Modelling and Simulation of Lily flowers using PDE Surfaces

This paper presents a partial differential equation (PDE)-based surface modelling and simulation framework for lily flowers. We use a PDE-based surface modelling technique to represent shape of a lily flower and PDE-based dynamic simulation to animate blossom and decay processes of lily flowers. To this aim, we first automatically construct the geometry of lily flowers from photos to obtain feature curves. Second, we apply a PDE-based surface modelling technique to generate sweeping surfaces to obtain geometric models of the flowers. Then, we use a physics-driven and data-based method and introduce the flower shapes at the initial and final positions into our proposed dynamic deformation model to generate a realistic deformation of flower blossom and decay. The results demonstrate that our proposed technique can create realistic flower models and their movements and shape changes against time efficiently with a small data size

Bodily Experience And Spatial Thinking In Architectural Design Process

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 201420. yy’ın ilk yarısında el ile üretimden makina ile üretime, zanaatten endüstrileşmeye geçiş, mimarlık da dahil olmak üzere pek çok disiplinde Herbert Marcuse’un ifadesiyle “düşünce ve eylemin”, “kavram ve yürütmenin”, “el ile zihnin” ayrışması krizine neden olmuştu (Marcuse, 2002). 20. yy’ın ikinci yarısından itibaren, temelleri kartezyen dünya tasavvuruna dayanan, bilginin deneyimden ayrı olarak (disembodied) idealist bir biçimde temsil geleneği ile bilgi ve iletişim teknolojilerinin bu ayrık gelenek üzerine inşaası ise, mimarlığın “sayısal”la karşılaşmasında yeni bir krize yol açmıştır. Günümüzde, mimarlık kuram, söylem ve uygulamalarında, tasarım düşüncesi ile tasarımcı bedeni ayrı iki özne olarak belirmektedir. Sayısal çağın krizinde parçalara ayrılan el ve zihnin ötesinde, duyusal algı bütünlüğü olmaktadır. Bir yandan görsel duyu kutsanırken, öte yandan dokunma duyusu ve bedenin uzam ile süreç içinde kurduğu iletişim biçimleri giderek silikleşmektedir. Tez kapsamında mimarların sayısal ortam ile kurdukları diyaloğa ilişkin tartışmaların; mimarlık, bilişsel çalışmalar ve insan-bilgisayar etkileşimi alanlarından yararlanarak açılması ve derinleştirilmesi amaçlanmıştır. Bedenin ortadan kaybolmasının krizini tek bir yöntem ya da yaklaşım ile açıklamak olanaksız olduğundan, olabildiğince deneyimleyen özne tarafında kalmaya ve bütüncül yaklaşılmaya çalışılmıştır. Bu çalışma, cisimleşme (embodiment) kuramına, ampirik gözlemler aracığıyla niteliksel destekler arama çabası gütmektedir. Aynı zamanda bu çalışma kapsamında, mevcut (geleneksel) tasarım süreçlerinde, tasarımcıların tasarım temsilleri ve çevreleri ile kurdukları bedensel deneyimin doğal ve estetik niteliklerinin irdelenmesi ve tasarımcıların uzama dair düşünce geliştirirken bedensel deneyimin rolüne ilişkin içgörü kazanılması amaçlanmıştır. Birinci bölüm üç temel alt başlıktan oluşmaktadır. Birinci alt başlıkta, tarihsel perspektif içerisinde mimarlıkta yapma biçimlerindeki değişim ve dönüşüm eşikleri ve bu eşiklerin “beden” ile kurduğu ilişki biçimleri tartışılmaktadır. Herhangi bir temsile ihtiyaç duymadan bedeni ve elleri aracılığıyla duvar ören ustadan, günümüzde bilgisayar destekli tasarım yapan mimara değin, mimarlık pratiği, kuramı ve söyleminde “beden” ve “bedensel deneyim”in geçtiği kırılma noktaları ele alınmıştır. Antik Dönem, Rönesans, Endüstri ve Sayısal Çağları olarak dört ana kırılma noktasına göz atılmakla birlikte, günümüzdeki sayısal düşüncenin dinamiklerini anlamak üzere 20. yy başlarında makinalaşma dönemine odaklanılmıştır. Birinci bölümün ikinci alt başlığında, Sartre, Merleau-Ponty ve bedenin ontolojik boyutlarını sorgulayan diğer düşünürlerin tartışmaları açılmaktadır. Birinci bölümün son alt başlığında ise, duyusal deneyimin epistemolojik perspektifleri irdelenmektedir. Sartre bedeni hem “kendi-için-varlık”, hem de “başkası-için-varlık” olarak iki ontolojik düzlemde ele almaktadır (Sartre, 2009).  