Etude de méthodes de production d'art génératif et de leur application pour la conception d'outils de création artistique accessibles, A survey of generative art production methods and their application for the conception of accessible art creation tools

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Sous la direction de Mohamed Slimane
Thèse soutenue le 06 décembre 2010: Tours
Partant d'une étude de méthodes algorithmiques de création artistique automatique, nos travaux s'intéressent à des adaptations de ces méthodes pour proposer des formes de création artistique accessibles centrées sur la musique et le dessin par ordinateur. Le développement d'outils informatiques accessibles impose certaines contraintes. Elles servent de cadre au développement de deux outils qui illustrent la mise en œuvre de ces contraintes, associées à l'adaptation de systèmes de production artistique automatique, notamment basés sur des algorithmes de colonie de fourmis artificielles. Le premier programme est un instrument de musique virtuel permettant au plus grand nombre de jouer de la musique, et fournissant un accompagnement automatique. Le second est un atelier de dessin où des outils basés sur des méthodes génératives offrent un résultat complexe à partir d'actions très simples. Cette thèse détaille le développement de ces deux programmes ainsi que leur évaluation, sur le terrain, à la rencontre d'utilisateurs réels.
-Art génératif
-Accessibilité
-Algorithmes évolutionnaires
-Informatique musical
-Handicap
Starting from a survey of algorithmic methods for automatic artistic creation, our works deals with adaptations of these methods to provide accessible art creation forms, focusing on music and computer drawing.the development of accessible computer software requires some constraints. Following these constraints and using adapted automatic art production systems, notably based on artificial ant colony algorithms, we developed two computer programs.The first one is a virtual music instrument, allowing most people to play music and providing and automatic accompaniment.The second one is a drawing workshop with generative methods-based tools provide complex results from simple actions.This PhD thesis details the development of this two programs and their evaluations, with real users meetings.
Source: http://www.theses.fr/2010TOUR4026/document
Publié le : samedi 29 octobre 2011
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UNIVERSITÉ
FRANÇOIS RABELAIS
DE TOURS
École Doctorale SST
Laboratoire d’Informatique (EA2101)
Équipe Handicap et Nouvelles Technologies
THÈSE présentée par :
Romain Clair
soutenue le : 6 décembre 2010
pour obtenir le grade de : Docteur de l’université François Rabelais de Tours
Discipline/ Spécialité : Informatique
Étude de méthodes de production d’art génératif et
de leur application pour la conception
d’outils de création artistique accessibles.
THÈSE dirigée par :
Slimane Mohamed Professeur des universités, Université François Rabelais de Tours
RAPPORTEURS :
Lopez Krahe Jaime Professeur des universités, Université Paris VIII
Lutton Evelyne Chargée de recherche (HDR), Inria Saclay
JURY :
Assayag Gérard Directeur de recherche, Ircam - CNRS
Lopez Krahe Jaime Professeur des universités, Université Paris VIII
Lutton Evelyne Chargée de recherche (HDR), Inria Saclay
Monmarché Nicolas Maître de conférences, Université François Rabelais de Tours
Slimane Mohamed Professeur des université, Université François Rabelais de Tours
Talbi El-Ghazali Professeur des universités, Université de Lille IRemerciements
Les travaux présentés ici n’auraient jamais pu aboutir sans le concours de nombreuses
personnes. Parmi celles-ci, mes encadrants, Mohamed Slimane et Nicolas Monmarché, sans
qui rien de tout cela n’aurait été possible. En me proposant ce sujet, ils m’ont permis de
concilier les domaines pourtant réputés antagonistes que sont les arts et la science. Ils m’ont
par ailleurs offert les conditions de travail dont j’avais besoin pour mener ces recherches à
bien, et pour tout cela, je les remercie.
L’intégration au sein de l’équipe Handicap et Nouvelles Technologies et du Laboratoire
d’Informatique de Tours m’a permis de côtoyer des gens passionnants et passionnés par
leur métier. Leur contact et les échanges que nous avons pu avoir ont été particulièrement
formateurs.
Merci aussi à tous ceux qui ont bien voulu se livrer à l’évaluation des outils proposés.
Leurs remarques ont été précieuses. Ils sont beaucoup trop nombreux pour être tous ci-
tés, mais je tiens néanmoins à remercier Pascal Lenoir, Gaël Bouket et l’équipe du centre
d’accueil spécialisé de Ballan Miré pour leur temps, leur enthousiasme et les conseils qu’ils
m’ont donnés. Mes remerciements vont aussi à Alain Delime et aux organisateurs du chal-
lenge Handicap et Technologie ainsi qu’à l’équipe des Petits Débrouillards de Région Centre
pour m’avoir accueilli lors de leurs manifestations, et m’avoir, ainsi, permis de présenter
mes travaux à de nombreux testeurs.
