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Filtered Pose Graph for Efficient Kinect Pose Reconstruction
No full textBeing marker-free and calibration free, Microsoft Kinect is nowadays widely used in many motion-based applications, such as user training for complex industrial tasks and ergonomics pose evaluation. The major problem of Kinect is the placement requirement to obtain accurate poses, as well as its weakness against occlusions. To improve the robustness of Kinect in interactive motion-based applications, real-time data driven pose reconstruction has been proposed. The idea is to utilize a database of accurately captured human poses as a prior to optimize the Kinect recognized ones, in order to estimate the true poses performed by the user. The key research problem is to identify the most relevant poses in the database for accurate and efficient reconstruction. In this paper, we propose a new pose reconstruction method based on modelling the pose database with a structure called Filtered Pose Graph, which indicates the intrinsic correspondence between poses. Such a graph not only speeds up the database poses selection process, but also improves the relevance of the selected poses for higher quality reconstruction. We apply the proposed method in a challenging environment of industrial context that involves sub-optimal Kinect placement and a large amount of occlusion. Experimental results show that our real-time system reconstructs Kinect poses more accurately than existing methods
Une approche topologique de la cinématographie virtuelle
No full textLa recherche dans le domaine de la cinématographie virtuelle s'est essentiellement focalisée sur des aspects précis de la cinématographie mais n'ont pas adressé les nombreuses interdépendances entre les entités d'une scène. En effet, alors que la majorité des approches prennent en compte le fait que les caméras et lumières sont contraintes par les acteurs, elles oublient que les acteurs sont aussi contraints par les caméras et des lumières. Dans cette thèse, nous adressons ces interdépendances en modélisant les relations partagées par les entités et la topologie de l'environnement. Pour ce faire, nous proposons un langage permettant de décrire formellement une scène avec des contraintes de haut niveau qui représentent les relations des entités, auxquelles sont associés des opérateurs formels permettant d'appliquer ces contraintes géométriquement. Notre seconde contribution est un système de mise en scène cinématographique qui génère des configurations de mises en scène dans un environnement virtuel à partir d'une description écrite dans notre langage formel. Notre troisième contribution est un système de placement de caméras en temps réel générant des rails de caméras dans un environnement virtuel qui sont ensuite utilisés pour guider la caméra en temps réel.Research in the domain of virtual cinematography has mostly focused on specific aspects of cinematography but fail to take into account the interdependencies between all the entities in the scene. Indeed, while most approaches take into account the fact that the cameras and lights are constrained by the characters, most fail to acknowledge that the characters are also constrained by the cameras and lights. In this thesis we tackle these interdependencies by modeling the relations between the entities and the topology of the environment. To this end, we propose a language to be used to formally describe a scene thanks to high-level constraints that represent entity relations, to which are associated formal operators that can be used to enforce these constraints through geometry. Our second contribution is a cinematographic staging system that generates staging configurations in a virtual environment thanks to a description written in our formal language. Our third contribution is a real-time camera placement system that builds on a subset of our formal language and generates camera tracks in a virtual environment to be used to guide the camera in real-time
Analyse d’information tridimensionnelle issue de systèmes multi-caméras pour la détection de la chute et l’analyse de la marche
No full textRéalisé en cotutelle avec le laboratoire M2S de Rennes 2Cette thèse s’intéresse à définir de nouvelles méthodes cliniques d’investigation permettant de juger de l’impact de l’avance en âge sur la motricité. En particulier, cette thèse se focalise sur deux principales perturbations possibles lors de l’avance en âge : la chute et l’altération de la marche.Ces deux perturbations motrices restent encore mal connues et leur analyse en clinique pose de véritables défis technologiques et scientifiques. Dans cette thèse, nous proposons des méthodes originales de détection qui peuvent être utilisées dans la vie courante ou en clinique, avec un minimum de contraintes techniques.
Dans une première partie, nous abordons le problème de la détection de la chute à domicile, qui a été largement traité dans les années précédentes. En particulier, nous proposons une approche permettant d’exploiter le volume du sujet, reconstruit à partir de plusieurs caméras calibrées. Ces méthodes sont généralement très sensibles aux occultations qui interviennent inévitablement dans le domicile et nous proposons donc une approche originale beaucoup plus robuste à ces occultations. L’efficacité et le fonctionnement en temps réel ont été validés sur plus d’une vingtaine de vidéos de chutes et de leurres, avec des résultats approchant les 100% de sensibilité et de spécificité en utilisant 4 caméras ou plus.