Merleau-Ponty, Sartre’ın bu iki ontolojik düzlemini algı ve deneyim; Kant’ın “aşkın estetik” kavramını ise “bedensel deneyim” olarak yorumlamıştır (Rawes, 2008). Merleau-Ponty aynı zamanda, Husserl ve Heidegger’deki aşkınlık kavramının yerine bedeni koymak olmuştur. Merleau-Ponty’nin bilinci somutlaşan bir deneyim olarak (insan ve insan olmayan diğerleri arasındaki karşılaşmada dokunsal bir varolma biçiminde) beden üzerinden kuramsallaştırmasının devrimci bir adım olduğunu ifade edilmektedir (Young, 2005). Merleau-Ponty Descartes’in mekanik algı anlayışını, mekanik psikolojiyi ve klasik psikolojiyi indirgemeci oldukları iddiasıyla eleştirir. Deneyimin somutlaşan (embodied) boyutu ile dokunmak ve dokunulmanın aynı anda duyumsanmasının algıda bir muğlaklığa neden olduğunun altını çizer (Merleau-Ponty, 2012). Merleau-Ponty’ye (2012) göre, bedenimiz dünya içerisindeki tekil bir nesneden öte; yaşayan, nefes alan ve deneyimleyen bir varlıktır. Bu nedenle Merleau-Ponty, bedenle ilgili her kuramın “algılanan dünya” kuramını dikkate almak durumunda olduğunu öne sürer. İkinci bölümde ete kemiğe bürünme, somutlaşma, cisimleşme olarak Türkçe’ye çevirebileceğimiz “embodiment” kuramları tartışılmaktadır.  Mimarlık, bilişsel bilim ve insan-bilgisayar etkileşimi alanlarındaki, “deneyimin somutlaşmasına” ilişkin kuramlar irdelenirken, Johnson and Lakoff’un konu ile ilgili savları esas alınmıştır (Lakoff and Johnson, 1999; Lakoff and Johnson, 2008; Johnson, 1987; Johnson, 2008).  Kökenlerini özellikle bir kıta Avrupası felsefecisi olan Merleau-Ponty’nin düşüncelerinden devralan “somutlaşma” (embodiment) kuramı, felsefe, psikoloji, biliş, dil bilim, yapay zeka,  gibi pek çok farklı alandaki tartışmaları etkilemiştir. Nöroloji alanındaki gelişmelerden beslenerek giderek önem kazanmaktadır. Bu yaklaşım, beden ve zihni bütünsel bir şekilde ele almaktadır. Bu anlamda düşünme sürecinde bedenin önemli bir rolü olduğu varsayılır. Zihnin çalışmasını bilgi işlem kuramında açıklayan girdi – işlem – çıktı süreci biçiminde değildir. Fiziksel çevre ile kurulan ilişki önemlidir, ancak bu ilişki kişinin çevreye adaptasyonunu da gerektiren süreklilik içerisinde ve beden aracılığıyla yapılmaktadır. Deneyimin somutlaşması yaklaşımının, “beden”, “dış dünya” ve “beden ve dış dünya arasında süregiden etkileşim” biçiminde üç ana unsurundan söz edilebilir. Deneyimin somutlaşması yaklaşımı ile ilişkili olan diğer kavramlar beden-imaj, beden-şeması ve imaj-şemasıdır. Beden-imaj kavramına mimarlık alanında ilk olarak Bloomer ve Moore, 1977 tarihli “Body, Memory, Architecture” kitaplarında yer vermişlerdir. Bloomer ve Moore, beden-imaj teriminin daha geniş anlamda klasik “imgelem” kavramını, beden-algı ve beden-şeması gibi kavramları içerisinde barındırdığından söz ederler (Bloomer ve Moore, 1977). Bloomer ve Moore ise kullandıkları beden-imaj kavramını, kişinin uzamsal yönelimleri (intentions), değerleri, kişisel bilgisi ve deneyimleyen bedeni ile edinilen bütünsel bir duygu ya da üç boyutlu “Gestalt” duygusu olarak tanımlamaktadırlar ve “bilinçaltı seviyesinde farkında olmadan bedenlerimizi üç boyutlu bir sınıra yerleştiririz” demektedirler. Beden-imaj şemaları olarak “aşağı/yukarı”, “ileri/geri”, sağ/sol” ve “burada ve içeride” gibi şemaları sıralarlar (Bloomer ve Moore, 1977).  Lakoff ve Johnson’un imaj şemaları, tasarım ve modelleme sürecinde tasarımcıların tasarım temsilleri ile kurdukları iletişimin örtük boyutlarını anlamamız açısından önemli bir kavrayış sağlamaktadır. Beşinci bölümdeki uygulamaların çözümlenmesi sırasında kullanılmış olan “kutulama” şeması, “kaynak-iz-amaç” şeması, ikinci bölüm içerisinde açıklanmaktadır.    “Düşüncenin Sözel ve Görsel Olmayan Temelleri” başlıklı üçüncü bölümde, bilinçli düşüncenin örtük, uzamsal ve bilinçaltı temelleri ile ilgili olarak, gelişim psikolojisi, nöropsikoloji, antropoloji ve ampirik çalışma yapılan diğer alanlardaki literatür incelenmiştir. Bu kaynaklardan, el jestlerinin mimari tasarım ve modelleme süreçlerindeki rolüne ilişkin ipucu sağlayabilecek olanlara yer verilmiştir. İncelenen çalışmalarda “hareket” algısına ve “dokunma” duyusuna çok sayıda referans verildiği görülmektedir. Bu bağlamda bölüm üç alt başlık biçiminde kurgulanmıştır. Bunlardan ilki “çocukluk dönemindeki dokunma deneyimi”dir. Gerek dokunmanın gerekse hareketin, erken çocukluk döneminde dünyanın algılanmasında önemli bir yeri bulunmaktadır. Çocukluk döneminden itibaren bu deneyim, sinir sisteminde çeşitli izler ve örüntüler biçiminde imaj şemalarının temellerini oluşturmaktadır (Johnson, 2008). Tez kapsamında bu alt başlığın önemi, durum çalışmasına katılan kişilerin dijital ortam ile çocukluk dönemlerinde benzer bir iletişim biçimi kurmalarıdır. Çocukluk döneminden itibaren dijital ortam ile farklı iletişim ve etkileşim biçimi kurmuş olan gelecekteki katılımcılar için, tezde ulaşılan bulgu ve sonuçlar farklılık gösterebilir. Bir başka alt başlıkta el jestlerinin kinestetik nitelikleri tartışılmaktadır.. Kinestetik duyumsama hareket ile algılanan deneyimi içermektedir. Diğer yandan dokunma duyusu ile bütünlüklü çalışan, yer yer örtüşen bir yanı da vardır. Yakınlık-uzaklık ilişkisini anlamamıza örtük bir şekilde destek olmakta olan kinestetik duyumsama, özellikle erken çocukluk döneminde kaynak-iz-amaç imaj şemasının ilk şekillenme sürecinde önemli bir rol oynamaktadır (Mandler, 2012). Bu bölümün son alt başlığında “el”in kavramsal düşünme süreçleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Dördüncü bölümde genel olarak tasarımcı davranışının, özel olarak bedene ilişkin analizlerin, tasarımda protokol çalışmalarında nasıl ele alındığı konusuna odaklanılmaktadır. Psikoloji alanında protokol çalışmaları mimari tasarım alanından çok daha önce başlamıştır.  Günümüzde, protokol çalışmaları alanında pek çok farklı yöntem ve yaklaşım geliştirildiği görülmektedir. Tez kapsamında ise, mimari tasarım sürecinde “bedensel deneyim”in ele alındığı ve bunun yanısıra “uza[OB1] msal kodlamalar” içeren çalışmalara yer verilmiştir. Beşinci bölümde, tez kapsamında yapılan iki farklı durum çalışması sunulmaktadır. Durum çalışmalarından ilki, yüksek lisans düzeyinde iki mimarlık öğrencisinin katılımı ile gerçekleştirilen, kurgulanmış bir modelleme deneyidir. Bu  deney ortalama 30 dakika sürmekte olup, 4 adet fiziksel maketin bilgisayar ortamında modellenmesinden oluşmaktadır. Deney, birisi İstanbul Teknik Üniversitesi ve diğeri ETH Zürih’te olmak üzere toplamda 4 katılımcı ile 2 kez tekrarlanmıştır. İkinci durum çalışması ise İstanbul Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi son sınıf öğrencilerinin 2013-2014 bahar yarıyıllarından bitirme jurilerindeki sunuşlarının ampirik olarak gözlenmesi biçimindedir. Öğrencilerin el jestlerini doğal bir şekilde kullanmaları amacıyla, gözlem öncesinde deneyin içeriği ile ilgili bilgilendirme yapılmamıştır.  Her iki durum çalışması da video ile kaydedilmiştir. İlk durum çalışmasındaki sözel içeriğin tamamının çözümlemesi yapılmıştır (Ek A.1 ve Ek B.1). İkinci durum çalışmasından ise, 2013-2014 bahar yarıyılında bitirme projesi almış ve dönem boyunca üç kez juri sunuşuna çıkmış olan öğrencilerden seçilen ikisinin sözel çözümlemesi yapılmıştır (Ek C). Analiz yöntemi olarak, Johnson ve Lakoff’un (2008) beden şemaları, McNeil’in (1992) jest kategorilerinden yararlanılmıştır. El jestlerinin McNeill’in (1992) kategorilerine göre dağılımı, el jestleri ile sözel içeriğin ilişkisi, el jestleri ile maketin anlatıldığı ortamın ilişkisi ve son olarak da Lakoff (1987) ve Johnson’ın (1987) imaj şemaları ile el jestlerinin ilişkisi