• 1 ARNOLD David, « Computer graphics and cultural heritage, part 2: Continuing inspiration for future (...)
• 2 GAUGNE Ronan, GOURANTON Valérie, DUMONT Georges et al., « Immersia, an open immersive infrastructur (...)
• 3 FUCHS Philippe, MOREAU Guillaume & GUITTON Pascal (dir.). Virtual reality. Concepts and technologie (...)

1Au cours des deux dernières décennies, le patrimoine culturel a bénéficié de l’utilisation intensive des technologies 3D, avec une large part de reconstitutions par modélisation ou numérisation1. De nombreux monuments, bâtiments et villes ont ainsi reçu une nouvelle existence numérique. Associées à la réalité virtuelle et aux technologies de réalité augmentée, ces reconstitutions permettent de visualiser, de simuler et même d’interagir avec le passé2. La réalité virtuelle occupe une place particulière dans le schéma scientifique habituel en associant sciences humaines et ingénierie. Selon Philippe Fuchs, Guillaume Moreau et Pascal Guitton, « Le but de la réalité virtuelle est de rendre possible une activité sensorimotrice et cognitive pour une personne (ou des personnes) dans un monde artificiel créé numériquement, qui peut être imaginaire, symbolique ou une simulation de certains aspects du monde réel3 ». Cette proposition met l’humain et son activité au centre de la réalité virtuelle.

• 4 MAGNENAT-THALMANN Nadia, FONI Alessandro Enrico, PAPAGIANNAKIS George et al., « Real time animation (...)
• 5 Ch’ng Eugene, GAFFNEY Vincent L. et al., « Simulation and visualisation of agent survival and settl (...)

2Néanmoins, la plupart des reconstitutions ou simulations existantes restent inertes, dépourvues de substance de vie. Dans le contexte des bâtiments ou de la reconstitution urbaine, cela conduit à une apparence de sites endormis. Quelques travaux ont étudié l’introduction d’humains virtuels dans des reconstitutions de sites historiques4. Les humains virtuels peuvent également être associés à des agents afin de simuler des comportements sociaux5. Dans le cas particulier de bâtiments mobiles tels que les navires, l’absence de vie est encore plus évidente et gênante pour l’utilisateur. L’activité à bord d’un navire est constituée de nombreuses tâches spécifiques et précises. Ces activités répondent aux contraintes particulières de la vie maritime, comme par exemple mesurer la position du navire avec différents instruments, sonner la cloche de changement de quart, entretenir le navire, et rassemblent des corps de métiers variés. Plus qu’une activité sociale qui pourrait être modélisée par intelligence artificielle, l’activité à bord d’un navire s’apparente à un ballet chorégraphié où chaque marin connaît sa place et où chaque tâche contribue à maintenir le cap. Travailler sur la question du geste dans un univers contraint et mouvant, dans l’esprit d’une « archéologie du geste » et dans la perspective d’un patrimoine immatériel, permet de confronter de manière expérimentale les conditions mêmes du mouvement et du travail des marins aux données historiques. Le ratio d’1 m² par personne disponible sur ce type de navire, durant 5 à 6 mois de navigation, s’ajoute aux contraintes qui caractérisent la vie à bord. L’humain virtuel offre la possibilité d’observer les gestes répétitifs et ce qui peut caractériser l’habileté du marin et ses savoirs professionnels (qu’ils soient tacites, explicites ou incorporés). Ce qui permet aussi de penser la question du geste professionnel dans l’apprentissage et la transmission des savoirs, on embarque comme mousse très jeune, à 12 ans, voire parfois moins. Fondamentalement, cette étude du geste professionnel restitué pose la question du positionnement des corps et celle de la difficulté à se déplacer (souvent accroupi), un peu comme peuvent l’éprouver les mineurs dans des galeries étroites et sur des fronts de taille réduits. On peut donc saisir l’activité dans son écologie et essayer de comprendre les processus cognitifs des gestes dans la mesure où les marins agissent en situation.

