Mags Project

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La plateforme MAGS, développée à l'université Laval, est un outil de géosimulation permettant de simuler des milliers d'agents dans un environnement géographique 2D/3D. Les applications du simulateur sont nombreuses: simulation de foule, d'évacuation, simulation de consommateurs, simulation de trafic routier, ainsi que la simulation de l'intervention lors de feux de forêts.

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Mags Project

  1. 1. Le projet MAGS Une plate-forme de géosimulation à base d’agents logiciels Directeur : Bernard Moulin Université Laval Bilan des résultats
  2. 2. This project is currently financed by Geoide, the Canadian Network of Centers of Excellence in Geomatics and RDDC Valcartier (Team: Y. Van Chestein, D. Gouin, M. Pigeon, D. Thibault + M. Bélanger) Other partners: Alberta Sustainable Resource and Development, Quebec SOPFEU, Center for Spatial Analysis (Mc Master Univ.), CRAD (Univ. Laval), Ville de Québec (Service de police), Sûreté du Québec, Ministère des transports du Québec
  3. 3. L’équipe <ul><li>Walid Ali (PhD en cours) </li></ul><ul><li>Nabil Sahli (PhD en cours) </li></ul><ul><li>Walid Chaker (Professionnel de recherche, PhD) </li></ul><ul><li>Miguel Proulx (MSc en cours) </li></ul><ul><li>Bruno Bergeron (MSc en cours) </li></ul><ul><li>Jimmy Perron (MSc 2003, Professionnel de recherche) </li></ul><ul><li>Jimmy Hogan (Professionnel de recherche) </li></ul><ul><li>Patrick Pelletier (MSc 2003) </li></ul><ul><li>Fouad Belafkir (MSc 2004) </li></ul><ul><li>Azzedine Kabli (MSc 2005) </li></ul><ul><li>Mondher Bouden (MSc 2004) </li></ul><ul><li>Frédérick Legault (MSc 2003) </li></ul>
  4. 4. Contexte du projet MAGS <ul><li>Simulation de comportements de foule en milieu urbain </li></ul><ul><ul><li>Environnement géographique virtuel 3D </li></ul></ul><ul><ul><li>Des milliers de personnages </li></ul></ul><ul><ul><li>Des comportements complexes </li></ul></ul><ul><ul><li>Des caractéristiques cognitives </li></ul></ul><ul><ul><li>Des événements spatiaux </li></ul></ul><ul><ul><li>Simulation temps réel 3D </li></ul></ul><ul><li>Problématique  Aucun système ne permet actuellement d’intégrer toutes ces fonctionnalités </li></ul>
  5. 5. Le projet MAGS (1/2) <ul><li>Étape de développement du prototype MAGS </li></ul><ul><ul><li>Analyse du projet </li></ul></ul><ul><ul><li>Conception de l’architecture UML </li></ul></ul><ul><ul><li>Acquisition et traitement des données géographiques (GIS, modèle 3D, photos aériennes) </li></ul></ul><ul><ul><li>Développement du module de visualisation 3D </li></ul></ul><ul><ul><li>Conception des agents ayant des propriétés cognitives </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Module de navigation </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Module de perception et de mémorisation de l’environnement </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Module comportemental des agents </li></ul></ul></ul>
  6. 6. Le projet MAGS (2/2) <ul><ul><li>Conception d’un module de gestion de trafic routier </li></ul></ul><ul><ul><li>Conception d’une approche et d’un outil pour la spécification des comportements </li></ul></ul><ul><ul><li>Conception d’une approche et d’un outil pour la spécification des scénarios </li></ul></ul><ul><ul><li>Conception d’un module de simulation de gaz </li></ul></ul><ul><ul><li>Conception d’un module de gestion de la physique </li></ul></ul><ul><ul><li>Conception d’un module de modification en temps réel de l’environnement </li></ul></ul><ul><li>Exploration d’une architecture pour l’interopérabilité des simulations (HLA) </li></ul><ul><li>Réflexions pour effectuer des simulations multi-échelles (Projet MUSCAMAGS) </li></ul>
  7. 7. ??? MAGS Controller Environment Particle module Physical module Graphic Engine Interface Agents Behaviour Perception Memory Navigation Taffic control Network ??? Initialisation files ??? Preparation suite Scenario and behaviour editor Environment Preparation suite 2D/3D visualisation preparation suite Scenario files Environment files Graphic 2D/3D files Architecture globale de MAGS Designer 3D specialist