irdelenmiştir. Tasarımcıların uzamsal, soyut kavramları ya da metaforik kavramları açıklarken kullandıkları el jestlerinin bütünleyici rolü irdelenmiştir. Deneyin çıktı ve bulguları yine aynı bölümde açıklanmıştır. Altıncı bölümde ise, gelecekteki sayısal tasarım ortamlarının değerlendirilmesi amacıyla görüş, tartışma ve öneriler aktarılmıştır.The transition from craft to mechanic production over the first half of the twentieth century led to an aesthetic crisis, in Herbert Marcuse’s words, the division of “thought and action”, “conception and execution”, “hand and mind”, in several disciplines, including the field of architecture (Marcuse, 1964/2002). Architectural discourse, theory and practice today have to additionally deal with a new crisis arising from the encounter with digital media. I aim to unfold the discussions on architects’ way of interacting with digital media through phenomenological approach which have common foundations in philosophy, human-computer interaction and cognitive science. This study can be considered as an attempt to seek qualitative clues for the theories of embodiment through empirical observations. Most of the theories and concepts, which are discussed in this dissertation, have been available since ancient times, however they are not among the mainstream theories. This dissertation is also an attempt to understand the nature and aesthetic dimensions of bodily experience acquired and expressed through hand gestures and to explore the role of this bodily experience in the way architects develop spatial ideas. In the Chapter 1.1, I explain crucial focal points and changes in the way of making in architecture and their relations with “body” from a historical perspective. Although, I mention four focal points of empirical, rational, mechanic and digital approaches, which bring important insights for today’s transformation, I particularly focus on the changes within the 20th century. In the Chapter 1.2, I unfold the discussions in the philosophy of Sartre, Merleau-Ponty and others who investigated ontological dimensions of body. Later in the Chapter 1.3, I examine the epistemological perspectives of sensory experience. In Chapter 2, the theories of embodiment in architecture, cognitive science and human-computer interaction are discussed. Johnson and Lakoff’s arguments on embodied experience is a backbone for investigating the related embodiment theories (Lakoff and Johnson, 1999; Lakoff and Johnson, 2008; Johnson, 1987; Johnson, 2008). In Chapter 3, whose title is “Nonverbal and Nonvisual Foundations of Thought”, I overviewed the findings in the fields of development psychology, neuropsychology, anthropology and other empirical studies in relation to the tacit, spatial and unconscious dimensions of conscious experience. Chapter 4 is focused on how bodily experience is examined in the protocol studies, which analyses the behaviour of the designers. Chapter 5 consists of two case studies within the scope of dissertation. The first case study is a structured digital modeling exercise and the second one is an empirical observation of the fourth-year architecture students’ jury presentation in the 2013-2014 spring semester. The case studies were recorded, and the verbal content transcribed. The body schemas of Johnson and Lakoff (2008) and the gesture categories of McNeill (1992) are used for analysing the data. Later the verbal transcripts and the gestural transcripts are analysed. I analyse the way in which gestural interaction and the vocabulary of verbal description is affected when the designers communicate increasingly complex and abstract spatial relations or metaphoric concepts. The outcomes and the findings of the case study is explained in this chapter. Chapter 6 is about the concluding remarks of the dissertation and the discussions on the future of digital design environments.DoktoraPh

