement réalisée lors de
l'initialisation
de la géométrie, sensiblement en même temps que la triangulation.
Ces autres structures topologiques restent fixes d'un point de vue des
voisinages pendant
toute la simulation, car elles ne subissent que des transformations laissant
invariante la
notion de voisinage.
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L'entité Visualisateur permet ainsi de donner une structure spatio-temporelle
au milieu (ici
la Mer), dédiée à la perception humaine et donnant accès aux propriétés
nécessaires à la
visualisation de la Mer par révélation au moyen du moniteur d'affichage. La
révélation de
la Mer correspond au développement des photos des praxis des entités physiques
qui la
peuplent, telles qu'elles sont prises par l'entité Visualisateur. Cette
révélation dépend
principalement des caractéristiques de la carte graphique du moniteur
d'affichage et de la
finesse du grain du maillage géométrique.
Pour une simulation quasi temps réel (9 images par seconde), on peut utiliser
une carte
graphique supportant par exemple un "Vertex et Pixel shader" version 2.0,
telle que la carte
GeForce FX de la société Nvidia, ainsi qu'un processeur principal fonctionnant
à 1,4 GHz,
comme par exemple le processeur Pentium IV de la société Intel. Seuls quelques
méga
octets sont alors utilisés en mémoire vive par le programme, et
l'initialisation (triangul ation,
etc) prend typiquement une quinzaine de secondes. Avec un tel équipement
informatique,
un plan d'eau d'environ 4 Km2 peut être recouvert d'environ 8000 entités
physiques en
interaction et la grille géométrique peut être composée de 6000 points. La
complexité de la
simulation physique des phénomènes océanographiques en interaction est alors,
du point de
vue du CPU, du même ordre de grandeur que celle de l'animation de la grille
géométrique.
On se réfère maintenant à la figure 5 pour décrire un exemple de dispositif de
simulation
selon l'invention D, de type asynchrone et chaotique, comme évoqué
précédemment,
capable de mettre en oeuvre l'architecture présentée ci-avant en référence à
la figure 2.
Comme cela est illustré schématiquement et de façon fonctionnelle sur la
figure 5, le
dispositif D peut-être installé dans un ordinateur C comportant un système
d'exploitation
OS et des moyens de traitement et de calcul CPU adaptés à un fonctionnement
dans un
mode multi-tâches, tel que celui offert par l'environnement oRis décrit
notamment dans le
document "Systèmes multi-agents", pages 499 à 524, RSTI - TSI, 21/2002. Un tel
environnement multi-tâches est particulièrement bien adapté à la programmation
par objets
activés, par exemple en langage C++ ou Java. L'environnement multi-tâches oRis
est
couplé, comme le dispositif D qui est illustré, à un compilateur (ici nommé
"compilateur
de programmation objet"). Par ailleurs, l'environnement oRis peut-être couplé,
comme le
dispositif D qui est illustré, à un traducteur en langage C++ (ici nommé
"interpréteur de
programmation objet") afin d' améliorer son efficacité par compilation. Cet
interpréteur peut
même être adapté de manière à constituer un compilateur en ligne dans lequel
le code
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exécuté est un code compilé en ligne et modifiable de façon dynamique. Un tel
environne-
ment multi-tâches, constituant une évolution d'oRis, est connu sous le nom
ARéVi.
Le dispositif D comprend un logiciel de simulation de l'évolution conjointe d'
obj ets activés
(ici nommé "simulateur général"). Plus précisément, ce logiciel de simulation
(ou
simulateur général) comporte les (premiers) objets dits d'énaction et les
(seconds) objets
dits d'état.
Le logiciel de simulation (ou simulateur général) comprend également un
gestionnaire de
simulation couplé aux objets d'état et aux objets d'énaction (ou entités) et
agencé de
manière à créer son propre ordonnanceur ou séquenceur (ou en anglais
"scheduler") afin de
travailler de façon séquentielle sur une sélection d'objets d'énaction. Le
gestionnaire de
simulation calcule des interactions une fois que le milieu (ici la Mer), qui
fait vivre les
objets d'énaction (ou entités), a résolu les problèmes topologiques.
Le gestionnaire de simulation est plus précisément chargé d'activer une unique
fois lors de
chaque séquence, sous le contrôle du séquenceur (ou scheduler) qu'il crée pour
l'occasion,
chaque objet d'énaction sélectionné, selon un ordre qui varie de façon au
moins partielle-
ment aléatoire d'une séquence à l'autre, afin d'appliquer chacune de ses trois
activités à
l'état courant de chaque objet d'état qu'il désigne de manière à faire évoluer
son état vers
un nouvel état courant, ou en d'autres termes afin de faire évoluer
dynamiquement séquence
après séquence les interactions spatio-temporelles entre entités.
De façon plus détaillée, l'utilisateur choisit tout d'abord un ou plusieurs
objets d'énaction,
afin que le dispositif D simule l'évolution spatio-temporelle du système. Cela
"pré-active"
chaque objet d'énaction choisi au sein du logiciel de simulation.