  8. 8. Environnement de simulation Acquisition et traitement des données G I S Data Aerial. Photo Terrain model Veg etation Modèle 3D et textures Carte des obstacles Carte des routes Carte des objects Carte des élévations Données sources Traitements Environnement MAGS 3DS Max GeoMedia Logiciels propriétaires
  9. 9. Environnement de simulation Acquisition et traitement des données <ul><li>Données de bases de la simulation (Québec) </li></ul><ul><ul><li>Modèle 3D format Directx (Model3D.x) </li></ul></ul><ul><ul><li>Carte des élévations </li></ul></ul><ul><ul><li>Carte des routes </li></ul></ul><ul><ul><li>Cartes des obstacles </li></ul></ul><ul><ul><li>Carte de localisation des agents statiques (bâtiments) </li></ul></ul><ul><ul><li>Photo aérienne </li></ul></ul>
  10. 10. Module de visualisation 3D <ul><li>Basé sur la technologie DirectX </li></ul>
  11. 11. Module de visualisation 3D <ul><li>Démo </li></ul>
  12. 12. Module de visualisation 3D <ul><li>Visualisation de milliers d’agents animés </li></ul><ul><li>Visualisation de systèmes de particules </li></ul><ul><li>Exploration : « volumétrique fog » pour la visualisation d’un système de particules </li></ul>
  13. 13. Les Agents Navigation Memory Objectif 1 Obj 1.1 Obj 1.2 Action 1 Action 2
  14. 14. La navigation <ul><li>La navigation des agents dans l’environnement 3D </li></ul>
  15. 15. La navigation <ul><li>Navigation performante </li></ul><ul><ul><li>Démo : 7000 Agents en temps réel </li></ul></ul>
  16. 16. La navigation <ul><li>3 Modes de navigation : </li></ul>1 2 3 4 5 Ok Obstacle Agent’s current Position C : « obstacle avoidance » “ Ariane Thread” B : from « following a path » to “obstacle avoidance” Destination A : « following a path » 1 3 4 2 5 1
  17. 17. La perception et la mémorisation <ul><li>Démo d’une traversée de route à l’aide de la perception </li></ul>
  18. 18. La perception <ul><li>Mécanisme simple et rapide : Calcul des « lines of sight » </li></ul>A Height Map Hauteur visible Pour être perçu à cette position, un agent doit avoir une élévation minimum de 30 mètres Bâtiment 0 0 0 15 20 25 30 ... h= 10 h= 20 h= 15 5
  19. 19. La perception et la mémorisation <ul><li>Modèle de mémoire d’un agent </li></ul><ul><li>Ref : Mémoire de Jimmy Perron </li></ul>Retention Rehearsal and Retention Update lost Recall Filter Perception Environment Perceptual Memory Working Memory Long Term Memory Lost
  20. 20. La mémoire <ul><li>Mécanisme de rétention simulant celui chez l’humain </li></ul><ul><li>Valeur d’activation : A = ln(n / √T) où n est le nombre de répétition et T est le temps écoulé depuis l’acquisition de l’élément </li></ul>
  21. 21. Les comportements <ul><li>Démo d’un amuseur public </li></ul><ul><li>Ref. Mémoire de Patrick Pelletier </li></ul>
  22. 22. Les comportements Organisés sous forme d’objectifs Composition d’un objectif : - Règles d’activation - Corps : Actions ou objectifs - Règles de complétion
  23. 23. Les comportements Activation des objectifs Recurrent
  24. 24. Les comportements Exécution des objectifs
  25. 25. Les comportements Complétion des objectifs
  26. 26. Gestion du trafic routier <ul><li>Démo de l’interaction entre MAGS et le module de gestion de trafic AIMSUN </li></ul>
  27. 27. Gestion du trafic routier <ul><li>AIMSUN simule le trafic routier </li></ul><ul><li>Transfert des positions des véhicules via réseau </li></ul><ul><li>Interpolation et visualisation des véhicules dans MAGS et simulation des piétons </li></ul>
  28. 28. Spécification des comportements
  29. 29. Spécification des comportements <ul><li>Interface utilisateur permettant : </li></ul><ul><ul><li>De créer les objectifs </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Les règles d’activation </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Les actions </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Les règles de complétion </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>De créer les états statiques et dynamiques </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>(ex. l’âge, le sexe, la faim, la fatigue, le niveau de stress…) </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>De créer des profils d’agents liant des objectifs </li></ul></ul>
