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Khorwa
Mikhail Malt
Institut de Recherche e Coordination Acoustique / Musique - IRCAM
Paris/France
Resumo
Khorwa é uma instalação "sonora" tempo real baseado na criação de uma sociedade de seres "musicais" utilizando um modelo de vida artificial. Nesta instalação, o único aspecto visual é a projeção do programa gráfico, utilizado para construir o ambiente artificial. O espaço visual é restrito ao estrito mínimo para polarizar a percepção do visitante para o espaço sonoro quadrifônico. Todo "ser musical" representado por um "retângulo" na tela projetada, representa um "indivíduo", possuindo: um nome, um tempo de vida máximo, um tempo de repetição de sua tarefa, um nível de percepção (raio de escuta), um sexo, um potencial de reprodução, um papel (ação musical) e um comportamento em relação aos seus congêneres. Todo indivíduo possui um ciclo de vida, com um nascimento, um período de reprodução e morte. Durante sua existência, sua tarefa principal consiste na repetição, com intervalos irregulares, de uma ação musical especifica (Em Khorwa existem quatorze categorias, indo da execução de amostras até a síntese sonora). A intensidade da ação depende da idade.
Esta ação é herdada geneticamente, porém, durante a sua vida, todo indivíduo transforma pouco a pouco os parâmetros de sua ação, fazendo assim evoluir o seu ambiente. Por causa disto, na hora da reprodução, ele passará para sua prole um material cromossômico evoluído. Uma genealogia é então criada. Musicalmente, a evolução da distribuição dos vários grupos de indivíduos contribui para a geração de uma textura sonora dinâmica, enquanto os fenômenos de mutação e de reprodução se refletem, de um ponto de vista sonoro, por conceitos de memória e de variação do material musical.
A música assim gerada, não tem nem começo nem fim, ela quer ser um fluxo ininterrupto, com coerências locais (sincronias temporais e harmônicas), evoluindo segundo as mutações e reproduções dos "seres musicais." Esta evolução não é linear, porque, de vez em quando, ela é perturbada por eventos "catastróficos" (de acordo com René Thom) de maneira a manter o interesse do ouvinte.
Khorwa possui sua própria cosmogonia e seu próprio tempo. Um dia de cem horas, um mês de dez dias e um ano de dez meses com cinco estações. Por conseqüência, a atividade dos "seres musicais" depende da hora do dia, sendo mais ativo no meio do dia e acalmando-se durante a noite.
"Khorwa" é uma palavra Tibetana que possui as seguintes significações:
Girar em volta, girar em círculo, o mundo, a existência cíclica, o círculo das transmigrações nas seis classes de seres.
 
Introduction
Nous exposerons, brièvement, dans cet article l'implémentation d'un modèle d'agents autonomes dans l'environnement MAX/MSP. Cette implémentation s'est fait dans le cadre du développement d'une installation temps réel, le projet « Khorwa».
Le projet artistique
Khorwa est une installation « sonore » temps réel basée sur la création d'une société d'êtres « musicaux » en utilisant un modèle de vie artificielle, les « agents autonomes ». Cette installation a été crée à l'Ircam Paris/France pendant l'événement « Résonances 2003 ».
Ce projet se veut aussi une refléxion humaine/numérique sur le concept de vie. Proposant, en temps réel et sans intervention humaine, l'évolution musicale d'un matériau musical préalable de la même manière qu'on cultive des microorganismes dans une « boîte de Petri ». Chaque être musical naîtra, vivra, interagira avec son environnement, sera influencé par lui, aura un nom (une généalogie se construira), se reproduira et mourra. La surface musicale générée, devra avoir comme but la formalisation de certains aspects de notre écriture musicale. Cette écriture se fonde sur l'utilisation de petits gestes musicaux qui évoluent dans le temps [Malt 1996].
Ce projet s'articule principalement au tour de trois questions :
1) Peut-on imaginer une musique qui évolue comme un être vivant ?
2) Quelles sont les rapports possibles entre modèles formels et musique ?
3) Comment simuler en « temps réel » une écriture musicale?
