Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Institut de la francophonie
pour l’informatique

Université Bretagne - Sud

MEMOIRE DE STAGE DE FIN D’ETUDES
Master de Recherche
Mention Informatique
Spécialité Intelligence Artificielle et Multimédia

Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Stagiaire

DANG Thi Hai Ha

Responsables de l’encadrement :
Monsieur Dominique DUHAUT, professeur des universités, UBS
Madame Sabine LETELLIER-ZARSHENAS, maître de conférences,
UBS
Ce stage est réalisé au sein du laboratoire VALORIA
Campus universitaire de Bretagne-Sud

Vannes, Mars – Août, 2008


Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Table des matières
1

2

3

4

5
6

7

Introduction .....................................................................................................7
1.1
Thérapie assistée par robot .......................................................................7
1.2
Expérimentations avec Paro......................................................................9
1.3
Project EmotiRob ...................................................................................11
1.4
Stage de Master ......................................................................................12
1.5
Structure du mémoire .............................................................................13
Revue de la bibliographie...............................................................................15
2.1
Etudes sur la définition de l’émotion humaine : ......................................15
2.2
Etudes sur de récents modèles calculatoire des émotions ........................21
2.2.1
FLAME – Fuzzy Logic Adaptive Model of Emotion ......................21
2.2.2

ParleE – Adaptive Plan Based Event Appraisal Model of Emotions 23
2.2.3
Kismet - robot avec les émotions artificielles ..................................24
2.2.4
Greta – La dynamique de l’état affective dans un agent
conversationnel animé....................................................................................25
2.2.5
EMA – EMotion and Adaptation ....................................................26
2.2.6
GALAAD – GRAAL Affective and Logical Agent for
Argumentation and Dialog .............................................................................28
2.3
Conclusion .............................................................................................29
Modèle d’émotions de EmotiRob ...................................................................31
3.1
Théories de références ............................................................................31
3.1.1
Theory of Ortony & al. (1988) .......................................................31
3.1.2
Theory of Lazarus (1991) ...............................................................32
3.1.3
Theory of Scherer ...........................................................................33
3.1.4
MBTI of Meyers-Brigg and Meyers................................................34
3.1.5
Modèle proposé : Generic Robotic Architecture to Create Emotions
36
3.2
Intégration des caractéristiques du processus émotionnel dans GRACE ..41
3.2.1

Event appraisal ...............................................................................41
3.2.2
Coping............................................................................................41
3.2.3
Cinq sous-systèmes de l’émotion ....................................................42
3.2.4
Personnalité de type MBTI dans GRACE .......................................42
3.3
GRACE par rapport aux modèles informatiques récents .........................43
Objectif et validation d’une instance de GRACE............................................49
4.1
Objectif de l’expérimentation ................................................................49
4.2
Scénario de validation ............................................................................49
4.3
Fonctionnement de l’instance réduite de GRACE ...................................50
4.4
Données en entrées.................................................................................51
4.5
Mise en œuvre ........................................................................................52
4.5.1
Programmation ...............................................................................52
4.5.2
Expérimentation .............................................................................54
4.6
Conclusion .............................................................................................55
Conclusion et perspectives .............................................................................57
Annexe...........................................................................................................59
6.1
history.txt ...............................................................................................59

6.2
interp.txt.................................................................................................59
6.3
predictData.txt........................................................................................60
Références .....................................................................................................61

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Remerciements
Je tiens particulièrement à remercier professeur Dominique DUHAUT, mon
responsable de stage, pour l’encadrement, l’aide, les conseils utiles et
l’environnement de travail très chaleureuse qu’il m’a donné pendant toute la durée
du stage.
Je tiens également à remercier Sabine LETELLIER-ZARSHENAS, pour son
explication très clairement des nouveaux concepts, ses aides, ses commentaires et
ses discussions qui ont fait progresser mon travail.
Je voudrais remercier tout le personnel du laboratoire VALORIA et particulièrement
l’équipe du projet EmotiRob pour leur accueil chaleureux.
J’adresse mes sincères remerciements à tous les professeurs de l’IFI, qui sont
quelquefois très sévères, pour m’avoir enseigné et me donné les cours intéressants
pendant mes études au niveau master. Je profite de cette occasion pour dire
remercier à tous les personnels de l’IFI qui m’ont apporté de l’aide.
Finalement, je voudrais remercier ma famille, mes parents et mes amis qui sont

toujours près de moi et m’ont apporté le courage dans les moments difficiles.

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Résumé
Plusieurs études antérieurs ont prouvé que la thérapie assistée par robot est utile
non seulement en tant que des moyens d'interaction entre les enfants et les
thérapeutes, mais également en leur apportant un genre d'affection ou d'attention. Le
projet EmotiRob se situe dans cette tendance en visant à concevoir un robot
compagnie pour les enfants fragilisés ou pour les enfants devant subir un séjour long
à l’hôpital. Dans le cadre du projet EmotiRob, ce stage de Master, inspiré par
l’aspect psychologique de l’interaction humane, vise donc à faire une étude sur le
changement de l’état émotionnel au cours de cette interaction. Cet objectif cherche à
répondre à la question : qu’est-ce qu’une émotion ? En regardant les études
antérieures des philosophes et des psychologues, on trouve qu’il n’y a pas de
consensus sur la définition de l’émotion. De l’autre côté, les travaux informatiques,
ceux qui nous sont plus proches, proposent eux-mêmes des modèles différents. Par
conséquent, on restreint l’objectif du stage à l’étude sur la définition et sur la
modélisation de l’émotion.
Le travail du stage consiste à proposer une définition de l’émotion, à vérifier sa
généricité et réaliser une instance réduite de cette définition pour pouvoir valider au
fur et à mesure la pertinence des éléments importants dans la composition de ce
modèle de l’émotion.

