Favoriser les transitions d'interaction dans un Jumeau Numérique // Supporting transitions for interacting in Digital Twins

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 données‑référent, 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.
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Context
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.

Thesis Objectives
The objective of this PhD is to investigate how transitions between the physical referent (PR) and the digital replica (DR) of a Digital Twin can be supported to enhance interaction with Digital Twins (DTs).
This work will concentrate on the design and evaluation of interaction techniques that:
1. Facilitate and assist the migration of data layouts between the physical referent (PR) and digital replica (DR) of a Digital Twin;
2. Enable access to and utilization of the workspace—defined during interaction with the DR (e.g., window arrangements, data-referent links, input modalities)—in the proximity of the PR, and vice versa;
3. Address and leverage visual occlusions caused by physical objects or digital clutter to improve user experience and data accessibility.
The contributions of this research will be extensively evaluated through experimental studies applied to a range of use cases. Collaborating partners are actively engaged in several Digital Twin projects, including supervising a production hall, controlling an energy management system of a building or a plant and monitoring geological evolutions.
These partners also have extensive experience with physical models representing districts or buildings and with the use of 'Fischertechnik' devices. Such devices offer a promising platform for developing robust and compelling prototypes, thereby supporting the practical validation of proposed interaction techniques.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Programmes ministériels spécifiques

Université de Toulouse

475 EDMITT - Ecole Doctorale Mathématiques, Informatique et Télécommunications de Toulouse

Compétences requises Master en IHM (HCI), VR, informatique ou autres domaines pertinents Expérience avec les technologies AR / VR (logiciels, matériels) Expérience en conception et prototypage en IHM Connaissances en graphismes 3D Compétences en programmation : C#, Unity Compétences de communication écrite et orale en anglais et en français Capacités d'analyse et de résolution de problèmes Compétences souhaitées Expérience avec des moteurs de jeu (Unity, Unreal Engine) ou des frameworks 3D Connaissance des méthodes de conception et d'évaluation de l'expérience utilisateur Expérience préalable en recherche en IHM ou VR/AR/XR ou domaines connexes
Required - Master's degree in HCI, VR, Computer Science or other relevant fields - Experience with AR / VR technologies (software, hardware) - Experience in HCI design and prototyping - Knowledge in 3D graphics, - Programming skills: c#, Unity - Written and oral communication skills in English and French - Analytical and problem-solving abilities Preferred - Experience with game engines (Unity, Unreal Engine) or 3D frameworks - Knowledge of user experience design and evaluation methods - Previous research experience in HCI or VR/AR/XR or related fields