Stereoscopic Sketchpad: 3D Digital Ink

--Context-- This project looked at the development of a stereoscopic 3D environment in which a user is able to draw freely in all three dimensions. The main focus was on the storage and manipulation of the ‘digital ink’ with which the user draws. For a drawing and sketching package to be effective it must not only have an easy to use user interface, it must be able to handle all input data quickly and efficiently so that the user is able to focus fully on their drawing. --Background-- When it comes to sketching in three dimensions the majority of applications currently available rely on vector based drawing methods. This is primarily because the applications are designed to take a users two dimensional input and transform this into a three dimensional model. Having the sketch represented as vectors makes it simpler for the program to act upon its geometry and thus convert it to a model. There are a number of methods to achieve this aim including Gesture Based Modelling, Reconstruction and Blobby Inflation. Other vector based applications focus on the creation of curves allowing the user to draw within or on existing 3D models. They also allow the user to create wire frame type models. These stroke based applications bring the user closer to traditional sketching rather than the more structured modelling methods detailed. While at present the field is inundated with vector based applications mainly focused upon sketch-based modelling there are significantly less voxel based applications. The majority of these applications focus on the deformation and sculpting of voxmaps, almost the opposite of drawing and sketching, and the creation of three dimensional voxmaps from standard two dimensional pixmaps. How to actually sketch freely within a scene represented by a voxmap has rarely been explored. This comes as a surprise when so many of the standard 2D drawing programs in use today are pixel based. --Method-- As part of this project a simple three dimensional drawing program was designed and implemented using C and C++. This tool is known as Sketch3D and was created using a Model View Controller (MVC) architecture. Due to the modular nature of Sketch3Ds system architecture it is possible to plug a range of different data structures into the program to represent the ink in a variety of ways. A series of data structures have been implemented and were tested for efficiency. These structures were a simple list, a 3D array, and an octree. They have been tested for: the time it takes to insert or remove points from the structure; how easy it is to manipulate points once they are stored; and also how the number of points stored effects the draw and rendering times. One of the key issues brought up by this project was devising a means by which a user is able to draw in three dimensions while using only two dimensional input devices. The method settled upon and implemented involves using the mouse or a digital pen to sketch as one would in a standard 2D drawing package but also linking the up and down keyboard keys to the current depth. This allows the user to move in and out of the scene as they draw. A couple of user interface tools were also developed to assist the user. A 3D cursor was implemented and also a toggle, which when on, highlights all of the points intersecting the depth plane on which the cursor currently resides. These tools allow the user to see exactly where they are drawing in relation to previously drawn lines. --Results-- The tests conducted on the data structures clearly revealed that the octree was the most effective data structure. While not the most efficient in every area, it manages to avoid the major pitfalls of the other structures. The list was extremely quick to render and draw to the screen but suffered severely when it comes to finding and manipulating points already stored. In contrast the three dimensional array was able to erase or manipulate points effectively while the draw time rendered the structure effectively useless, taking huge amounts of time to draw each frame. The focus of this research was on how a 3D sketching package would go about storing and accessing the digital ink. This is just a basis for further research in this area and many issues touched upon in this paper will require a more in depth analysis. The primary area of this future research would be the creation of an effective user interface and the introduction of regular sketching package features such as the saving and loading of images

