2022-05052 - Doctorant F/H Simulation immersive de foule pour l’étude et l’aménagement de lieux destinés à accueillir du public

Type de contrat : CDD

Niveau de diplôme exigé : Bac + 5 ou équivalent

Fonction : Doctorant

A propos du centre ou de la direction fonctionnelle

Le centre Inria Rennes - Bretagne Atlantique est un des huit centres d’Inria et compte plus d'une trentaine d’équipes de recherche. Le centre Inria est un acteur majeur et reconnu dans le domaine des sciences numériques. Il est au cœur d'un riche écosystème de R&D et d’innovation : PME fortement innovantes, grands groupes industriels, pôles de compétitivité, acteurs de la recherche et de l’enseignement supérieur, laboratoires d'excellence, institut de recherche technologique.

Contexte et atouts du poste

Contexte

Le nombre et l’ampleur des événements de masse organisés à travers le monde va croissant, et nécessitent des aménagements spécifiques à l’instar des FanZones prévues pour les Jeux Olympiques à Paris en 2024. La préparation de ces nouveaux types de rassemblements et aménagements questionne les services de prévention et de secours de tous les pays et, en particulier en France, les services que sont le Laboratoire central de la préfecture de Police (LCPP) et la Brigade de Sapeur- Pompiers de Paris.

Un des enjeux de cette préparation consiste à étudier par simulation les mouvements de personnes au sein d’un bâtiment ou sur un tissu urbain en utilisant les solutions académiques et commerciales qui existent. Ces logiciels et modèles dits « d’évacuation » sont par exemple étudiés et utilisés par le LCPP depuis quelques années afin d’évaluer leur capacité à prédire le déroulement d’une évacuation.

Cette phase d’analyse théorique s’accompagne de l’observation des mêmes phénomènes dans le cadre d’évènements réels ou d’essais en vraies grandeurs. Il ressort de la comparaison entre analyse en simulation et observation de terrain qu’il reste difficile de faire un rapprochement de manière systématique, par exemple pour évaluer ou calibrer une simulation. De plus, il est impossible d’étudier en simulation l’influence de variations spécifiques sur une configuration donnée (conditions de visibilité, présence de mobilier urbain, situation de stress, etc).

L’objectif de cette thèse est d’explorer de nouvelles manières d’analyser ces phénomènes en utilisant les nouvelles technologies de réalité virtuelle permettant d’immerger directement les acteurs principaux dans des répliques numériques de ces situations. Ce sujet de thèse est proposé conjointement entre le Laboratoire central de la préfecture de Police (LCPP) et Inria, centre de l’Université de Rennes.

Le Laboratoire central de la préfecture de Police (LCPP) a pour mission essentielle de contribuer, en étroite concertation avec les autres directions de la préfecture de Police, à la sécurité des personnes et des biens vis-à-vis des risques incendies, explosifs, chimiques, qu'ils soient chroniques, accidentels ou provoqués. Il concourt à cette sécurisation par son expertise scientifique pluridisciplinaire, ses interventions, ses enquêtes techniques et judiciaires, ainsi que par ses études menées dans le domaine de la prévention des risques.

Inria est l’institut national de recherche en sciences et technologies du numérique. La recherche de rang mondial, l’innovation technologique et le risque entrepreneurial constituent son ADN. Au sein de 200 équipes-projets, pour la plupart communes avec les grandes universités de recherche, plus de 3 900 chercheurs et ingénieurs y explorent des voies nouvelles, souvent dans l’interdisciplinarité et en collaboration avec des partenaires industriels pour répondre à des défis ambitieux. Cette thèse se déroulera (en partie) dans l’équipe VirtUs du centre Inria Rennes, spécialistes des problématiques de la simulation, de l’animation et de l’immersion de foules virtuelles.