Mots clés : Emotion, définition de l’émotion, modélisation de l’émotion,
modélisation des robots de compagnon.

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Abstract
Many anterior researches have proved that the Robot Assisted Therapy is useful
not only in term of interaction means between children and their therapist but also in
bringing them a genre of affection or attention. In the same tendency, the project
EmotiRob aims at designing a robot companion for impaired children or for children
having to undergo lengthy hospital stays. Inspired from psychological aspect of
human interaction and enduring in the ambition of project EmotiRob, this stage aims
at study the change of emotional state during this interaction. This goal drives us to
the following question: what is an emotion? In studying the anterior researches of
several philosophers and psychologists, we found that there is no consensus on
definition of emotion. On the other hand, the researches in informatics, which seem
to be closed to ours, proposed themselves different models. Therefore, the goal of
stage is now restrained into a study on the definition and modeling of emotions.
The work of this stage consists of proposing a definition of emotions, verifying its
generality and then realizing a simple instance of this definition in order to be able to
validate the pertinence of the definition step by step.
Key words: Emotion, emotion definition, emotion modeling, robot companion
construction.

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Liste des figures
Figure 1 - Architecture de FLAME ........................................................................21
Figure 2 - Composant émotionnelle du modèle FLAME ........................................22
Figure 3 - Architecture de ParleE ...........................................................................23
Figure 4 - Architecture du modèle d'émotions de Kismet .......................................25
Figure 5 - Réseaux dynamiques de croyance du modèle Greta ...............................26
Figure 6 - Architecture de EMA.............................................................................27
Figure 7 - Architecture de GALAAD .....................................................................28
Figure 8 - Typologie de la théorie d'Ortony et al. ...................................................32
Figure 9 - Standard de personnalité MBTI (1985) ..................................................35
Figure 10 - Architecture de GRACE ......................................................................37
Figure 11 - GRACE et FLAME .............................................................................43
Figure 12 - GRACE et ParleE ................................................................................44
Figure 13 - GRACE et les réseaux dynamique de Greta .........................................45
Figure 14 - GRACE et EMA..................................................................................46
Figure 15 - GRACE et GALAAD ..........................................................................46
Figure 16 - Fonctionnement de l'instance réduite de GRACE .................................50
Figure 17 - Affichage graphique du démo ..............................................................54

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1 Introduction
De nos jours, il existe un nombre croissant de recherche indiquant les nombreux
avantages que les animaux de compagnie offrent à des personnes, particulièrement à
des enfants et aux personnes âgées.
Certains études ont prouvé que les animaux sont capables d'abaisser le pression
sanguine, réduisant le rythme du coeur et de respiration, montrant les changements
positifs dans des niveaux hormonaux, altitude d'humeur, et facilitation sociale accrue
[1]. Etant donné ces bénéfices pour la santé et pour la société, la thérapie assistée par
animal (animal assisted therapy) est utilisée généralement pour le bénéfice des
enfants hospitalisés, ou des personnes âgées. Malheureusement, les animaux de
thérapie ne sont pas toujours à la disposition des patients dus aux allergies, au risque
de maladie, aux programmes de visites limités, ou à d'autres raisons. Ainsi, pour
fournir des prestations de santé, quand les animaux de thérapie ne sont pas
disponibles, les applications de type thérapie assistées par robot (également
appelée robot rehabilitation ou la robotique de réadaptation) ont récemment
attiré l'attention des chercheurs en robotique.

1.1 Thérapie assistée par robot
Les chats et les chiens ont la capacité d'améliorer les niveaux de confort des patients,
la tension artérielle et d'autres facteurs. L'utilisation des robots pourrait faire la
même chose tout en allégeant l’inquiétude du médecin concernant des inconvénients
possibles venant des animaux, tels que le besoin d'alimentation et d'exercice.

L'utilisation d'un robot évite également la possibilité de négliger ou abandonner
l’animal.
Les robots peuvent offrir des avantages particuliers dans la thérapie à long terme qui
exige des exercices intenses et réitérées de mouvement. Il est facile de voir que les
robots peuvent exécuter uniformément et avec précision la même tâche sans être
fatigués, enregistrer et s'ajuster sur les réponses du patient. Les robots ont également
un potentiel élevé pour la télé-réadaptation. Avec le robot, un thérapeute pourrait
théoriquement exécuter 10 sessions de thérapie en même temps, ou employer une
webcam pour fournir une thérapie à distance.