Simulation des plantes à fleurs

Plants have always intrigued scientists as besides of its sheer importance for the earth, their beauty and enormous variety of shapes tempt to thoroughly inquire about its nature. One of the aspects of this inquiry is the creation of the virtual model in order to mimic real plants to a high degree of accuracy. The focus of our study is the flowering plants, which play a huge role in our life from nutritive and medical purposes to beautifying the environment. Obtaining an accurate geometrical model of a flower is quite useful as it plays an important role in the validation of the virtual model. Besides, the visualization of parameters not traceable directly in living flowering plants is a stand-by in studying their physiology. A huge biological diversity both within and between individuals provides a vast area of objectives which the image synthesis must challenge.Flower modelling constitutes a part of a larger research area, plant modelling. Flowering plants have their particular structural features which are different from the structure of trees, bushes or grass. Still not a lot of emphasis has been placed to date on this problem, as it was categorized within the modelling of plants in general. We chose a procedural modeling using L-systems as a base of our research. L-system is a very powerful method of plant simulation. It provides a means of characterizing the topology of a plant at every stage of its growth. Grasping the plant structure with just several lines of grammar attracted immediate interest and later on evolved into several powerful geometrical interpretation system used in plant modelling. Our purpose is to study efficient ways of describing the structure of flowering plants by means of L-systems. First, we will propose to represent the shapes of leafs, petals, stamens, carpels, etc. with an extension of L-systems – a model based on three dimensional generalized maps – 3Gmaps L-systems, which can be successfully applied for the modelling of flowering plants. The grammar description of the structure of the flowering plants provides an unlimited number of its geometrical interpretations. Second, we will improve the process of grammar writing by adding a new functionality of interactive parameter adjustment. Third, we will propose a new method of inverse modelling of flowering plants, where the user can interactively define the flower characteristics. The algorithm uses this information as an input, which is then analyzed and coded as L-systems grammar. Finally, we will present a method for creating virtual glades of flowers using Kinect gestures. We want to remark that our work has been done with 3Gmaps L-system software platform developed in the scope of the thesis to integrate all the proposed techniques.Les plantes ont longtemps intrigué les scientifiques, qui, avec son importance vitale pour la planète, sa beauté et l'énorme quantité de formes ayant, les rend un sujet attrayant pour la recherche. Un aspect intéressant est la création d'un modèle virtuel capable de simuler de vraies plantes avec un degré élevé de précision. L'objectif de notre étude est les plantes à fleurs, qui jouent un rôle énorme dans notre vie de fins nutritives et médicales à l'embellissement de l'environnement . L'obtention d'un modèle géométrique exacte d'une fleur est très utile, car elle joue un rôle important dans la validation du modèle virtuel. Par ailleurs, la visualisation de paramètres non directement traçables dans les plantes à fleurs vivantes est d'une grande aide à l'étude de la physiologie. L'énorme biodiversité entre les différentes parties d'un spécimen et entre les différents spécimens fournit une vaste zone d'objectifs qui la synthèse d'image doit contester. Modéliser des fleurs est un sous-ensemble d'un espace de recherche beaucoup plus vaste que la modélisation de plantes. Les plantes à fleurs ont des caractéristiques structurelles qui les rendent différentes des structures d'arbres, d’arbustes ou de l’herbe. A ce jour, on ne tient pas une grande importance à essayer cette ligne de recherche d'une façon particulière et en général a été classé dans le contexte plus large de la modélisation des plantes. Nous avons choisi d’utiliser le «L-systems» pour la procédure de la modélisation, et comme base pour notre recherche. Il y a différents mécanismes de catégorisation topologie de la plante dans chacune des étapes de sa croissance. Pour construire le plan de la structure d'une plante, avec une courte grammaire, quelques lignes étaient quelque chose qui dès le premier moment a suscité l'intérêt et par la suite évolué en quelques systèmes d'interprétation géométriques pour la modélisation des plantes. Notre objectif est d'étudier les moyens efficaces de décrire la structure des plantes à fleurs en utilisant L-systems. Tout d'abord, nous proposons de représenter les formes des feuilles, pétales, étamines, carpelles, etc. Avec une extension de L-systems - un modèle basé sur trois cartes généralisées dimensions - 3Gmaps L-systèmes, qui peut être appliquée avec succès pour la modélisation des plantes à fleurs. La description de la grammaire de la structure des plantes à fleurs fournit un nombre illimité de ses interprétations géométriques. Deuxièmement, nous allons améliorer le processus d'écriture de la grammaire par l'ajout d'une nouvelle fonctionnalité de paramétrage interactif. Troisièmement, nous allons proposer une nouvelle méthode de modélisation inverse des plantes à fleurs, où l'utilisateur peut définir de manière interactive les caractéristiques des fleurs. L'algorithme utilise cette information comme une entrée, qui est ensuite analysée et codée en tant que L -systèmes grammaire. Enfin, nous allons présenter une méthode pour créer des clairières de fleurs virtuelles à l'aide de gestes Kinect. Nous voulons faire remarquer que notre travail a été fait avec la plateforme de logiciel 3Gmaps L- système développé dans le cadre de la thèse d'intégrer toutes les techniques proposées