 

Objectifs

Les limitations mentionnées des analyses théoriques et observationnelles peuvent être en partie levées grâce à l’utilisation de techniques de réalité virtuelle. Cette technologie permet à un utilisateur d’effectuer une plongée immersive dans une situation donnée. Deux utilisations de cet outil sont ainsi envisagées dans notre contexte :

  1. La création d’un « jumeau numérique » pour un grand rassemblement, c’est-à-dire une représentation virtuelle des plans d’un évènement. A travers cette maquette numérique, il est possible de représenter une évacuation basée soit sur les résultats des codes de calculs soit sur une reproduction d’un évènement réel instrumenté. L’utilisation d’un tel système pourrait être mis à profit des services instructeurs afin d’illustrer auprès des différents acteurs les conséquences de certains choix en termes de configuration en amont d’un évènement (e.g., difficultés de cheminement, densité, signalétique et mobilier urbain).
  2. La réalisation d’expériences contrôlées : les expériences contrôlées d’évacuations menées à l’heure actuelle en laboratoire peuvent difficilement être étendues à de grands espaces, ou avec plus d’une centaine de personnes. Des travaux récents [3,4,5,6] ont montré que ces expériences pouvaient être réalisées en Réalité Virtuelle, où la paramétrisation, répétabilité et reproductibilité des expériences permettent d’obtenir des résultats autrement hors de portée.

Ce travail de doctorat va permettre au LCPP de progresser sur sa compréhension des flux denses de personne et pourra s’inscrire dans une démarche d’évaluation, d’amélioration, puis de validation des codes existants.

 Ces problématiques s’articulent autour de quatre axes :

  1. Créer des environnements VR immersifs adaptés aux thématiques qui seront étudiées (captation sur site, adaptation d’un jumeau virtuel type BIM ou création d’une géométrie simple)
  2. L’étude de l’influence du mobilier urbain et de la visibilité diurne/nocturne sur le mouvement : un banc et un panneau publicitaire ont-ils la même influence sur le comportement d’un passant ? Quels phénomènes peuvent apparaître et doivent être pris en compte pour l’organisation des futures Fanzones ?
  3. La réalisation d’expériences sur le choix de sorties pour un individu : il est connu dans la pratique que la familiarité d’un individu avec un lieu joue sur le choix de son chemin, mais peut-on déterminer l’importance de cette influence ? Y-a-t-il une différence lorsque l’on se place dans une situation d’évacuation d’urgence ?
  4. L’étude spécifique de la fusion de flux importants de personnes, selon quelques configurations pré-établies (flux dynamique vers foule statique, évacuation d’une zone vers un environnement urbain très contraint, influence d’un regroupement sur deux niveaux, ...)

Pour chacun de ces axes, et dans le strict respect des dispositions réglementaires, les conclusions obtenues par VR feront l’objet de confrontation à des situations réelles (exercices instrumentés, mesures sur évènements réels, captation d’images). Les travaux menés feront suite aux travaux de l’équipe VirtUs de l’Inria sur la simulation de foule [1,2] et sur l’utilisation de la VR pour l’étude du comportement collectif [3,4,5,6], et sur une connaissance des pratiques liées à la planification et à la gestion des événements de masse [7].

[1] van Toll, W., & Pettré, J. (2021, May). Algorithms for Microscopic Crowd Simulation: Advancements in the 2010s. In Computer Graphics Forum (Vol. 40, No. 2, pp. 731-754).

[2] van Toll, W., Grzeskowiak, F., Gandía, A. L., Amirian, J., Berton, F., Bruneau, J., ... & Pettré, J. (2020, May). Generalized microscropic crowd simulation using costs in velocity space. In Symposium on Interactive 3D Graphics and Games (pp. 1-9).

[3] Bruneau, J., Olivier, A. H., & Pettre, J. (2015). Going through, going around: A study on individual avoidance of groups. IEEE transactions on visualization and computer graphics21(4), 520-528.