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D'autre part, ce genre de robot peut exécuter des tâches professionnels, comme des
opérations de manipulation dans un environnement structuré (transport papier dans
le travail bureautique, des méthodes d'essai dans le travail de laboratoire, etc.) et les
activités de la vie quotidienne dans les environnements structurés et non-structurés,
tels que jouer aux jeux, exécuter des tâches éducatives, manger, et aide aux tâches de
l’hygiène personnelle. Ceci implique l'utilisation des robots d'une manière différente
des applications industrielles où les robots fonctionnent normalement dans un
environnement structuré avec des tâches prédéfinies, séparées à des opérateurs
humains. En outre, des robots industriels sont actionnés avec le personnel
particulièrement qualifié avec une certaine connaissance de la technologie. Ceci peut
ne pas être le cas en robotique de réadaptation. Ainsi, la robotique de réadaptation
s’apparente plus à la robotique de service qui intègre des humains et les robots dans

les mêmes tâches, exigeant certains aspects de sûreté et pour laquelle une attention
particulière est donnée aux interfaces homme-machine. Ces derniers s’adressent
alors à des personnes avec une basse connaissance de programmation ou des
personnes avec des problèmes physiques actionnant un dispositif de programmation
spécifique. Par conséquent, plus d'attention doit être prêtée aux conditions d’usage,
car l'utilisateur est une partie du processus dans l'exécution de divers tâches.
Le travail sur la construction de robot revient à fabriquer un dispositif fait pour
planifier l’exécution d’une tâche spécifique ou d’une série de tâches. La complexité
de ces tâches, aussi bien que la quantité d'interaction humaine impliquée, varient
largement à travers l'éventail de robots, mais la plupart des robots exigent au moins
un certain degré d'interaction humaine pour accomplir des tâches d’une complexité
plus que moyenne. Des robots sont utilisés dans un énorme champ d’applications, de
l'industrie au divertissement en passant par l'entretien à la maison. Le champ de la
robotique de réadaptation est une direction moderne pour la robotique, car les
machines deviennent plus accessibles et leurs capacités d’aide à l’humain
augmentent.
Les avantages de la robotique de réadaptation sont nombreux. Dans le paradigme
courant de la thérapie physique, beaucoup de thérapeutes travaillent souvent avec un
patient, pour soutenir ses membres et pour les aider à se déplacer dans les premières
étapes. Un exosquelette robotique permet à la réadaptation de se produire avec
seulement un thérapeute, avec le robot fournissant l'appui et accompagnant la
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démarche du patient. Un exosquelette robotique tient compte également d'un régime

plus cohérent de formation, avec le robot dépistant le progrès d'un patient et décalant
le niveau d'effort en conséquence, ou rendant des recommandations au thérapeute
humain en charge. D’ailleurs, les robots de compagnons pourraient apporter le
réconfort psychologique grâce à ses facultés de haute technologie et son intelligence
artificiellement construite. Ces avantages donnent lieu donc à l’inauguration de
plusieurs projets de recherche et de commerce qui vise à concevoir des robots de
compagnon comme : robot Probo d’un projet du groupe de recherche « Robotics and
Multibody Mechanics » de l’Université flamande de Bruxelles qui est soutenu par la
Fondation Roi Baudouin (commencé en 2006) ; un prototype de robot nommé Pearl
de l’équipe de recherche de l’Université de Carnegie Mellon et du Michigan (le
prototype est présenté en 2005) ; robot Paro développé par l’Institut national
japonais des science et techniques industrielles avancées (AIST) (présenté en 2006) ;
etc.
Alors, les robots sont une technologie croissante qui s’est avérée pouvoir relier le
monde physique et social de l’humain. Le futur de la robotique de réadaptation est
très passionnant, avec un certain nombre de technologies à l'étude qui promettent
des résultats bien plus efficaces. Comme la technologie se développe, que les prix
diminuent, la robotique de réadaptation doit devenir populaire et se démocratiser.
Le projet EmotiRob, cadre de mon stage, se situe dans le domaine du RAT. Il a
débuté par une expérimentation avec le robot Paro [2] et se prolonge par un projet de
recherche soutenu par l’ANR1.

1.2 Expérimentations avec Paro
Beaucoup d'expérimentations avaient été effectuées dans le domaine de RAA :
« Activité assistée par robot » et plus avec précision dans le domaine du RAT : Le
« Thérapie assistée par robot ». Dans ce contexte le projet de T. Shibata - du
laboratoire d'AIST au Tsukuba-Japon - a développé un phoque robot appelé « Paro »
[2] . Ce « Paro » a été expérimenté sur une population des personnes âgées vivant
dans les maisons de retraite ou aux petits enfants devant subir des séjours prolongés
dans les hôpitaux. Le résultat de ces expériences a montré que les robots apportent

1

Agence National de Recherche

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un confort aux gens (même si l'évaluation du niveau du confort reste objectivement
un problème très difficile).
Dans ce contexte le laboratoire VALORIA a mené une expérience à l'aide de robots
Paro, prêtés par T. Shibata, pour vérifier si la réaction/interaction avec les robots
dépendait du contexte culturel. Les Français sont en général plus méfiants vis-à-vis
des nouvelles technologies que les Japonais ne le sont. L'expérience a eu lieu dans
deux endroits différents : Kerpape d'où Paro a été employé par des thérapeutes avec
les enfants handicapés de 6 à 12 ans - certaines d’entre eux étaient en chaise roulant,
et IMA où Paro a été employé avec des adolescents (de 12 à 14 ans) ayant des
troubles du comportement dont des autistes. Dans ces cas l'expérience prouve que
Paro est utile non seulement en tant que des moyens d'interaction entre les enfants et
les thérapeutes, mais également en leur apportant un genre d'affection ou d'attention.
Néanmoins, l’expérimentation a montré que beaucoup de problèmes doivent encore
être résolus :
•

du point de vue mécanique : le robot de Paro est trop lourd pour des enfants

avec des handicaps musculaire, l'autonomie du robot devrait être augmenté,
une meilleure manipulation doit être rendu disponible pour les enfants
manquant de force…

•

du point de vue d'interaction : les enfants veulent parler au robot et être
compris, le robot devrait donc pouvoir exprimer plus d'émotions.

