Modelisation and Evaluation of the fidelity of a virtual Clone

L'identification des visages est primordiale lors de nos interactions sociales. Ainsi, notre comportement change suite à l'identification de la personne avec laquelle nous interagissons. De plus, les travaux en psychologie et en neurosciences ont observé que le traitement cognitif face à un visage familier diffère de celui que nous avons face à un visage inconnu.D'une autre part, les dernières techniques de rendu 3D et les dernières avancées des scans 3D ont permis la création de visages virtuels photo-réalistes modélisant des personnes réelles existantes. La tendance actuelle pour modéliser des humains virtuels est de se baser sur des techniques d'acquisition de données réelles (issues de scans et de sessions de capture de mouvement). Par conséquent, les recherches et applications en humains virtuels ont connu un intérêt croissant pour ces clones virtuels (des agents ayant un aspect familier ou du moins reconnaissable). Les clones virtuels sont donc de plus en plus répandus dans des interfaces homme-machine et dans l'industrie audio-visuelle.L'étude de la perception et de l'interaction avec des clones virtuels est donc devenue nécessaire pour appréhender la conception et l'évaluation de cette technologie. En effet, très peu d'études se sont penchées sur l'évaluation de la fidélité de ces clones virtuels. L'objectif de cette thèse consiste à explorer cet axe de recherche en examinant le processus de perception de la fidélité d'un visage virtuel, clone d'une personne réelle (que l'on connait ou non).Nos travaux répondent à plusieurs questions de recherche: Quels sont les éléments qui nous permettent d'évaluer la ressemblance du clone virtuel avec son référent? Parmi les multiples possibilités de techniques de rendu, d'animation et d'acquisition de données qu'offre l'informatique graphique, quelle est la meilleure combinaison pour assurer le plus haut degré de fidélité perçue ? L'apparence visuelle n'est cependant qu'une des composantes qui interviennent dans la reconnaissance de personnes familières. Les autres composantes comprennent ainsi l'expressivité mais aussi le traitement des connaissances que nous avons sur cette personne (par exemple sa manière particulière d'évaluer une situation émotionnelle et de l'exprimer via son visage).Nos contributions apportent des éléments de réponse à ces questions à plusieurs niveaux. Nous avons défini un cadre conceptuel identifiant les principaux concepts pertinents pour l'étude de la fidélité d'un visage virtuel. Nous avons aussi étudié l'aspect visuel de la fidélité à travers l'exploration de différentes techniques de rendu. Nous avons étudié dans une autre étape l'impact de la familiarité dans le jugement de la fidélité. Finalement, nous avons proposé un modèle informatique individuel basé sur une approche cognitive des émotions qui permet de guider l'animation expressive du clone virtuel.Ces travaux de thèse ouvrent des perspectives pour la conception et l'amélioration de clones virtuels, mais aussi plus généralement des interfaces homme-machine basées sur des agents expressifs.Face identification plays a crucial role in our daily social interactions. Indeed, our behavior changes according to the identification of the person with whom we interact. Moreover, several studies in Psychology and Neurosciences have observed that our cognitive processing of familiar faces is different from the cognitive processing of unfamiliar faces.Creating photorealistic an animated human-like face of a real person is now possible thanks to recent advances in Computer Graphics and 3D scan systems. Recent rendering techniques are challenging our ability to distinguish between computer generated faces and real human faces. Besides, the current trend to model virtual humans is to involve real data collected using scans and motion capture systems. Research and applications in virtual humans have experienced a growing interest in so-called virtual clones (agents with a familiar aspect or at least recognizable). Virtual clones are therefore increasingly used in human-machine interfaces and in the audiovisual industry. Studies about the perception and interaction with virtual clones are therefore required to better understand how we should design and evaluate this kind of technology. Indeed, very few studies have tried to evaluate virtual clones' fidelity with respect to the original human (hereafter called “the referent”). The main goal of this thesis is to explore this line of research. Our work rises several research questions: What are the features of the virtual clone that enable us to evaluate the resemblance between a virtual clone and its referent? Among several possibilities of rendering, animation and data acquisition techniques offered by Computer Graphics, what is the best combination of techniques to ensure the highest level of perceived fidelity?However, visual appearance is not the only component that is involved in recognizing familiar people. The other components include facial expressiveness but also the possible knowledge that we have about the referent (e.g. his particular way of assessing an emotional situation and expressing it through his face).Our contributions provide answers to these questions at several levels. We define a conceptual framework identifying the key concepts which are relevant for the study of the fidelity of a virtual face. We explore different rendering techniques. We describe an experimental study about the impact of familiarity in the judgment of fidelity. Finally, we propose a preliminary individual computational model based on a cognitive approach of emotions that could drive the animation of the virtual clone.This work opens avenues for the design and improvement of virtual clones, and more generally for the human-machine interfaces based on expressive virtual agents