Dans Khorwa, une « population » d'êtres musicaux, représentés par des « rectangles » sur un écran projeté, est créée.
Chaque rectangle représente un « individu », possédant : un nom, un temps de vie maximal (hérité génétiquement), cycle de répétition de sa tâche (temps), un niveau de perception (rayon d'écoute), un sexe, un potentiel de reproduction, un rôle (action musicale, tâche) et un comportement vis-à-vis de ses congénères. La position de chaque individu sur l'écran conditionne sa diffusion dans l'espace quadriphonique.
Cette «population»a une évolution, avec des mutations et des évolutions de son « patrimoine génétique musical ».
Pendant son existence, chaque agent accomplie sa tâche en appliquant des mutations. Au moment de la reproduction, il passera à sa progéniture un matériel chromosomique évolué.
Le temps dans Khorwa se constitue de journées de 100 heures, des mois de 10 jours et d'années de 10 mois.
L'activité des êtres musicaux dépend de l'heure de la journée, ils sont plus actifs en milieux de journée et se calment pendant la nuit.
Dans cette installation, l'unique aspect visuel est la projection du programme graphique utilisé pour construire l'environnement artificiel. L'espace visuel est rescrit au strict minimum pour polariser la perception du visiteur vers l'espace sonore quadriphonique.
Sur l'image de gauche une vue de front, et à droite une vue du haut de la salle avec la projection (triangle jaune) et la disposition des haut-parleurs (triangles orange).
Quant au nom de l'installation :
« Khorwa » est un mot tibétain qui possède les significations suivantes :
Tourner au tour, tourner en rond, le monde, l'existence cyclique, la ronde des transmigrations dans les six classes d'êtres.
(Tibetan-English Dictionary by Chandra Das, Delhi, 2000, page 190)
La Formalisation
Un des problèmes qui se posent lors de l'utilisation de l'ordinateur dans un processus de création concerne la différence existante entre le langage dont l'homme se sert pour s'exprimer [LEVY 1987], qui est le langage naturel, oral et écrit, imprégné souvent d'analogies, de métaphores et d'ambiguïtés, et les langages formels qui régissent le comportement des ordinateurs. L'ordinateur appartient à un monde purement syntaxique régi par des règles strictes de transformation et de calcul. Cet univers, très particulier, ne tolère pas l'ambiguïté. Tout message envoyé à un système quelconque doit être conforme à un code pré-établi. Les instructions doivent êtres formellement explicités sans ambiguïté, car la machine ne sait pas interpréter d'ordre en fonction de situations particulières ou de contextes généraux (sauf, bien sûr si cela a été prévu dans sa programmation!). De ce fait, le compositeur qui voudra utiliser l'informatique dans son travail est invité, de plus en plus, à expliciter et à formaliser sa pensée. Ce qui était jusqu'il y a quelque temps un choix esthétique, ou personnel (soit la formalisation) est désormais, pour le compositeur qui désire d'utiliser l'outil informatique, un besoin et même un impératif. Pour beaucoup de compositeurs, la formalisation pouvait n'être qu'un choix, mais avec l'EAO, elle en est devenue une nécessité, un outil, un besoin impératif pour communiquer avec la machine.
La grande nouveauté dans l'utilisation de l'ordinateur en musique, dans la deuxième moitié du XXe siècle, n'a pas consisté dans la formalisation de la théorie, mais dans la formalisation de la pratique, du métier, du royaume traditionnel de l'expérience personnelle, de l'intransmissible. Le compositeur qui voudra profiter des nouvelles possibilités qui nous sont offertes par l'informatique devra aller au-delà du savoir-faire et arriver à expliciter le savoir-comment-faire. Il devra développer un nouveau solfège: « un solfège de modèles » [Malt 2000].
Qu'entendons-nous par Solfège de modèles? Nous ne parlons pas d'un solfège au sens d'un catalogue de modèles statiques, d'un solfège issu d'une typologie figée. Nous parlons plutôt du développement d'un savoir, de capacités intellectuelles et cognitives de la part du compositeur qui lui permettraient de contrôler et maîtriser soit le résultat musical issu d'un modèle génératif quelconque, soit le lien entre des représentations graphiques et/ou textuelles de certains logiciels musicaux, avec un résultat musical.