Basé sur ces résultats, les chercheurs du VALORIA ont travaillé afin de permettre
au robot d'exprimer plus d'expressions d'émotions sans devoir augmenter le nombre
de degrés de liberté. Une étude effectuée avec plus de 1600 personnes sur Internet
prouve que 6 degrés de liberté est un nombre acceptable pour exprimer les émotions
de base (joie, tristesse, peur, colère, dégoût).
Le VALORIA ont proposé le projet EmotiRob à l’ANR afin de concevoir un
nouveau robot qui garderait tous les dispositifs de base de Paro - capteurs, douceur,
confort - tout en adressant deux questions principales :
•

L’interaction langagière : ceci exprime que les humains pourront parler au
robot qui est capable de comprendre ce qu’ils disent et de leur répondre en
exprimant une émotion par ses mouvements.

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•

L’expression d'émotion : ceci est dans le but non seulement pour exprimer
l'état émotif du robot mais aussi pour établir également un modèle d'émotion
interne qui devrait donner le robot un « sentiment humain ».

1.3 Project EmotiRob
Le projet EmotiRob [3] consiste à concevoir un robot compagnon pour enfants
handicapés ou devant subir une longue hospitalisation.
Comme abordé dans la partie précédente, nos deux expérimentations sur des enfants
handicapés ont montré deux directions principales dans lesquelles il est intéressant
de travailler.
•

La première est liée à des problèmes mécaniques : le robot doit être très léger,
facile à prendre et à manipuler, plus que ne l’est Paro ; en outre, il doit
disposer d’une grande autonomie.

•

La deuxième relève de l’interaction homme-machine : le réconfort
psychologique que le robot peut fournir est lié à la qualité du lien affectif que
l’enfant peut lui porter. Il semble évident que ce lien peut être
considérablement renforcé si le robot compagnon est doué d’un minimum de
capacités de compréhension de la parole humaine et s’il est capable
d’exprimer des émotions en retour.

Il convient donc de concilier les contraintes d’un robot léger et autonome à celles de
capacités de compréhension et d’expression.

Dans le cadre du projet, une étude a été menée sur l’expression des émotions : elle
semble indiquer que six degrés de liberté suffisent pour qu’un visage exprime de
façon

satisfaisante les six émotions fondamentales classiques. Par ailleurs, la

compréhension automatique de la parole et le handicap sont des thèmes de recherche
de notre laboratoire.
Ainsi dans ce projet, il est prévu la réalisation d’un robot qui garde les qualités
fondamentales de Paro : animal peluche de contact agréable, présence de capteurs,
etc. En fait, on a l’intention de produire un robot sur forme d’un ours en peluche.
Nous voulons doter ce robot des capacités nécessaires de perception et de
compréhension de la langue naturelle pour qu’il puisse construire une représentation
formelle de l’état émotionnel de son interlocuteur. Enfin, le projet comporte
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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion
également la conception d’un modèle des états émotionnels du robot et de leur
évolution, afin de donner à ses réactions un caractère aussi naturel que possible.
Par rapport à ce qui existe, une des spécificités du robot-peluche EmotiRob (Ours en
peluche) est de pouvoir réagir au comportement de l'enfant en simulant des émotions
par les mouvements du corps, les traits du visage et par l'émission de petits sons
simples. Ce projet, centré autour de la détection, la simulation et la production
d’émotions, se situe à l'interface de la robotique, de la communication hommemachine, de la psychologie, de la médecine et de la vision, etc.
Il pose en particulier plusieurs problèmes scientifiques intéressants parmi lesquels :

•

comprendre le langage d'un enfant qui parle à sa peluche et dans le même
temps détecter son état émotionnel,

•

doter le robot d'une capacité de réactions émotionnelles pertinentes,

•

exprimer de manière intelligible des émotions par le robot,

•

évaluer la qualité de l’interaction entre le robot et l’enfant qui revient à
mesurer le niveau réconfort induit chez l’enfant.

Ce dernier point, insistant sur l’impact d’un robot sur l’enfant, se révèle
extrêmement difficile car il y a peu d’études de recherche portant sur le problème de
l’impact du robot sur l’enfant. Ainsi, ce problème a été sous estimé lors de la
conception du projet EmotiRob.

1.4 Stage de Master
En revenant au problème d’évaluation de l’impact du robot sur l’enfant, il est
nécessaire d’avoir une information sur ce qui se passe dans l’esprit de l’enfant, ou
plus précisément, son état émotionnel. Comme il est hors de question d’appareiller
l’enfant (pour mesurer le pression sanguine ou compter le battement du cœur…), il
va falloir par une simple observation extérieure relevé des informations pertinentes
sur l’état émotionnel de l’enfant.

Le problème du stage relie maintenant au concept de l’émotion. En particulier, ce
stage de Master vise à la définition et la modélisation des émotions afin de pouvoir
s’appuyer sur un modèle qui permet de définir des items observables permettant de
caractériser l’état émotionnel de l’enfant.
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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion
Dans le cadre du stage nous développons dans un premier temps un premier modèle
d’émotion : GRACE. La recherche a consisté d’abord en une étude bibliographique
sur les émotions :
•

A travers les travaux en psychologie et en philosophie sur les émotions chez
l’humain (comme ceux d’Ortony, de Lazarus, de Scherer ...).