Intelligent tutoring in virtual reality for highly dynamic pedestrian safety training

This thesis presents the design, implementation, and evaluation of an Intelligent Tutoring System (ITS) with a Virtual Reality (VR) interface for child pedestrian safety training. This system enables children to train practical skills in a safe and realistic virtual environment without the time and space dependencies of traditional roadside training. This system also employs Domain and Student Modelling techniques to analyze user data during training automatically and to provide appropriate instructions and feedback. Thus, the traditional requirement of constant monitoring from teaching personnel is greatly reduced. Compared to previous work, especially the second aspect is a principal novelty for this domain. To achieve this, a novel Domain and Student Modeling method was developed in addition to a modular and extensible virtual environment for the target domain. While the Domain and Student Modeling framework is designed to handle the highly dynamic nature of training in traffic and the ill-defined characteristics of pedestrian tasks, the modular virtual environment supports different interaction methods and a simple and efficient way to create and adapt exercises. The thesis is complemented by two user studies with elementary school children. These studies testify great overall user acceptance and the system’s potential for improving key pedestrian skills through autonomous learning. Last but not least, the thesis presents experiments with different forms of VR input and provides directions for future work.Diese Arbeit behandelt den Entwurf, die Implementierung sowie die Evaluierung eines intelligenten Tutorensystems (ITS) mit einer Virtual Reality (VR) basierten Benutzeroberfläche zum Zwecke von Verkehrssicherheitstraining für Kinder. Dieses System ermöglicht es Kindern praktische Fähigkeiten in einer sicheren und realistischen Umgebung zu trainieren, ohne den örtlichen und zeitlichen Abhängigkeiten des traditionellen, straßenseitigen Trainings unterworfen zu sein. Dieses System macht außerdem von Domain und Student Modelling Techniken gebrauch, um Nutzerdaten während des Trainings zu analysieren und daraufhin automatisiert geeignete Instruktionen und Rückmeldung zu generieren. Dadurch kann die bisher erforderliche, ständige Überwachung durch Lehrpersonal drastisch reduziert werden. Verglichen mit bisherigen Lösungen ist insbesondere der zweite Aspekt eine grundlegende Neuheit für diesen Bereich. Um dies zu erreichen wurde ein neuartiges Framework für Domain und Student Modelling entwickelt, sowie eine modulare und erweiterbare virtuelle Umgebung für diese Art von Training. Während das Domain und Student Modelling Framework so entworfen wurde, um mit der hohen Dynamik des Straßenverkehrs sowie den vage definierten Fußgängeraufgaben zurecht zu kommen, unterstützt die modulare Umgebung unterschiedliche Eingabeformen sowie eine unkomplizierte und effiziente Methode, um Übungen zu erstellen und anzupassen. Die Arbeit beinhaltet außerdem zwei Nutzerstudien mit Grundschulkindern. Diese Studien belegen dem System eine hohe Benutzerakzeptanz und stellt das Potenzial des Systems heraus, wichtige Fähigkeiten für Fußgängersicherheit durch autodidaktisches Training zu verbessern. Nicht zuletzt beschreibt die Arbeit Experimente mit verschiedenen Formen von VR Eingaben und zeigt die Richtung für zukünftige Arbeit auf

