Capture, annotation et synthèse de mouvements pour l'animation basée données d'avatars de langue des signes

This thesis deals with the capture, annotation, synthesis and evaluation of arm and hand motions for the animation of avatars communicating in Sign Languages (SL). Currently, the production and dissemination of SL messages often depend on video recordings which lack depth information and for which editing and analysis are complex issues. Signing avatars constitute a powerful alternative to video. They are generally animated using either procedural or data-driven techniques. Procedural animation often results in robotic and unrealistic motions, but any sign can be precisely produced. With data-driven animation, the avatar's motions are realistic but the variety of the signs that can be synthesized is limited and/or biased by the initial database. As we considered the acceptance of the avatar to be a prime issue, we selected the data-driven approach but, to address its main limitation, we propose to use annotated motions present in an SL Motion Capture database to synthesize novel SL signs and utterances absent from this initial database. To achieve this goal, our first contribution is the design, recording and perceptual evaluation of a French Sign Language (LSF) Motion Capture database composed of signs and utterances performed by deaf LSF teachers. Our second contribution is the development of automatic annotation techniques for different tracks based on the analysis of the kinematic properties of specific joints and existing machine learning algorithms. Our last contribution is the implementation of different motion synthesis techniques based on motion retrieval per phonological component and on the modular reconstruction of new SL content with the additional use of motion generation techniques such as inverse kinematics, parameterized to comply to the properties of real motions.Cette thèse porte sur la capture, l'annotation, la synthèse et l'évaluation des mouvements des mains et des bras pour l'animation d'avatars communiquant en Langues des Signes (LS). Actuellement, la production et la diffusion de messages en LS dépendent souvent d'enregistrements vidéo qui manquent d'informations de profondeur et dont l’édition et l'analyse sont difficiles. Les avatars signeurs constituent une alternative prometteuse à la vidéo. Ils sont généralement animés soit à l'aide de techniques procédurales, soit par des techniques basées données. L'animation procédurale donne souvent lieu à des mouvements peu naturels, mais n'importe quel signe peut être produit avec précision. Avec l’animation basée données, les mouvements de l'avatar sont réalistes mais la variété des signes pouvant être synthétisés est limitée et/ou biaisée par la base de données initiale. Privilégiant l’acceptation de l’avatar, nous avons choisi l'approche basée sur les données mais, pour remédier à sa principale limitation, nous proposons d'utiliser les mouvements annotés présents dans une base de mouvements de LS capturés pour synthétiser de nouveaux signes et énoncés absents de cette base. Pour atteindre cet objectif, notre première contribution est la conception, l'enregistrement et l'évaluation perceptuelle d'une base de données de capture de mouvements en Langue des Signes Française (LSF) composée de signes et d'énoncés réalisés par des enseignants sourds de LSF. Notre deuxième contribution est le développement de techniques d'annotation automatique pour différentes pistes d’annotation basées sur l'analyse des propriétés cinématiques de certaines articulations et des algorithmes d'apprentissage automatique existants. Notre dernière contribution est la mise en œuvre de différentes techniques de synthèse de mouvements basées sur la récupération de mouvements par composant phonologique et sur la reconstruction modulaire de nouveaux contenus de LSF avec l'utilisation de techniques de génération de mouvements, comme la cinématique inverse, paramétrées pour se conformer aux propriétés des mouvements réels