Thèse Favoriser les Transitions d'Interaction dans un Jumeau Numérique H/F

Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : EDMITT - Ecole Doctorale Mathématiques, Informatique et Télécommunications de Toulouse
Laboratoire de recherche : IRIT : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse
Direction de la thèse : Emmanuel DUBOIS ORCID 0000000204791036
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-07-12T23:59:59

Contexte
Les jumeaux numériques sont des représentations virtuelles de produits, systèmes ou processus réels, permettant la simulation, l'intégration, les tests, la surveillance, la formation et la maintenance. Ils jouent un rôle essentiel dans l'optimisation de systèmes complexes dans de nombreux domaines, tels que la fabrication industrielle, l'énergie, la surveillance environnementale ou encore la santé.
Interagir avec un jumeau numérique (DT) d'une structure - par exemple un bâtiment - implique généralement quatre entités :

l'utilisateur ;
un large ensemble de données hétérogènes ;
un référent physique , qui peut être la structure réelle ou un modèle physique ;
une réplique numérique, comme une carte 2D ou un modèle 3D.

La visualisation située a montré qu'elle améliore la compréhension et l'analyse des données. Dans le contexte des DT, l'interaction avec une visualisation située peut se produire à proximité du référent physique ou de la représentation numérique. Cependant, gérer simultanément plusieurs espaces de travail peut s'avérer lourd et cognitivement exigeant, ce qui peut nuire à l'efficacité de l'utilisateur.

Objectifs de la thèse
L'objectif de ce doctorat est d'étudier comment les transitions entre le référent physique (PR) et la réplique numérique (DR) d'un jumeau numérique peuvent être facilitées afin d'améliorer l'interaction avec les jumeaux numériques (DTs).
Ce travail portera sur la conception et l'évaluation de techniques d'interaction visant à :

-Faciliter et assister la migration de la disposition des données entre le référent physique et la réplique numérique d'un jumeau numérique ;
-Permettre l'accès et l'utilisation de l'espace de travail - défini lors de l'interaction avec la réplique numérique (par exemple, agencement des fenêtres, liens donnéesréférent, modalités d'entrée) - à proximité du référent physique, et inversement ;
-Gérer et exploiter les occlusions visuelles causées par des objets physiques ou un encombrement numérique afin d'améliorer l'expérience utilisateur et l'accessibilité aux données.

Les contributions de cette recherche seront largement évaluées au travers d'études expérimentales appliquées à divers cas d'usage. Les partenaires du projet sont impliqués dans plusieurs projets de jumeaux numériques, notamment la supervision d'un hall de production, le contrôle d'un système de gestion énergétique d'un bâtiment ou d'une installation, et la surveillance d'évolutions géologiques.
Ces partenaires disposent également d'une solide expérience dans l'utilisation de modèles physiques représentant des quartiers ou des bâtiments, ainsi que dans l'usage de dispositifs « Fischertechnik ». Ces dispositifs constituent une plateforme prometteuse pour développer des prototypes robustes et convaincants, soutenant ainsi la validation pratique des techniques d'interaction proposées.

Digital twins are virtual representations of real-world products, systems, or processes, enabling simulation, integration, testing, monitoring, training and maintenance. They play a pivotal role in optimizing complex systems across a wide range of domains, from industrial manufacturing and energy to environmental monitoring and healthcare.
Interacting with a Digital Twin (DT) of a structure-such as a building-typically involves four entities: the user; a large, heterogeneous set of data; a physical referent (PR), which may refer to the actual structure or a physical model; and a digital replica (DR), such as a two-dimensional map or a three-dimensional model.
Situated visualization has been shown to enhance the understanding and analysis of data. Within the context of DTs, interaction with situated visualization may occur in close proximity to either the physical or digital representation of the structure. However, managing multiple workspaces concurrently can be cumbersome and cognitively demanding, potentially negatively impacting user efficiency.

Design, implement and evaluate interaction techniques

1) a litterature review of interaction techniques used in the context of digital twin,
2) collecting feedback and requirements from a situation involving a digital twin (energy monitoring on the campus, and/or archeological evolutions studies)
3) design of interaction techniques addressing specific challenges raised
4) implementation
5) user studies
6) Transfer of the solution to the considered use-cases