Je remercie tout ceux, rencontrés lors des conférences et dont les manifestations d’intérêt
ont contribué à entretenir la motivation nécessaire à mener ces recherches à terme.
Des remerciements tous particuliers vont vers Evelyne Lutton et Jaime Lopez Krahe
qui ont eu la gentillesse d’accepter la lourde charge d’être les rapporteurs de cette thèse,
ainsi que Gerard Assayag et El-Ghazali pour leur participation au jury.
Je tiens en dernier à remercier ceux, de ma famille et de mes amis, qui m’ont soutenu,
supporté, et pour certains, énormément aidé pendant ces années de thèse, ils se reconnai-
tront et savent que ma gratitude leur est acquise.
3REMERCIEMENTS
4Résumé
Partant d’une étude de méthodes algorithmiques de création artistique automatique,
nos travaux s’intéressent à des adaptations de ces méthodes pour proposer des formes de
création artistique accessibles centrées sur la musique et le dessin par ordinateur.
Le développement d’outils informatiques accessibles impose certaines contraintes. Elles
servent de cadre au développement de deux outils qui illustrent la mise en œuvre de ces
contraintes, associées à l’adaptation de systèmes de production artistique automatique,
notamment basés sur des algorithmes de colonie de fourmis artificielles. Le premier pro-
gramme est un instrument de musique virtuel permettant au plus grand nombre de jouer
de la musique, et fournissant un accompagnement automatique. Le second est un atelier
de dessin où des outils basés sur des méthodes génératives offrent un résultat complexe à
partir d’actions très simples. Cette thèse détaille le développement de ces deux programmes
ainsi que leur évaluation, sur le terrain, à la rencontre d’utilisateurs réels.
Mots clés : Accessibilité, Handicap, Art génératif, Algorithmes de colonie de fourmis
artificielles, Algorithmes évolutionnaires, Musique, Dessin
5RÉSUMÉ
6Abstract
Starting from a survey of algorithimic methods for automatic artistic creation, our works
deals with adaptations of these methods to provide accessible art creation forms, focusing
on music and computer drawing.
the development of accessible computer software requires some constraints. Following
these constraints and using adapted automatic art production systems, notably based on
artificial ant colony algorithms, we developed two computer programs. The first one is a
virtual music instrument, allowing most people to play music and providing and automatic
accomapniement. The second one is a drawing workshop with generative methods-based
tools provide complex results from simple actions. This PhD thesis details the development
of this two programs and their evaluations, with real users meetings.
Keywords : Accessibility, Handicap, Generative art, Artificial ants colony algorithms,
Evolutionnary computation, Music, Drawing
7ABSTRACT
8Table des matières
Introduction 17
I État de l’art 21
1 De la création artistique 25
1.1 Petite introduction à la théorie musicale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.1.1 La norme MIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.2 Dessin et ordinateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.3 Art et handicap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 Modèles et méthodes de résolution génériques 33
2.1 Chaînes de Markov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2 Grammaires génératives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3 Réseaux de neurones artificiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4 Automates cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5 Algorithmes génétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6 Systèmes multi-agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.7 Algorithmes de colonie de fourmis artificielles . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.7.1 Le déplacement des fourmis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.7.2 Le tri du couvain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.7.3 Partage de tâches chez les fourmis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3 De l’art génératif 43
3.1 Quelques considérations générales sur l’art génératif . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 Étude de méthodes de génération de musique . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.1 Modèles de Markov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.2.2 Grammaires génératives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.3 Automates cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.4 Programmation par contrainte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
9TABLE DES MATIÈRES
3.2.5 Réseaux de neurones artificiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.2.6 Algorithmes évolutionnaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.7 Systèmes multi-agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.2.8 Autres méthodes bio-inspirées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.3 Étude de méthodes de génération de dessins . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.3.1 Grammaires génératives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.3.2 Automates cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.3.3 Algorithmes évolutionnaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3.4 Système multi-agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.5 Algorithmes de colonie de fourmis artificielles . . . . . . . . . . . . . 63
4 Accessibilité des logiciels 65
4.1 Interface Homme-Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.1 Affichage de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.1.2 Contrôle de l’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.2 Accompagnement et assistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
II Les travaux 73
5 Un instrument de musique virtuel 77
5.1 Présentation et objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.1.1 Accessibilité des interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.1.2 Pas de pré-requis technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.1.3 Pas de connaissances musicales requises . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.1.4 Accompagnement automatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.2 Les solutions apportées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.2.1 Utilisation de la norme midi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.2.2 Connaissances musicales embarquées . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.2.3 Les interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.2.4 Accompagnement automatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.3 Évaluation et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.3.1 Influence des paramètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.3.2 Efficacité des interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.3.3 Évaluation de terrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.3.4 Perspectives et évolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6 Atelier de dessin 99
6.1 Présentation et objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
10

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