Le modèle se trouve être plus que médiateur entre diverses instances du réel, que support matériel d'une musique pensée et l'explicitation d'une pratique. Le modèle sera aussi un outil permettant à rendre apte au traitement informatique une partie de sa pensée artistique.
Dans notre cas précis, nous voulions trouver un modèle qui puisse être plus qu'une simple simulation des choix possibles d'un compositeur, qui puisse être un modèle de contrôle du matériau musical, en nous rapprochant le plus possible d'un modèle génératif simulant une écriture musicale.
L'utilisation d'un modèle basé sur des agents autonomes nous semblait être une solution intéressante, puisqu'il proposait une solution fondée sur l'évolution de petites entités musicales, qui interagissent entre elles de manière à dégager une structure complexe.
L'unique modèle d'agent disponible pour une application musicale au niveau de l'écriture musicale et en temps réel, était « boids » de Craig Reynolds, « implémenté » dans MAX par E. Singer. Cependant, comme le modèle avait une orientation graphique explicite, il ne permettait pas son extension à d'autres utilisations, ce qui nous a amené à développer la présente application.
La formalisation de mon propre langage musicale
Dans le cas précis de « Khorwa », les agents autonomes ont servi à modéliser ma propre écriture. Cette écriture se fonde basiquement sur l'utilisation de « flux » d'évènements et de l'utilisation de gestes, ou de morphologies sonores. Ici les gestes se réfèrent à des « catégories » de gestes.
Les extraits suivants peuvent donner une idée de comment mon langage est constitué :
Les gestes (formes) de base
Pour arriver à modéliser une surface musicale il est nécessaire que chaque geste soit reconnaissable au niveau perceptif, et différencié facilement des autres. En fonction de ces contraintes, chaque geste a été construit de façon à posséder certaines caractéristiques propres:
a) Une morphologie de hauteurs (fixe ou variable),
b) Une articulation,
c) Une dynamique d'intensités et de hauteurs,
d) Une structure temporelle locale propre et
e) Une texture propre qui peut être considéré comme une « structure émergentes » résultat de l'assemblage des paramètres, antérieurs.
De cette première réflexion, résultèrent 14 gestes, ou organismes de base :
1) Nuage aléatoire (le fou)
2) Le point
3) Bruit filtré I (avec RW)
4) Profil évolutif I (bactérie)
5) Note répétée (diplocoque)
6) Séquence de notes répétées
7) Profil II
8) Lecture d'échantillons modulée (RM)
9) John (FM)
10) Grains aléatoires + profil dynamique
11) Echantillons à vitesse variable
12) Pafs (le chanteur)
13) Bruit filtré II
14) Résonateurs aléatoires
Ces gestes n'étaient pas des entités statiques, mais chacun correspondait à une classe d'équivalence évoluant continuellement pendant le déroulement de la pièce.
En établissant cette première conceptualisation nous pouvions déduire l'existence de deux couches temporelles superposées (figure 3):
a) Un temps local défini par les caractéristiques structurelles de chaque organisme, telles que les durées, densité d'événements, et dynamique interne de ses composantes, et
b) Un temps global qui gérait l'évolution des ces mêmes organismes.
La dialectique entre un temps global et un temps local
Il n'existait pas de contraintes particulières associant ces deux couches temporelles, vu que leurs fonctions étaient nettement différentes. Tandis que la couche T2 est responsable par la morphologie des gestes, la couche T1 est responsable par l'évolution globale de la pièce et par conséquent de sa forme.
La question des « catégories » de gestes
Comme nous l'avons remarqué dans les paragraphes précédents, chacun des états (chaque geste, ou chaque morphologie) est en effet une classe d'équivalence.
La définition d'un ensemble de base se fonde sur une ou plusieurs évolutions paramètriques. Pour chaque geste une classe d'équivalence a été créée. La définition d'une classe d'équivalence, évite la répétition, introduit la notion de mémoire et favorise une perception d'évolution de chaque forme.