•

A travers les travaux visant à construire un modèle calculatoire d’émotions
(les modèles existants comme robot Kismet de Breazeal, EMA de Gratch et
Marsella, FLAME d’El-Nars et al. ...),

Afin de justifier la pertinence du modèle, des expérimentations sur une première
instance du modèle GRACE ont été développées qui simulent le processus
émotionnel d’un niveau très simple. L’objectif de l’expérimentation est de voir si un
observateur, n’ayant pas de connaissance préalable sur le projet, peut reconnaître

l’instance de GRACE comme caractérisant des émotions. Si tel est le cas alors on
peut considérer que cette instance est légitime.

1.5 Structure du mémoire
Ce mémoire vise à rapporter ce que j’ai fait pendant mon stage au laboratoire
VALORIA, université Bretagne-Sud sous la direction du professeur Dominique
Duhaut dans le cadre du projet EmotiRob.
Le mémoire est divisé en cinq parties :
-

La première partie consacre à l’introduction du sujet de stage. C’est un
panorama sur le domaine de Thérapie assistée par robots, puis quelques
informations sur le projet EmotiRob dans lequel le sujet de stage se trouve et
enfin ce que le sujet demande.

-

La deuxième partie présente l’étude bibliographique que j’ai faite
comprenant les définitions de l’émotion proposées par les philosophes et
psychologues (§2.1); les modèles informatiques récents qui modélisent
l’émotion pour les applications diverses (§2.2). Cette partie conclut enfin
qu’il n’y a pas de consensus sur la définition de l’émotion.

-

Alors, dans la troisième partie, après avoir explicité quelques modèles de
référence issus de la bibliographie, nous présentons notre proposition : le
modèle GRACE – Generic Robotic Architecture to Create Emotions. Les

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion
justifications sont aussi données pour montrer la généricité de notre
définition de l’émotion par rapport à ce qui existe (§3).
-

La mise en œuvre et la validation de notre modèle sont abordées dans la
partie de l’expérimentation (§4). En fait, dans le cadre du stage, je n’ai pu
programmer qu’une partie de ce modèle (on l’appelle une instance réduite de
GRACE). L’idée de validation est de tester la pertinence du modèle de façon
ascendante. Ceci signifie que l’on va faire l’expérimentation à partir du
module le plus simple jusqu’au plus complexe. Cette instance réduite sert
donc valider une première partie qui n’intègre que trois émotions
élémentaires : joie, peur, tristesse avec deux types de personnalité.

-

La dernière partie (§5) contient bien entendu les conclusions et discussions
sur le travail réalisé. A nouveau les travaux réalisés seront repris et les
problèmes restants à propos du sujet seront aussi relancés.

-

Le rapport se termine avec l’annexe (§6) et les références (§7) où sont des
informations additionnelles concernant les données du programme et les

liens vers les documents consultés au cours de mon travail.

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

2 Revue de la bibliographie
Dans le but d’évaluer la qualité de l’interaction entre le robot et l’enfant qui revient à
mesurer le niveau réconfort induit chez l’enfant, on se retrouve dans le problème de
mesurer ce niveau réconfort. Cet aspect de réconfort relie à l’état émotionnel de
l’enfant. Le problème maintenant est la définition de l’émotion. Qu’est-ce qu’une
émotion ? Cette dernière question attire beaucoup d’attention des chercheurs pour
trouver un accord sur une définition suffisamment générale de l’émotion humaine.

2.1 Etudes sur la définition de l’émotion humaine :
Depuis très longtemps, l’émotion humaine est la source de beaucoup de recherches
scientifiques sur le problème de sa définition et de sa composition. A l’origine,
l’émotion est une notion de l’esprit. Elle est donc bien analysée et bien étudiée par
les physiologistes et les psychologues [4]. Au cours du temps, plusieurs recherches
ont prouvé que les activités humaines sont beaucoup influencées par l’état
émotionnel. Cette évidence donne lieu à la naissance de l’intégration de l’aspect
d’émotion dans la recherche concernant les activités quotidiennes de l’humain, y
compris par exemple la communication, la négociation, l’apprentissage, les activités
commerciales, etc. D’ailleurs, diverses applications informatiques dans ces
domaines de psychologie, de neurologie, de biologie évolutionnaire, et voire en

économie visant en fait à améliorer la performance de l’interaction homme-machine
ne cesse à augmenter son importance. Il est naturel pour les informaticiens de
chercher les nouvelles approches qui leur permettent d’améliorer la performance de
leurs programmes. Quelques-uns parmi eux arrivent enfin au problème d’intégrer
l’aspect émotionnel dans son programme et ce dernier entraîne l’identification de ce
qu’est une émotion ? Comment pourrait-on la décomposer ? Cela est aussi le
problème que nous rencontrons dans ce stage. Nous avons décidé donc de consulter
les recherches sur la définition de l’émotion, notamment des travaux de quelques
psychologues (et aussi quelques physiologistes) car ce sont peut-être, de notre avis,
des analyses appuyant sur le principe et sur le mécanisme fonctionnel de l’émotion
(tandis que les autres s’intéressent plutôt à l’influence de l’émotion sur un aspect
particulier). Nous présentons ci-dessous une petite synthèse sur les travaux
physiologiques, psychologiques et aussi philosophiques qui nous intéressent dans le
cadre du sujet.
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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion
Par la recherche d’une définition pertinente de l’émotion, les scientifiques ont étudié
la relation de l’émotion avec différentes notions existantes. Il y a eu des philosophes
qui concevaient l’émotion dans la topologie de l’esprit, particulièrement dans sa
relation avec l’état du corps, ou avec la motivation et avec la croyance et des désirs.
Il y a eu des travaux qui affirmaient que les émotions ont une structure intentionnelle
ou objet intentionnel. Les émotions peuvent également se définir en étudiant la
relation avec la perception, la cognition, les actions quotidiennes et aussi les
connaissances du soi. Enfin, les émotions sont aussi analysées dans le rapport avec