• 6 BARREAU Jean-Baptiste, NOUVIALE Florian, GAUGNE Ronan et al., « An immersive virtual sailing on the (...)
• 7 BARREAU Jean-Baptiste, GAUGNE Ronan, BERNARD Yann et al. « The West Digital Conservatory of Archaeo (...)

6En 2014, un travail de reconstitution du navire en réalité virtuelle, visant à fournir une simulation navale interactive réaliste, a été effectué6. Le modèle 3D du navire, produit dans le cadre du Conservatoire numérique du patrimoine archéologique de l’Ouest7, a été intégré au sein d’une simulation d’océan, comprenant notamment le rendu physique de la flottabilité. Cette simulation permet en outre à un utilisateur de marcher autour du navire, à l’échelle de 1:1, et de le diriger grâce à une interaction naturelle. Pour renforcer la sensation d’être à bord, ont été également ajoutés :

• 8 Infrastructure immersive basée sur de la projection stéréoscopique multi-écrans.
• 9 Casque de réalité virtuelle.

7Ces premiers développements [fig. 1] ont permis à des historiens d’embarquer sur Le Boullongne et de mieux comprendre comment la vie était organisée à bord. Ils ont également été présentés dans le cadre de plusieurs expositions avec des équipements de type CAVE8 et HMD9.

• 10 MAGNENAT-THALMANN Nadia, PAPAGIANNAKIS George, PONDER Michal et al., « LIFEPLUS: Revival of life in (...)
• 11 LECOCQ Françoise, « Reconstitution virtuelle de Rome antique », Virtual Retrospect, 2003, vol. 1, p (...)
• 12 BENOIT Serge, KILOUCHI Shadia, MICHEL Alain et al., « Usines 3D. La simulation pour questionner les (...)
• 13 Kriek Mikko & Haars Marjolein, Bcl archaeological support. Illustraties [document électronique], 20 (...)

9Plusieurs utilisations de simulations d’humains virtuels en archéologie ont été utilisées dans le cadre de reconstitutions de scènes du passé. En 2002, le projet LIFEPLUS avait pour objectif la restitution de scènes pompéiennes illustrées sur d’anciennes fresques par le biais de techniques de réalité virtuelle, mixte, en temps réel ou non10. Des personnages aux comportements dramaturgiques peuplaient des scènes de la vie quotidienne. D’autres travaux ont suivi, touchant au cérémoniel11, à l’industriel12 et ayant des finalités plutôt pédagogiques et médiatiques. Les dernières facilités d’intégration et d’animation d’humains virtuels impliquent une plus grande création et diffusion d’images aux grandes qualités esthétiques, mais parfois non sourcées ni documentées13.

• 14 HELBING Dirk & MOLNAR Peter, « Social force model for pedestrian dynamics », Physical Review E, 199 (...)
• 15 SHAO Wei & TERZOPOULOS Demetri, « Autonomous pedestrians », in Proceedings of the 2005 ACM SIGGRAPH (...)
• 16 MUSSE Soraia Raupp & THALMANN Daniel, « Book contribution », in Crowd simulation, Londres, Springer (...)
• 17 MAÏM Jonathan, HAEGLER Simon, YERSIN Barbara et al., « Populating ancient Pompeii with crowds of vi (...)
• 18 PANZOLI David, PETERS Christopher, DUNWELL Ian, et al., « A level of interaction framework for expl (...)
• 19 BOGDANOVYCH Anton, IJAZ Kiran & SIMOFF Simeon, « The city of Uruk: teaching ancient history in a vi (...)
• 20 Ch’ng Eugene, GAFFNEY Vincent L. et al., « Simulation and visualisation of agent survival and settl (...)
• 21 LIM Chen Kim, CANI Marie-Paule, GALVANE Quentin et al., « Simulation of past life: controlling agen (...)