  30. 30. Spécification des Scénarios <ul><li>Ref. Mémoire de Fouad Bellakir </li></ul><ul><li>Démo </li></ul>
  31. 31. Spécification des Scénarios <ul><li>Interface utilisateur permettant : </li></ul><ul><ul><li>De spécifier l’environnement à utiliser </li></ul></ul><ul><ul><li>De créer des agents à un moment dans le temps </li></ul></ul><ul><ul><li>D’affecter des comportements (profils) à ces agents </li></ul></ul><ul><ul><li>De positionner ces agents dans l’environnement </li></ul></ul>
  32. 32. Module de gestion des gaz <ul><li>Ref. Mémoire de Mondher Bouden </li></ul><ul><li>Démo </li></ul>
  33. 33. Module de gestion des gaz <ul><li>Module de particules basés sur le modèle de Reeves (1983) pouvant simuler en temps réel : </li></ul><ul><ul><li>Explosion </li></ul></ul><ul><ul><li>Feu </li></ul></ul><ul><ul><li>Fumée </li></ul></ul><ul><ul><li>Gaz inerte </li></ul></ul>
  34. 34. Module de physique <ul><li>Démo de résolution des contraintes physiques </li></ul>
  35. 35. Module de physique <ul><li>Intégration de la bibliothèque gratuite ODE (Open Dynamic Engine) </li></ul><ul><li>Le module physique permet : </li></ul><ul><ul><li>La représentation vectorielle de l’espace en 3D </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Les agents sont physiquement représentés par des capsules 3D </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>L’environnement est représenté par un ensemble de triangles (Mesh) </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Le calcul vectoriel d’intersections et de collisions </li></ul></ul><ul><ul><li>La résolution des contraintes physiques </li></ul></ul><ul><ul><li>Le calcul des forces résultantes suite aux événements physiques (collisions, gravité, forces de déplacement, etc) dans l’espace 3D </li></ul></ul>
  36. 36. Modification de l’environnement <ul><li>Démo : modifications temps réel de l’environnement </li></ul>Il est possible durant la simulation d’ajouter, supprimer et manipuler (translation, rotation, redimensionnement) n’importe quel objet 3D dans le format .X (DirectX) <ul><li>Ref. Mémoire de Azzedine Kabli (en cours de rédaction) </li></ul>Exemple : des arbres plantés durant la simulation
  37. 37. Les Applications <ul><li>Aide à l’aménagement d’espaces géographiques </li></ul><ul><li>Simulation de comportements de foule </li></ul><ul><li>Planification des interventions lors de feux de forêt </li></ul><ul><li>Simulation des comportements des consommateurs dans les centres commerciaux </li></ul>
  38. 38. Aide à l’aménagement d’espaces Démo : Contrôle de sécurité d’une foule de 2000 personnes à l’entrée d’un site
  39. 39. Simulation de foule
  40. 40. Simulation de foule Démo : Dispersion d’une foule à l’aide de gaz lacrymogène
  41. 41. Planification des interventions lors de feux de forêt Démo
  42. 42. Aide à l’aménagement intérieur Démo : Consommateurs dans un centre commercial
  43. 43. Utilisation du système MAGS <ul><li>MAGS fonctionne sous Windows XP avec la technologie DirectX 9.0 </li></ul><ul><li>Le Logiciel et sa documentation sont disponibles sur le CD dans le répertoire MAGS </li></ul><ul><li>Consulter le guide de l’utilisateur pour l’utilisation de MAGS (Ouvrir le guide) </li></ul>
  44. 44. Conclusion <ul><li>MAGS a nécessité 3 ans de recherche et développement : </li></ul><ul><ul><li>6 maîtrises </li></ul></ul><ul><ul><li>3 professionnels de recherche </li></ul></ul><ul><ul><li>10 stagiaires </li></ul></ul><ul><ul><li>115 430 lignes de code sources C++ </li></ul></ul><ul><ul><li>131 classes </li></ul></ul><ul><ul><li>Des bibliothèque externes : DirectX, AIMSUN, ODE, CxImage, MFC </li></ul></ul>
  45. 45. Conclusion et perspectives <ul><li>MAGS a montré qu’il est possible d’utiliser la Géosimulation comme un outil d’aide à la décision </li></ul><ul><li>Le futur de MAGS </li></ul><ul><ul><li>Les méthodes et les outils d’analyses </li></ul></ul><ul><ul><li>Des modèles comportementaux plus complexes </li></ul></ul><ul><ul><li>Des simulations à plusieurs échelles (MUSCAMAGS) </li></ul></ul>

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