la moralité et la rationalité.
Tandis que ces sont des travaux importants et ne cessent à développer, il est difficile,
voire impossible à avoir un accord entre les chercheurs pour une définition complète
de l’émotion.
La table ci-dessous (inspiré de [4]) présente une synthèse de quelques travaux
philosophiques et psychologiques qui ont proposé des définitions avec des
arguments intéressants :
Auteurs

Définition

Dans la

Remarque

relation avec
Descartes et

Ils défendent que les émotions se

Typologie de

Des émotions de base sont

d’autres

constituent des émotions de base et

l’esprit

en général la joie, la

psychologues

sont mesurées en fonction d’un

tristesse, la peur, la colère,

nombre restreint de dimensions finies

la surprise et le dégoût.

(par ex. niveau d’éveil, intensité,
plaisir ou aversion, intention en soi
ou aux autres, etc.)
Darwin

Ils mettent l’accent sur l’expression

Biologie

Les recherches concentrent

(1896), Paul

de l’émotion.

évolutionnair

seulement sur l’expression

e

des émotions de base (joie,

Ekman
(1972)

tristesse,

peur,

colère,

surprise, dégoût)

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Août 2008

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Errol

Il

fois

Contre

la

Bedfold

l’intentionnalité et l’importance de

théorie

qui

la facture contextuelle sur la nature,

dit que les

l’arousal

émotions

(1957)

-

Philosophe

a

souligné

et

à

la

l’expression

des

émotions.

se

composent
principaleme
nt

des

sentiments.
Magna

Introduction de la notion d’appraisal

Approches

Arnold

impliquant que l’émotion entraîne

psychologiqu

(1960)

l’évaluation.

e et de la
biologie
évolutionnair
e

Anthony

Il a défendu que l’émotion pourrait

Contre

la

Kenny

être vue comme l’état intentionnel.

théorie

qui

intention

Il proposait aussi la notion de l’objet

dit que les

Bedfold.

formel d’un état intentionnel.

émotions

(1963)

-

Philosophe

Cet auteur a la même
que

celle

de

se

composent
principaleme
nt

des

sentiments
Jerome Neu

Il défendait l’idée que l’émotion relie

Défendre les

(1977)

fortement à la croyance et au désir.

théories

des

cognitivistes.
Des

Ils considèrent que les émotions

cognitivistes

impliquent

(des

propositionnelles.

les

attitudes

Cognitions

Les émotions dans ces
théories cognitivistes sont
caractérisées

philosophes

principalement en terme de

qui

suivent

leurs cognitions associées.

les

théories

cognitivistes)
(1980

–

2001)

Mémoire de stage M2 – DANG Thi Hai Ha

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Robert

Emotions

Solomon
(1980)

-

Philosophe

sont

jugements

Suivre

les

caractérisés par son mode temporel et

théories

de

son

cognitivistes

contenu

des

d’évaluation ;

les

émotions sont aussi peut-être des
choix stratégiques dirigé par le but
de se protéger et d’améliorer le
respect de soi-même (inspiré depuis
la théorie de Sartre 1948).

William

Selon lui, l’émotion commence à

Lyon (1980)

partir

changement

d’un

Appuyer sur
la

relation

physiologique anormal provenant

entre

d’une évaluation.

l’émotion et
l’évaluation.

James

Les émotions sont émergées depuis

Averill

la

(1982),

sociale.

dynamique

de

l’interaction

Naomi

Dépendance

Inspiré depuis la théorie

de l’émotion

d’Errol

sur

concernant la dépendance

son

Bedfold

contexte

contextuelle de l’émotion.

Scheman

(1983),

Sue

Campbell
(1998)

-

Philosophes
James et Karl

Les émotions sont les sentiments

Les

Un problème avec cette

G.

causés par des changements des

sentiments

théorie est qu’elle ne peut

Lange

physiologiques

(1884

-

conditions

1900)

-

concernant les fonctions autonomes

rendu

et de moteur.

différences

Psychologue
s

pas donner un compteadéquat

sur

entre

les
des

émotions. Les distinctions
caractéristiques entre des
émotions spécifiques ne
sont pas physiologiques,
mais cognitifs ou autres
choses (par ex. dans le cas
de

distinction

entre

la

colère et la peur).

Mémoire de stage M2 – DANG Thi Hai Ha

Août 2008

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Ronald

de

L’auteur affirme que l’émotion n’est

La façon de

Sousa (1987)

pas réductible ni à la croyance, ni au

percevoir

désir ou ni à la combinaison des deux

monde.

le

mais elle représente une catégorie
logiquement
séparée

et

fonctionnellement
capacités.

des

Elle

participe essentiellement aux choix
stratégiques

de

la

délibération

rationnelle de l’humain.
Ortony et al.