Les gestes n'étaient certes pas pris dans un ordre linéaire de leur position dans chaque classe, mais dans un ordre imposé par l'évolution de l'environnement.
Ce type de procédure a été utilisé dans toute la pièce pour créer un processus d'évolution en transformation continue, soit pour contrôler l'évolution des index des gestes, soit pour contrôler l'évolution de chaque geste .
Formalisation musicale
En ce qui concernait la formalisation des concepts que nous avons exposés, nous avions trois hypothèses de base qui guidaient notre travail :
a) Tout processus musical peut être analysé comme étant la concaténation et la superposition de l'évolution de plusieurs « flux » indépendants, chacun ayant une évolution propre,
b) Il est possible de représenter ce type d'évolution par un modèle de système dynamique complexe, et
c) Les « agents autonomes » peuvent être un choix convenable pour la modélisation de flux.
Les agents autonomes
Depuis l'apparition de ce concept, au milieu des années soixante-dix dans le champ de l'intelligence artificielle distribuée, la dénomination d'« agent » est utilisée pour désigner soit des entités informatiques logicielles soit des entités informatiques matérielles (comme les robots). De ce fait il n'existe pas, de nos jours, un consensus général sur la définition « d'agent ».
Pour les besoins de notre travail, nous avons utilisé la définition donnée par M. Wooldridge:
« Un agent est un système informatique, situé dans un environnement et qui est capable d'actions autonomes dans cet environnement de manière à atteindre ses objectifs de conception » [Weiss 2000, 29].
Nous ajouterons que « autonomie » signifie que l'agent doit être capable d'agir, réagir et interagir dans son environnement sans l'intervention d'autres systèmes (humains ou informatiques). Ceci nous amène au fait qu'un agent est une entité possédant : un état interne (dynamique) et des règles de comportement.
Pourquoi des « agents » ?
L'intérêt dont peut avoir l'utilisation d'un modèle d'agents dans le contrôle d'évènements musicaux vient du fait qu'il fait partie des « modèles orientés individus » [Reynolds 2001]. Ces modèles sont des simulations basées sur les conséquences globales d'interactions locales entre les membres d'une population. L'action de contrôle se fait au niveau de l'individu, c'est-à-dire des règles qui commandent son comportement. Ceci revêt une importance majeure si on confronte ce type de modèle aux modèles statistiques. Bien que ces deux types de modèles aient comme vocation la génération d'informations de contrôle pour des situations globales, dans les modèles statistiques, le contrôle se fait sur des caractéristiques moyennes de la population, tandis que pour les « modèles orientés individus », le contrôle se fait plutôt au niveau des règles de comportement de l'individu.
Parmi les « modèles orientés individus », il existe aussi le modèle d'automate cellulaire, qui a été utilisé par plusieurs compositeurs [Miranda 1994]. Cependant, ce modèle n'étant pas capable de représenter des données complexes (ou multidimensionnelles), ni de représenter une « diversité » d'individus, puisque toutes les « cellules » sont semblables, n'était pas adapté à nos besoins. En revanche, le modèle d' « agent » permet une gestion d'espaces « n » dimensionnels et la représentation d'une grande diversité d'individus. De ce point de vue, ce modèle laissait entrevoir la possibilité de simuler d'une manière satisfaisante l'évolution d' « entités » musicales avec l'ensemble des paramètres nécessaires à leur représentation.
Un outil formel est toujours neutre du point de vue de la sémantique musicale et du rapport à un espace musicale donné ; c'est au compositeur de définir le cadre esthétique et d'établir le rapport entre les paramètres générés et l'espace de composition.
L'implémentation
L'implémentation de ce modèle s'est faite dans l'environnement MAX/MSP. L'environnement des agents est une fenêtre MAX, et chaque agent est un « patcher» chargé dynamiquement.
A sa naissance, chaque « individu » possède un «patrimoine génétique» qui se constitue de neuf chromosomes, ainsi distribués:
Ch1) Le nom de l'être musical
Un nom, pour permettre entre autres son identification et de nommer les diverses variables pour l'envoi et la réception de messages « personnels ».