Dans une deuxième partie, nous allons un peu plus loin dans l’exploitation des volumes reconstruits d’une personne, lors d’une tâche motrice particulière : la marche sur tapis roulant, dans un cadre de diagnostic clinique. Dans cette partie, nous analysons plus particulièrement la qualité de la marche. Pour cela nous développons le concept d’utilisation de caméras de profondeur pour la quantification de l’asymétrie spatiale au cours du mouvement des membres inférieurs pendant la marche. Après avoir détecté chaque pas dans le temps, cette méthode réalise une comparaison de surfaces de chaque jambe avec sa correspondante symétrique du pas opposé. La validation effectuée sur une cohorte de 20 sujets montre la viabilité de la démarche.This thesis is concerned with defining new clinical investigation method to assess the impact of ageing on motricity. In particular, this thesis focuses on two main possible disturbance during ageing : the fall and walk impairment.
This two motricity disturbances still remain unclear and their clinical analysis presents real scientist and technological challenges. In this thesis, we propose novel measuring methods usable in everyday life or in the walking clinic, with a minimum of technical constraints.
In the first part, we address the problem of fall detection at home, which was widely discussed in previous years. In particular, we propose an approach to exploit the subject’s volume, reconstructed from multiple calibrated cameras. These methods are generally very sensitive to occlusions that inevitably occur in the home and we therefore propose an original approach much more robust to these occultations. The efficiency and real-time operation has been validated on more than two dozen videos of falls and lures, with results approaching 100 % sensitivity and specificity with at least four or more cameras.
In the second part, we go a little further in the exploitation of reconstructed volumes of a person at a particular motor task : the treadmill, in a clinical diagnostic. In this section we analyze more specifically the quality of walking. For this we develop the concept of using depth camera for the quantification of the spatial and temporal asymmetry of lower limb movement during walking. After detecting each step in time, this method makes a comparison of surfaces of each leg with its corresponding symmetric leg in the opposite step. The validation performed on a cohort of 20 subjects showed the viability of the approach
Objectivation and standardisation of ergonomics assessment on workstations based on Kinect data
No full textL'analyse ergonomique des postes de travail reste le point de départ de toute politique de prévention des risques de maladies professionnelles. De nombreux travaux scientifiques s'attachent à quantifier les déterminants à risque pour aboutir le plus souvent à un score de pénibilité. La difficulté actuelle des méthodes de cotation ergonomique se situe au niveau de la capture de ces déterminants. La majorité des systèmes se limitent à une collecte de données souvent subjective et très influencé par la personne effectuant la cotation. La volonté de l'entreprise par le biais de ce stage est d'objectiver l'analyse ergonomique des postes de travail par une capture du mouvement de l'opérateur. Le principale défi est le passage d'outil et de méthode scientifique à une utilisation de terrain avec toutes les contraintes qu'elle induit.L'apport des avancées technologiques et scientifiques encourage ce passage par des outils utilisable dans le contexte industriel. Les deux principaux objectif de ce stage se sont situer premièrement sur la limitation des biais de capture pour amener un précision et un standardisation de la mesure de terrain, ainsi que sur l'accès à de nouvelles données notamment l'aspect temporel de la tâche effectuée. Le matériel utilisé est le capteur de profondeur Kinect développé par Microsoft. Cet appareil fait l'objet d’études scientifique dans différents domaines et plus particulièrement dans son utilisation pour de la capture de mouvements.Lors de ce stage, nous nous somme attaché à traiter le signal émis par la Kinect, pour obtenir des données permettant le remplissage automatique de grille de cotation. Le bruit de mesure fût travailler à l'aide d'un filtre récursif passe bas utilisé fréquemment en laboratoire d'analyse du mouvement. Le traitement des données spatiales brut des articulations de l'opérateur pour obtenir des angles fit l'objet d'un grande partie du travail, car ne nombreux paramètre entre en jeu comme la position du capteur.La réussite du stage à permis de limiter la subjectivité de la mesure mais à également donnée l'accès à de nouveaux indices comme les pourcentage de temps de cycle passé à des angulations dangereuses pour l'opérateur. Le passage d'outil de laboratoire au terrain mérite encore d'être travaillé notamment dans la robustesse des systèmes développés et doit s'appuyer sur des expérimentations de laboratoire.Evaluation of potential risks of musculoskeletal disorders in real workstations is challenging as the environment is cluttered, which makes it difficult to correctly and accurately assess the pose of a worker. Most of the traditional motion capture systems cannot deal with these workplace constraints. Being marker-free and calibration-free, Microsoft Kinect is a promising device to assess these poses, but the validity of the delivered kinematic data under work conditions is still unknown. In this thesis we first propose an extensive validation of the Kinect system in an ergonomic assessment context with sub-optimal capture condition. As most of the large inaccuracies come from occlusions, we propose a new example-based method to correct unreliable poses delivered by the Kinect in such a situation. We introduced the Filtered Pose Graph structure to make the method select the most relevant candidates before combination. In an ergonomics context, we computed RULA scores and compared them to those computed from an optoelectronic mocap system. We also propose to challenge our method in real workplace environment and compared its performance to experts' evaluation in the Faurecia company. Finally, we evaluated the relevance of the proposed method to estimate internal joint torques thanks to inverse dynamics, even if occlusions occur. Our method opens new perspectives to define new fatigue or solicitation indexes based on continuous measurement contrary to classical static images generally used in ergonomics. The computation time enables real-time feedback and interaction with the operator
Séquence 3. « Des outils, des applications fécondes, en liaison avec les sciences et les techniques ? »
No full textPrésentation par Jean-Paul CALLÈDE,Sociologue au CNRS, Fondation Maison des Sciences de l’Homme de Paris Nous abordons la dernière séquence de cette Université Sportive d’Été avec une thématique qui s’intitule « Des outils, des applications fécondes, en liaison avec les sciences et les techniques ? ». Initialement, trois contributeurs devaient se succéder à la tribune : Franck Multon, ici présent, qui est professeur en STAPS à l’Université Rennes 2, mais également chercheur associé à l’Instit..