Les émotions sont des réactions

Objet

(On revient à ce travail

(1988)

valencées

intentionnel

dans la section §3.1.1)

-

Psychologue

aux

événements,

aux

agents ou aux objets.

s
Patricia

Pour elle, l’émotion est un processus

Considérer

Ses travaux sont influencés

Greenspan

mental

des émotions

par la théorie de jeu et les

composant important du corps ;

comme

travaux des économistes.

elle a aussi une influence importante

processus

à la pensée et à l’action de

internes.

(1988
2000)

–

conscient

entraînant

un

des

l’individu, notamment pour former
des

stratégies

dans

l’interaction

sociale.

Richard

Il

souligne

que

l’appraisal

et

suffisant

est

Lazarus

nécessaire

(1991)

l’émotion. Il ajoute aussi la notion de

pour

Approche

Klaus

Scherer

et

ses

psychologiqu

collègues ont développé

e

les théories d’appraisal à

coping qui permet à l’individu de

un modèle plus sophistiqué

choisir des stratégies de faire face

qui

aux problèmes surgis.

émotions en terme de 18

caractérise

les

dimensions (ou plus).
(On revient à ce travail
dans la section §3.1.2)
Micheal

Des émotions ne sont pas seulement

Appuyer sur

Stocker

des épisodes mais elles incluent des

l’omniprésen

(1996)

états et des expériences qui donnent

ce

des

couleurs,

du

sens

et

de

de

l’émotion.

motivation différents aux actions de
l’individu.

Mémoire de stage M2 – DANG Thi Hai Ha

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Aaron

Ben-

Pour lui, les émotions sont plutôt des

Emotions

Ze’ev (2000)

concepts prototypes, et les modes

sont

émotionnels constituent un exercice

modes subtils

de toutes les facultés ensemble, en

de

particulier

en

au

l’actualisatio

changement,

au

la

n mentale.

perception,

réponse

niveau

des

de

des

processus

intellectuels et des sentiments.
Scherer
(2005)
Psychologue

-

En général, l’émotion pourrait être

L’émotion

Ces components peuvent

vue comme un genre de processus

sur le point

être

de

émoteurs ayant un certain

typiquement

impliquant

cinq

components différents, comprenant

vue

fonctionnel

vus

comme

des

nombre de fonctions de

le sentiment subjectif, la cognition,

base avec des algorithmes

l’expression

(motor

appropriés pour mener les

expression en anglais), la tendance

processus physiologiques,

d’action ou désirs, et les processus

expressifs, hormonaux et

neurologiques.

motivationnels.

physique

(On revient à ce travail
dans la section §3.1.3)

Généralement parler, les définitions proposées ci-dessus sont assez différentes. On
pourrait retrouver les notions souvent apparues comme le contexte, l’intention,
l’interaction sociale, les choix stratégiques, la croyance, le désir, la motivation,
les processus internes, les changements anormaux, l’expérience, ou l’action du
corps, etc. Chaque proposition a ses propres arguments. Chacune a sa propre raison.
Mais enfin, qu’est-ce qu’une émotion ? Pourrait-on avoir une définition satisfaisante
qui, soit englobe tous les notions abordées auparavant, soit contient seulement des
éléments essentiels ? La réponse à cette question n’est pas si simple. Nous allons
donc dans notre travail faire un compromis de ces travaux en concevant notre propre
définition de l’émotion qui nous permet de bien intégrer dans notre projet EmotiRob.

Pour plus de détail, veuillez voir la section 3 qui présente notre définition proposée.

Mémoire de stage M2 – DANG Thi Hai Ha

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

2.2 Etudes sur de récents modèles calculatoire des
émotions
En vis-à-vis des travaux de psychologie pour avoir une connaissance théorique des
émotions, nous avons étudié aussi les travaux informatiques pour avoir une vue plus
fonctionnelle et pour obtenir un modèle fonctionnel qui nous semble intéressant. En
fait nous avons regardé les modèles récents, depuis 1999.

2.2.1 FLAME – Fuzzy Logic Adaptive Model of Emotion
Le modèle FLAME [5] d’El-Nasr et al proposé en 1999 est un modèle informatique
des émotions basées sur l'évaluation d'événement. Il incorpore quelques composants
d’apprentissage pour augmenter l'adaptation pour la modélisation des émotions. Il
emploie également un composant de filtrage d'émotion, qui tient compte des états de
motivation, pour résoudre des émotions contradictoires. FLAME emploie des règles
de la logique floue pour faire un mapping de l'impact des événements sur des buts à
des intensités émotionnelles. L'agent de FLAME emploie une valeur prédéfinie de
récompense pour l'impact de l'action de l'utilisateur sur le but d'un agent.
En fait, le modèle FLAME contient trois composants : composant émotionnel,
composant d’apprentissage et composant de prise de décision.

Figure 1 - Architecture de FLAME

L’agent d’abord perçoit l’événement externe dans l’environnement. Ces perceptions
sont ensuite fournies au composant d’apprentissage et aussi au composant
émotionnel. Le composant émotionnel va traiter ces perceptions ; additionnellement,
elle utilise aussi quelques sorties du composant d’apprentissage, y comprise des
Mémoire de stage M2 – DANG Thi Hai Ha

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion
associations événement-but et des désirs, à produire un comportement émotionnel.
Ce comportement est ensuite retourné au composant de prise de décision pour
choisir une action. La décision est prise selon la situation, l’humeur de l’agent, l’état
émotionnel et le comportement émotionnel ; action choisie sera lancée auprès de
cette décision.