Ch2) Les positions « x » et « y » (localisation spatiale) et
un rayon d'écoute (rayon d'interaction et de perception)
Une position spatiale fixe, pour permettre de fixer des repères virtuels et d'orienter la diffusion de chaque individu.
Un rayon d'écoute, pour restreindre l'appareil « cognitif » de chaque agent.
Ch3) Temps de vie maximale
Cycle de répétition de sa « tâche »
Un âge maximal de vie, génétiquement déterminé ; au fur et à mesure qu'un agent vieilli, la probabilité de mort augmente.
Ch4) Sexe
Potentiel de reproduction
Actuelement deux états sexuels sont possibles. La possibilité de se reproduire. Le deuxième tiers de la vie maximale prévue, est la « période fertile », à ce moment chaque agent peux se reproduire en transmettant une partie de son nom, son âge maximal, son rôle et son comportement.
Ch5) Rôle (action musicale)
Comportement
Un rôle, (un geste musical). Actuellement, il existe 10 rôles , chaque rôle étant associé à un geste musical (l'événement simple, la répétition, une « proto-mélodie », éléments de synthèse, échantillons, etc.).
Un mode de comportement. Chaque agent est capable de connaître les agents qui sont à l'intérieur de son rayon d' « écoute », et de modifier certaines caractéristiques de son comportement et de son rôle en fonction de ses voisins. Par exemple, dans un mode de comportement « sociable », chaque agent tend à faire évoluer son geste musical vers la moyenne des « notes pivot » de ses voisins. Par contre, un mode de comportement « anti-social » fera évoluer l'agent à l'opposé de ses congénères.
Ch6) Premier groupe de paramètres du « rôle »,
divisé en trois gènes : 6a, 6b et 6c.
Ch7) Deuxième groupe de paramètres du « rôle »,
divisé en trois gènes : 7a, 7b et 7c.
Ch8) Premier profil gestuel :
Ch9) Groupe de profils gestuels (courbes d'évolution de paramètres)
Chaque agent a un temps de vie et son action dans l'environnement est toujours transitoire. Chaque agent peut aussi se reproduire de manière à transférer une partie de son patrimoine génétique (son nom, son rôle, son matériau, son comportement et sa position spatiale) à sa progéniture. Le résultat final de l'interaction entre les divers agents est la construction d'une « surface musicale ».
Les « individus » sont générés de deux manières. La première est appelée « God_generated » et la deuxième est une reproduction asexuée, « Self_generated ». Le mode « God_generated » permet d'initialiser le système, de contrôler le nombre d'agents (évitant la disparition de la « société » créée, ou une surpopulation), et également d'introduire de nouveaux éléments (gènes) en favorisant la variété. Le mode « Self_generated ». permet la reproduction des agents de manière à perpétuer des noms, des rôles, des modes de comportement et des matériaux génétiques divers (MIDI et audio).
Ces deux modes de génération se fondent, d'un point de vue technique, sur la possibilité de l'environnement MAX de « charger » dynamiquement des « patchers », à partir du message « newex ». Ce message prend comme paramètres la « commande » « newex », les positions relatives en pixels du patcher, des paramètres relatifs à la taille du patcher (largeur et taille de police), le nom du patcher et la liste de chromosomes que nous voulons associer à l'agent (chromosomes de 2 à 9).
Deux vidéos
Nous présentons en suite deux extraits vidéos de la présentation à «Résonances 2003» - Ircam/Centre Georges Pompidou, Paris France
Conclusions
D'après les expériences que nous avons menées, nous pouvons constater que le modèle d'agent autonome offre des avantages autres que le moyen de contrôle. C'est un modèle qui possède une mémoire. Il permet de faire évoluer un matériau musical par le biais de la transmission génétique lors de la reproduction, associant ainsi les idées de variation et d'interpolation (au sens musical). Il incorpore aussi la notion « d'organicité » du matériau musical. Le fait que chaque agent puisse « communiquer » avec d'autres agents permet que le matériau généré par une entité soit toujours corrélé avec les matériaux générés par des entités voisines. Évidemment, cette corrélation dépend en grande mesure des règles de comportement qui ont été imposés aux agents.