Motion planning and synthesis for virtual characters in constrained environments
No full textAvec la complexité croissante des environnements virtuels apparaît le besoin de doter les personnages qui les peuplent d'une plus grande autonomie de mouvement. En plus de marcher, courir et sauter, les simulations interactives actuelles requièrent des personnages qu'ils rampent, escaladent, poussent ou tirent des objets... Ces tâches sont caractérisées par les environnements contraints dans lesquelles elles sont réalisées, qui présentent un risque fort de collision et réduisent fortement les possibilités de mouvement; elles le sont aussi par les forces importantes qui doivent être exercées afin de les réaliser, résultant de la création de contacts. Ces deux aspects rendent la synthèse automatique de mouvements très difficile dans ce contexte. Cette thèse a pour objectif de proposer une méthode automatique pour la synthèse de mouvements en environnements contraints. Pour ce faire, deux problématiques de recherche ont été posées et étudiées. La première partie de la thèse porte sur la question de la génération de contacts pertinents pour la réalisation des tâches considérées. Une nouvelle heuristique appelée EFORT (Extended FORce Transmission ratio) est présentée ; elle permet d’évaluer la compatibilité d’une posture de contact avec la tâche demandée. Cette heuristique est au coeur d’une méthode pour la génération temps réel de postures de contact. Cette méthode s’applique pour des personnages et des environnements arbitraires, et peut être directement intégrée au sein de simulations interactives telles que les jeux vidéo. La deuxième partie porte sur le problème plus global de la recherche d’une trajectoire pertinente dans un environnement contraint. Cette recherche de trajectoire passe par la recherche d’une séquence de postures de contact qui vont permettre le mouvement. Une nouvelle méthode de planification de mouvement s’appuyant sur EFORT est donc proposée. Parce qu’elle est une des premières à simultanément considérer la complexité de l’environnement et la pertinence des configurations générées au regard de la tâche à accomplir, notre méthode constitue un pas significatif vers une plus grande autonomie de mouvement pour les personnages virtuels.With the growing complexity of virtual environments comes the need to provide virtual characters with a larger autonomy of motion. Additionally to walking, running and jumping, state of the art virtual applications require characters to climb, crawl, pull or push objects... Those tasks are characterized by the constrained environments in which they are achieved, where the risk of collision is high and motion capabilities are limited; they are also associated with important force exertion, resulting from contact creation. In this context, automatic motion synthesis is really difficult. This thesis aims at proposing an automatic method for motion synthesis in constrained environments. To achieve these goals, two research problems have been identified and studied. The first part is dedicated to the issue of generating contact postures compatible to achieve the considered tasks. We propose a new heuristic called EFORT (Extended FORce Transmission ratio). EFORT is used to evaluate the compatibility of a contact posture with the requested task. EFORT lies at the center of a new method for the real time generation of task efficient contact configurations. This generator finds its applications for arbitrary virtual characters and environment, and as such can be directly integrated within video game applications. The second part of this thesis focuses on the more global issue of computing a relevant trajectory in a constrained environment. This issue is seen as the search for a sequence of task efficient contact postures, suited for achieving the task. Consequently a new motion planner based on EFORT is proposed. Because it is one of the first to simultaneously address the complexity of the environment and task efficiency, our motion planner is a significant step towards an enhanced autonomy of motion for virtual characters
Sensing Human Walking: Algorithms and Techniques for Extracting and Modeling Locomotion
No full textInternational audienc
Model-based computation of plausible locomotion for living and fossilized hominids
No full textInternational audienc
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