Figure 2 - Composant émotionnelle du modèle FLAME

Le composant émotionnel est présenté dans la figure ci-dessus. Dans cette figure, les
boîtes représentent des processus différents dans ce composant. L’information est
passée d’un processus à l’autre comme présenté dans la figure. Les perceptions sur
l’environnement sont d’abord évaluées. Le processus d’évaluation consiste de deux
étapes séquentielles. Premièrement, le modèle d’expériences détermine quels buts
seront affectés par l’événement et le degré d’impact que cet événement a sur ces
buts. Deuxièmement, les règles de mapping calculent un niveau de désirabilité de
l’événement par rapport à l’impact calculé dans la première étape et à l’importance

que ces buts impliquent.

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion
La mesure de désirabilité, une fois calculée, est passée au processus d’évaluation
pour déterminer le changement de l’état émotionnel de l’agent. Une émotion (ou un
mélange d’émotions) sera déclenchée utilisant la mesure de désirabilité. Ce mélange
est ensuite filtré pour produire un état émotionnel cohérent. Puis, l’état émotionnel
est passé au processus de sélection de comportement. Les critères de sélection sont
la situation actuelle, l’humeur de l’agent et l’état émotionnel. L’état émotionnel est
en fait abaissé éventuellement et ré-alimenté au système pour les prochaines
itérations.

2.2.2 ParleE – Adaptive Plan Based Event Appraisal Model of
Emotions
Proposé en 2002 par Bui et al., ParleE [6] est un modèle quantitatif, flexible et
adaptatif des émotions pour un agent conversationnel dans un environnement multiagent ayant la capacité de communication multimodale. ParleE évalue des
événements basés sur l’apprentissage et sur un algorithme probabiliste de
planification. ParleE modélise également la personnalité et les états de motivation et
leur rôle pour déterminer la manière dont un agent éprouve l'émotion.

Figure 3 - Architecture de ParleE

A l’entrée d’un événement, un Emotion Impulse Vector (EAV) est généré en

évaluant cet événement utilisant les règles proposées par le modèle d’Ortony et al.
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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion
basé sur le but, le plan et les standards de l’agent. Un EIV contient les valeurs de
l’impact de l’événement sur les émotions. L’EIV est puis utilisé pour mettre à jour
l’Emotion State Vector (ESV), qui contient des valeurs représentant l’intensité des
émotions.
Le Emotion Appraisal Component prend l’événement, la personnalité, le plan, et
les modèles des autres agents comme entrée pour produire l’ESV en sortie. Le
Planner produit un plan pour acquérir le but de l’agent. Il calcule aussi la
probabilité d’acquérir ce but. Cette probabilité est utilisée par l’Emotion Appraisal
Component pour calculer l’EIV. L’Emotion Component prend l’EIV et les états
motivationnels comme entrée et produit en sortie le vecteur d’émotions actualisées.
Cette composant coopère aussi avec l’Emotion Decay pour produire les émotions
abaissées. L’Emotion Decay calcule comment une émotion est abaissée. Ce
composant prend en compte aussi l’influence de la personnalité sur le changement
de l’émotion. D’ailleurs, le Model of other agents est utilisé pour générer les
émotions Desire-other (le désir vers la fortune des autres agents).
La personnalité utilisée dans ce modèle est le modèle de personnalité de Rousseau
[7] classifié selon les différents processus qu'un agent peut effectuer : perception,
raisonnement, apprentissage, décision, action, interaction, indication, et sensation tout en relevant de l’émotion. Cependant, le modèle manque des spécifications de
l'influence exacte des émotions sur le processus de planification. D'ailleurs, le
composant les modèles des autres agents semble rendre le modèle pas aussi flexible
que les auteurs ont supposé.

2.2.3 Kismet - robot avec les émotions artificielles
Ce modèle tend à établir une interaction entre un robot, Kismet [8], et un humain
inspirant la relation entre les parents et leur enfant dans les premières
communications. Cynthia Breazeal qui a proposé ce modèle d’émotions en 2002 a
situé son approche dans l'architecture basée-agent : les différents composants du
système fonctionnent en parallèle et s'influencent mutuellement.

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Etude sur la définition et la modélisation de l’émotion

Figure 4 - Architecture du modèle d'émotions de Kismet

Ce modèle a été expérimenté avec 5 émotions de base (colère, dégoût, peur, tristesse,
joie) et trois celles additionnelles (surprise, intérêt, et excitation). Puisque ce modèle
a inspiré la relation entre les parents et les enfants, la personnalité n'a pas été
modélisée.

2.2.4 Greta – La dynamique de l’état affective dans un agent
conversationnel animé
En visant à établir une interface de humain-ordinateur, basée sur un agent
conversationnel animé, C. Pelachaud et I. Poggi ont proposé en 2003 le modèle
Greta [9]. Leur modèle d’agent inclut deux composants étroitement en corrélation :
•

une représentation de l’esprit d'agents avec un mécanisme dynamique pour
la mise à jour : ceci inclut des composants à long et à court terme
(personnalité et émotions), la manière qu'ils sont déclenchés et ils se
délabrent avec le temps, la manière dont l'agent décide de se cacher ou de les
manifester, la manière de sélectionner les ‘médias’ du corps pour les
manifester (regard fixe, voix, visage). Les réseaux dynamiques de croyance
avec des buts pondérés sont le formalisme utilisé à ce but ;

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