Puis, le gestionnaire de simulation initialise un compteur de séquences en
plaçant la valeur
n du compteur à 1, et crée une liste d' obj ets d' énaction. La première
séquence (n=1)
commence par une phase de sélection dans laquelle le gestionnaire de
simulation sélectionne
de façon aléatoire l'un des objets d'énaction choisis, ce qui l'active
momentanément.
Chaque activité (ou méthode) de l'objet d'énaction sélectionné et activé est
alors appliquée
à l'état courant de chaque objet d'état associé, ce qui modifie éventuellement
son état en
cours. Chaque activité est ainsi activée et appliquée à chaque objet d'état.
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Puis, le gestionnaire de simulation supprime de la liste d'objets d'énaction
de la séquence
en cours l' obj et d' énaction qu'il vient d'appliquer.
Ensuite, le gestionnaire de simulation effectue un test destiné à déterminer
s'il reste d'autres
objets d'énaction à appliquer dans la liste d'objets d'énaction de la séquence
en cours.
Si la liste d'objets d'énaction de la séquence en cours n'est pas vide, le
gestionnaire de
simulation effectue une nouvelle phase de sélection afin de sélectionner de
façon aléatoire
l'un des objets d'énaction restant. Comme indiqué ci-avant, il active alors ce
nouvel objet
d'énaction sélectionné et applique chacune de ses activités à l'état courant
de chaque objet
d'état, éventuellement modifié par l'activation de l'objet d'énaction
précédent (lequel ne
peut plus être utilisé dans la séquence en cours). Le gestionnaire de
simulation reproduit ces
opérations (sélection-activation, application et mise(s) à jour) autant de
fois qu'il y a
d'objets d'énaction sélectionnés dans sa liste d'objets d'énaction, de sorte
que chaque
activité de chaque objet d'énaction soit appliquée une unique fois à chaque
objet d'état
auquel il est associé. Une fois cela terminé, la première séquence (n=l),
correspondant à
l'instant T=O, est achevée.
Lorsque la liste d'objets d'énaction de la séquence en cours est vide, le
gestionnaire de
simulation incrémente d'une unité la valeur en cours n du compteur de
séquences. Bien
entendu, il effectue un test sur le nombre de séquences à effectuer. Si le
nombre de
séquences effectuées est égal au nombre maximal prévu, le gestionnaire de
simulation met
fin à la simulation. En revanche, s'il reste au moins une séquence à
effectuer, le gestionnaire
de simulation effectue une nouvelle séquence correspondant à un instant T+1,
T+2, ..., T+n.
Il réitère alors à chaque nouvelle séquence les opérations précitées.
La durée de la simulation, et donc le nombre maximal de séquences effectuées
par le
gestionnaire de simulation, dépend de l'application concernée, ou du
paramétrage choisi par
l'utilisateur compte tenu de l'application. Mais, la simulation peut être
interrompue à
chaque instant par l'utilisateur à l'aide d'une instruction d'arrêt transmise
au logiciel de
simulation grâce à une interface homme/machine de l'ordinateur C. Il est
important de noter
qu'une simulation interrompue à la demande d'un utilisateur peut-être reprise
ultérieure-
ment.
CA 02568258 2006-11-27
WO 2006/003271 PCT/FR2004/002384
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Il est important de noter que le séquenceur (ou scheduler) peut fonctionner en
temps virtuel,
ou en d'autres termes que son fonctionnement n'est pas astreint à respecter le
temps réel,
mais chacune de ses itérations représente logiquement, et non physiquement,
une durée de
une milliseconde (1 ms). Bien entendu, le séquenceur peut également
fonctionner en temps
réel. Dans ce cas, chacune de ses itérations dure physiquement une période
choisie.
En raison du mode de fonctionnement séquentiel et chaotique du logiciel de
simulation,
l'utilisateur peut à chaque instant intervenir dans une simulation, soit sous
la forme d'un
"avatar" pour interagir lui-même avec l'objet de la simulation, par exemple le
milieu, soit
pour ajouter à sa sélection ou supprimer de sa sélection un ou plusieurs
objets d'énaction.
L'utilisateur peut également décider de modifier au moins partiellement la
définition (ou
structure) d'un ou plusieurs objets d'énaction. Cela confère au logiciel de
simulation une
grande interactivité.
L' invention trouve de très nombreuses applications dans de nombreux domaines
techniques,
et notamment dans les domaines de l'assistance à la navigation, de
l'architecture navale (par
exemple pour l'étude comportementale d'un bateau ou d'une plate-forme
offshore, en
remplacement et/ou en complément des bassins de carène), de l'étude de la
résistance des
matériaux ou des phénomènes ondulatoires (électromagnétiques ou acoustiques).
Ainsi, une
possible application est la modélisation des interactions conjuguées entre un
navire, des
ondes radars et la mer dans le cas de la détection et/ou de la reconnaissance
d'un objet.
Par ailleurs, dans ce qui précède il a été décrit une application dans
laquelle le milieu
hétérogène était l'objet de phénomènes physiques de même nature. Mais,
l'invention
concerne également les applications dans lesquelles le milieu hétérogène est
l'objet d'une
combinaison (ou superposition) de phénomènes physiques de natures différentes.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de
simulation décrits ci-
avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que
pourra
envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.