Enaction and Visual Arts : Towards Dynamic Instrumental Visual Arts

International audienceThis paper is a theoretical paper that presents how the concept of Enaction, centerd on action and interaction paradigm, coupled with the new properties of the contemporary computer tools is able to provoke deep changes in arts. It examines how this concept accompanies the historical trends in Musical, Visual and Choreographic Arts. It enumerates the new correlated fundamental questions, scientific as well as artistic, the author identifies. After that, it focuses on Dynamic Visual Arts, trying to elicit the revolution brought by these deep conceptual and technological changes. It assumes that the contemporary conditions shift the art of visual motion from a ''Kinema'' to a ''Dyname'', allowing artists ''to play images'' as ''to play violin'', and that this shift could not appear before our era. It illustrates these new historical possibilities by some examples developed by the scientific and artistic works of the author and her co- workers. In conclusion, it assumes that this shift could open the door to a new genuine connection between arts that believed to cooperate but that remained separated during ages: music, dance and animation. This possible new ALLIANCE could lead the society to consider a new type of arts, we want to call ''Dynamic Instrumental Arts'', which will be really multisensorial: simultaneously Musical, Gestural and Visual

Gesture Based Control of Semi-Autonomous Vehicles

The objective of this investigation is to explore the use of hand gestures to control semi-autonomous vehicles, such as quadcopters, using realistic, physics based simulations. This involves identifying natural gestures to control basic functions of a vehicle, such as maneuvering and onboard equipment operation, and building simulations using the Unity game engine to investigate preferred use of those gestures. In addition to creating a realistic operating experience, human factors associated with limitations on physical hand motion and information management are also considered in the simulation development process. Testing with external participants using a recreational quadcopter simulation built in Unity was conducted to assess the suitability of the simulation and preferences between a joystick approach and the gesture-based approach. Initial feedback indicated that the simulation represented the actual vehicle performance well and that the joystick is preferred over the gesture-based approach. Improvements in the gesture-based control are documented as additional features in the simulation, such as basic maneuver training and additional vehicle positioning information, are added to assist the user to better learn the gesture-based interface and implementation of active control concepts to interpret and apply vehicle forces and torques. Tests were also conducted with an actual ground vehicle to investigate if knowledge and skill from the simulated environment transfers to a real-life scenario. To assess this, an immersive virtual reality (VR) simulation was built in Unity as a training environment to learn how to control a remote control car using gestures. This was then followed by a control of the actual ground vehicle. Observations and participant feedback indicated that range of hand movement and hand positions transferred well to the actual demonstration. This illustrated that the VR simulation environment provides a suitable learning experience, and an environment from which to assess human performance; thus, also validating the observations from earlier tests. Overall results indicate that the gesture-based approach holds promise given the emergence of new technology, but additional work needs to be pursued. This includes algorithms to process gesture data to provide more stable and precise vehicle commands and training environments to familiarize users with this new interface concept

An Event-Centric Planning Approach for Dynamic Real-Time Narrative

In this paper, we propose an event-centric planning framework for directing interactive narratives in complex 3D environments populated by virtual humans. Events facilitate precise authorial control over complex interactions involving groups of actors and objects, while planning allows the simulation of causally consistent character actions that conform to an overarching global narrative. Events are defined by preconditions, postconditions, costs, and a centralized behavior structure that simultaneously manages multiple participating actors and objects. By planning in the space of events rather than in the space of individual character capabilities, we allow virtual actors to exhibit a rich repertoire of individual actions without causing combinatorial growth in the planning branching factor. Our system produces long, cohesive narratives at interactive rates, allowing a user to take part in a dynamic story that, despite intervention, conforms to an authored structure and accomplishes a predetermined goal