Towards animated robots : Tools and methods for the integration of animation artists into the design process of expressive social robots

Autrefois seulement objets de laboratoire, les robots sociaux commencent à arriver dans les foyers, les écoles, les hôpitaux et les maisons de retraite, et deviennent les compagnons de notre éducation, de notre santé et de notre bien-être. Ces premières commercialisations de robots sociaux confirment l'importance de l'interaction homme-robot anticipée par les chercheurs. En effet, la communication non verbale formant une part majeure de la communication chez l'Homme, celui-ci ne peut s’empêcher d'interpréter les mouvements et les comportements des robots comme l'expression d'états mentaux. Cet impact de l'expressivité des robots sociaux implique que leur conception se doit d’être soignée pour ne pas perturber l’interaction.Les domaines du jeu vidéo et des films d'animation se sont intéressés depuis longtemps à la création de tels mouvements expressifs. De nombreux outils et méthodes ont ainsi été développées afin de faciliter la création de mouvements de personnages virtuels. Ces outils ont permis de combiner les avancées technologiques aux talents d'artistes animateurs passés maîtres dans l'art de donner vie à des personnages. Partant de ce constat, l'objet de cette thèse est la conception d'outils et de méthodes permettant d'intégrer des artistes animateurs dans le processus de conception des robots sociaux. Nous explorons en particulier les adaptations minimales du processus créatif des artistes animateurs rendues nécessaires par les spécificités du medium robotique.Les contributions de cette thèse sont les suivantes :- Un framework pour le prototypage de robots sociaux animés, fondé sur la mise en correspondance et la synchronisation du robot physique avec un robot virtuel animé dans un outil d'animation de personnage 3D.- Un second outil d'animation robotique intégrant la manipulation directe dans le processus d'animation par poses clés.- Une méthodologie pour la création d'animation paramétrique au travers de la collaboration d'un artiste animateur et d'un développeur, ainsi que les outils et interface logiciel facilitant cette collaboration.- L'évaluation par des artistes animateurs de l'outil d'animation de robot par manipulation directe et de la méthode de généralisation d'une animation à des nouvelles contraintes géométriques.Once only experimental devices, social robots are beginning to arrive in homes, schools, hospitals and nursing homes. They are becoming companions of our education, health and well-being. These first commercial launches of social robots confirm the importance of the human-robot interaction anticipated by researchers. Indeed, since non-verbal communication forms a major part of communication in humans, we cannot help but interpret the movements and behaviours of robots as the expression of mental states. This effect of the expressiveness of social robots implies that they must be carefully designed to avoid disrupting the interaction.The fields of video games and animated movies have long been interested in the design of such expressive movements. Many tools and methods have been developed to support the creation of virtual character movements. They have made possible the combination of the latest technological advances with the talents of animation artists who are masters in the art of bringing life into characters. From this observation, the focus of this thesis is the design of tools and methods to integrate animation artists into the design process of social robots. In particular, we investigate the minimal adaptations of the creative process of animation artists made necessary by the specific characteristics of the robotic medium.The contributions of this thesis are as follows:- A framework for prototyping animated social robots, based on mapping and synchronizing the physical robot with an animated virtual robot in a 3D character animation tool.- A second robotic animation tool integrating direct manipulation into the keyframing animation process.- A methodology for designing parametric animation through the collaboration of an animation artist and a developer, as well as the tools and software interface to support this collaboration.- The evaluation by animation artists of the robotic animation tool by direct manipulation and of the method of generalization of an animation to new geometric constraints