10Au-delà des scènes, il existe en archéologie de nombreux exemples de simulation de foule d’agents. Il s’agit d’utiliser les multiples travaux issus de la recherche en informatique14 afin de modéliser les individus comme des particules qui interagissent avec leur environnement par le biais d’un ensemble de forces appliquées. En 2005, des piétons virtuels autonomes peuplent la restitution de la gare originelle de Pennsylvania Station à New York15. L’objectif de cette simulation est plutôt de tendre vers la robustesse et le réalisme. Des simulations similaires de Romains sont réalisées en 2007 dans les rues de la Rome antique16 et Pompéi17. Les simulations qui suivent sont souvent associées à différents systèmes d’interactions. En 2010, une foule de Romains virtuels marchent à travers le Forum pour atteindre des points d’intérêt distribués au hasard. L’utilisateur, à travers son avatar, est libre d’interpeller l’un d’eux pour entamer un dialogue par le biais d’un texte simple18. Une simulation similaire des habitants de la ville d’Uruk (ville de l’ancienne Mésopotamie, vers 5000 av. J.-C) leur permet de manger, dormir, travailler et communiquer entre eux19. En 2013, une simulation de communautés mésolithiques permet aux chercheurs de prendre des décisions au sujet du comportement passé. Dans celle-ci, les agents réagissent à des besoins, des contraintes environnementales et de ressources. Des interactions existent également entre la végétation, les animaux et les groupes humains20. Une autre simulation du port de commerce de Georgetown (État de Penang, Malaisie) dans les années 1800 donne l’occasion d’observer des groupes ethniques et leurs changements de comportement dus aux interactions interethniques et à l’arrivée de bateaux21. Le système simule 236 agents et l’auteur indique que ce faible nombre rend l’observation et la compréhension des activités plus faciles. Les différents travaux qui illustrent l’utilisation de personnages virtuels et de foules dans des reconstitutions historiques peuvent être présentés de la manière suivante [fig. 2].

• 22 TANG Shen-Kai & LIU Yu-Tung, « A digital reconstruction procedure for a disappeared city space and (...)
• 23 Système avec lequel des objets physiques du monde réel et numériques du monde virtuel coexistent et (...)
• 24 ANDREADIS Anthousis, HEMERY Alexander, ANTONAKAKIS Andronikos et al., « Real-time motion capture te (...)
• 25 DUNN Stuart, WOOLFORD Kirk, NORMAN Sally-Jane et al. « Motion in place. A case study of archaeologi (...)
• 26 BOREL Antony, CHÈZE Laurence & POUYDEBAT Emmanuelle, « Sequence analysis of grip and manipulation d (...)

11La capture de mouvements consiste à enregistrer, grâce à des systèmes de mesure (opto-électroniques, vidéo, etc.), le mouvement réalisé par une personne dans les trois dimensions de l’espace. Grâce à des techniques d’animation, le mouvement enregistré peut être reproduit par un humain virtuel. La « motion capture » a été utilisée dans les reconstitutions historiques dès le début des années 2000 avec une peinture de l’ancienne capitale Chang’an de la province du Shaanxi (Chine) qui illustre des scènes de danse de la dynastie Tang. Les chercheurs ont eu l’idée de reconstituer ces scènes grâce à une danseuse spécialisée dans un dispositif de motion capture22. En 2010, un système de réalité mixte23 permet au public d’assister à un spectacle de 45 min narrant la quête d’un père et son fils dans des reconstitutions de Milet et Priène, deux villes de la Grèce antique. Un avatar d’Ésope (écrivain grec), joué en backstage par un acteur avec capture de mouvement, est projeté sur un écran semi-transparent, derrière lequel des acteurs réels jouent devant un autre écran opaque projetant le décor24. Plus tard, la plateforme Motion in place25 cherche à permettre la reconstitution de mouvements humains du passé. Dans son article, Stuart Dunn évoque la reconstitution de mouvements d’habitants d’une maison du sud britannique à l’âge de Fer. Dernièrement, la motion capture a permis l’étude de mouvements de mains pour la taille de bambou26. L’objectif a été de décrire et quantifier les stratégies de manipulation d’outils préhistoriques en lien avec l’évolution de la dextérité des mains. Ces différents travaux, qui illustrent l’utilisation de capture de mouvement pour de la valorisation ou de l’analyse de geste, sont également présentés de manière chronologique en fig. 3.