[4] Berton, F., Olivier, A. H., Bruneau, J., Hoyet, L., & Pettré, J. (2019, March). Studying gaze behaviour during collision avoidance with a virtual walker: Influence of the virtual reality setup. In 2019 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR) (pp. 717-725). IEEE.

[5] Berton, F., Hoyet, L., Olivier, A. H., Bruneau, J., Le Meur, O., & Pettré, J. (2020, March). Eye-gaze activity in crowds: impact of virtual reality and density. In 2020 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR) (pp. 322-331). IEEE.

[6] Berton, F., Grzeskowiak, F., Bonneau, A., Jovane, A., Aggravi, M., Hoyet, L., ... & Pettre, J. (2020). Crowd Navigation in VR: exploring haptic rendering of collisions. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics.

[7] Still, G. K. (2000). Crowd dynamics (Doctoral dissertation, University of Warwick).

 

Informations complémentaires

Ce sujet de thèse s'inscrit dans une collaboration entre le LCPP (Laboratoire Central de la Prefecture de Police) et Inria. La thèse se déroule géographiquement entre le laboratoire Inria (Rennes, campus de Beaulieu) et le LCPP (Paris, XVe). Les frais liés à la mobilité entre ces deux laboratoires seront partiellement couverts.

La thèse se déroulera au contact de nombreux corps de métier qui assistent à la sécurité des événements de masse et des lieux accueillant du public (préventionnistes, sapeurs-pompiers). Le candidat sera également amené à participer, comme observateur, aux activités du LCPP (enquêtes post-incendie, visites de commission de sécurité, exercices incendie en vraie grandeur).

Les qualités requises pour la candidature à cette thèse :

  • Formation en informatique, pratique éventuelle de C, C++, C# et moteurs graphiques pour la réalité virtuelle (Unreal, Unity),
  • Très grande motivation pour le sujet, dans ses dimensions techniques et de terrain,
  • Maîtrise de la langue anglaise, parlée et écrite.

 

Mission confiée

Le candidat se verra confier la mission de développer et d'évaluer des simulations immersives de lieux publics peuplés. Cela signifie que le candidat permettra de visualiser un environnement géométrique donné en utilisant les moyens de la réalité virtuelle, et que cet environnement sera animé par des humains virtuels en mouvement, contrôlés par la simulation. L'objectif de cette immersion sera de mener des études sur l'aménagement des lieux, sur le comportement des usagers.

 

Principales activités

Les activités liées à la préparation du doctorat incluent :
  • Acquisition et analyse de la littérature scientifique liée au sujet de thèse
  • Développement logiciel d'outils de simulation et d'immersion, reposant sur des moteurs graphiques existants (Unity, Unreal)
  • Réalisation d'expériences utilisateurs pour le recueil de données liées au comportement dans des zones publiques aménagées
  • Ecriture d'articles et de rapports scientifiques

Compétences

Compétences techniques et niveau requis :

 - développement logiciel, C, C#, C++

 - infographie

 - réalité virtuelle

Langues :

 - maitrise de l'anglais (langue pour les communications scientifiques)

Compétences relationnelles :

 - capacité d'intégration et de travail en équipe

 

Avantages

  • Prise en charge à 50 % des frais de transport en commun sur le trajet domicile-travail ou
    FMD.
  • Restauration subventionnée
  • Prise en charge partielle des frais de mutuelle
  • Possibilité de télétravail (à hauteur de 90 jours annuels) et d'aménagement du temps de travail
  • Congés: 7 semaines de congés annuels + 10 jours de RTT (base temps plein)
  • Possibilité de télétravail
  • Équipements professionnels à disposition (visioconférence, prêts de matériels informatiques, etc.)
  • Prestations sociales, culturelles et sportives (Association de gestion des œuvres sociales d'Inria)
  • Accès à la formation professionnelle

Rémunération

Rémunération mensuelle brute de :

  • 1982 euros les deux premières années et
  • 2085 euros la troisième année