Comme l'action de chaque agent est toujours dépendante d'autres agents, la notion d'émergence a été fondamentale dans ces expériences. Cette notion s'exprime comme l'apparition d'un sens nouveau lors de l'agrégation d'éléments au sein d'un contexte. Ce sens nouveau qui était explicitement absent des éléments individuels est le résultat de l'interaction entre ces éléments. La dispersion spatiale des agents induisant aussi l'émergence de plusieurs plans musicaux, caractérisés par des groupes familiaux caractéristiques.
À partir de ces expériences, il est possible d'émettre l'hypothèse qu'une « surface musicale », pourra être vue comme un système auquel correspondra une dynamique instable, mue par une multiplicité de forces en interaction. La composition sera vue comme un processus en permanent mouvement, une recherche permanente de « sens » entre les divers niveaux de l'espace musical considéré, avec des moments de stabilisation, des moments de déstabilisation et principalement des phénomènes d'émergence.
Composer c'est créer/tisser/donner du sens à du matériau « appelé » musical. Le compositeur a besoin dans son processus de créer, ou donner du sens au « matériau». Il a besoin qu'un sens se dégage de la relation entre les multiples dimensions qu'il manipule, en allant des entités conceptuelles aux entités matérielles et acoustiques. Les divers sens crées sont des étapes desquelles il a besoin pour arriver à l'oeuvre finale. De ce point de vue, nous pouvons inférer que le modèle est aussi un support, un assistant de la pensée pour la génération de sens lors d'un processus de composition.
La musique produite, ce que nous pourrions appeler « la surface musicale écoutée », n'est qu'un aspect du processus de composition. Bien entendu, il est dans la majorité des cas l'objectif final. Néanmoins, ce résultat, d'un point de vue global et du processus qui l'a créé n'est que la pointe de l'iceberg.
Le développent de ce travail se poursuit actuellement avec la recherche de représentations possibles pour les règles de comportement, la représentation et le codage de divers matériaux musicaux (MIDI et audio) pour étudier les possibilités de transmissions génétiques et la recherche des liens entre les structures de contrôles générées et le sens musical produit.
Références
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2.) C. C. Langton, Artificial Life, an overview , Cristopher C. Langton editor, MIT Press, 1996.
3.) P. Levy, La Machine Univers , Editions la Découverte, Paris, France, 1987.
4.) M. Malt, Lambda 3.99 (Chaos et Composition Musicale) , in Troisièmes Journées d'Informatique Musicale JIM 96 , Ile de Tatihou, Normandie, France, 1996.
5.) M. Malt , Les mathématiques et la composition assistée par ordinateur, concepts outils et modèles, thèse de doctorat de Musique et musicologie du XXème siècle, Ecole des hautes Etudes en Sciences Sociales, directeur de thèse Marc Battier, Paris, 2000.
6.) B. Marcus, - Symbolic Dynamics and Coding Applications, Plenary Lecture , IBM Almaden Research Center, 1995, marcus@almaden.ibm.com
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8.) E. R. Miranda (Ed.), Readings in Music and Artificial Intelligence , Contemporary Music Series Vol. 20, Harwood Academic Publishers, Amsterdam, 2000.
9.) C. W. Reynolds, Flocks, Herds, and Schools: A Distributed Behavioral Model in Computer Graphics 21(4) SIGGRAPH 87 Conference Proceedings, pp. 25-34, 1987. http://www.red.com/cwr/boids.html
10.) C. W. Reynolds, Steering Behaviors For Autonomous Characters in Con-ference Proceedings of the 1999 Game Developers Conference , pp 763-782, 1999. http://www.red.com/cwr/steer/
11.) C. W. Reynolds, Individual-Based Models, an annotated list of links , 2001. http://www.red3d.com/cwr/ibm.html.
12.) G. Weiss, Multiagent Systems, a modern approach to distributed artificial inteligence , Gerhard Weiss Ed, MIT Press, 2000.
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Actrinou (piano solo 1992) (maquette)