• 27 BARREAU, Jean-Baptiste, PETIT, Quentin, BERNARD, Yann, et al. « 3D reconstitution of the Loyola sug (...)

15Que ce soit, comme ici, pour des marins d’un navire de la Compagnie des Indes ou pour toute autre restitution 3D d’hypothétiques humains du passé27, notre approche est d’essayer de minimiser le travail infographique afin de maximiser notre capacité de production, tout en conservant une authenticité historique. Ainsi, le processus décrit ci-dessous s’attache à l’optimisation du paramétrage des morphologies corporelles, de la création de vêtements spécifiques, des opérations de rigging, procédé qui dote un objet 3D d’un squelette mobile, et de skinning, procédé qui attache le maillage de l’objet 3D sur son squelette.

• 28 https://www.blender.org/
• 29 http://www.adobe.com/fr/products/fuse.html

16Les personnages représentant les marins à bord ont été modélisés à l’aide de logiciels dédiés, le logiciel de modélisation 3D Blender28, et le logiciel spécialisé dans la création de personnages virtuels Adobe Fuse CC29. Ce dernier présente une bibliothèque de parties du corps, de vêtements (hauts, pantalons, chapeaux...) et de textures. Il prend ainsi en charge l’assemblage de ces différentes parties, leurs déformations éventuelles et l’application de diverses textures. Concernant ces éléments paramétrables, ses bibliothèques ont été suffisamment riches pour le projet.

• 30 BOUDRIOT Jean, Compagnie des Indes 1720-1770. Le Boullongne: vaisseau de 600 tx ; 1759-1761. Du con (...)

17Afin de reproduire le plus fidèlement possible certaines tenues de marins nécessaires pour le projet à partir des documentations fournies30, il a été nécessaire de les modéliser. Cette étape est très coûteuse en temps, certains vêtements spécifiques devant être modélisés complètement. D’autres vêtements plus standards ont pu être obtenus en raffinant des éléments déjà présents dans la bibliothèque du logiciel Adobe Fuse CC [fig. 4].

• 31 Image qui simule graphiquement des détails géométriques sans ajouter de polygones à la géométrie ré (...)
• 32 Image fournissant des informations sur les zones du modèle qui doivent recevoir un éclairage élevé (...)

18Une autre contrainte à prendre en compte dans le cadre de notre projet est l’utilisation des modèles réalisés en réalité virtuelle, ce qui nécessite des optimisations des maillages et des rendus associés afin de conserver des impressions de relief et d’ombrage. Ceci passe notamment par des étapes de création de normal maps31 et ambient occlusion maps32. Une autre optimisation mise en œuvre est la suppression des parties du corps du personnage situées en dessous des vêtements, par le biais d’une autre image appelée « occlusion mask » [fig. 5].

• 33 https://www.inria.fr/en/centre/rennes/news/discover-the-experimental-platform-immerstar

20La session de capture de mouvements a été réalisée au sein du plateau Immermove de la plateforme Immerstar33 [fig. 6, gauche], dans un gymnase dédié à la capture de mouvements situé dans les locaux du laboratoire M2S.

• 34 BARREAU Jean-Baptiste, « Techniques de production, d‘exploration et d‘analyse d’environnements arch (...)

28Dans l’avenir, pour restituer ainsi les gestes des humains virtuels du passé dédiés à des tâches disparues, nous partons sur l’hypothèse d’une démocratisation des systèmes de capture de mouvement permettant de simuler des humains engagés dans des activités du passé. Pour l’archéologue effectuant une session travail en réalité virtuelle et pouvant vérifier la cohérence de l’environnement archéologique virtuel sur lequel il travaille34, il serait ainsi envisageable de :