Thèse Sketchphyz Sketch-Based Inverse Design Of Physical Systems H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : MSTII - Mathématiques, Sciences et technologies de l'information, Informatique Laboratoire de recherche : Laboratoire Jean Kuntzmann Direction de la thèse : Stefanie HAHMANN ORCID 0000000186237225 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-22T23:59:59 Contexte
La synthèse de formes est essentielle pour l'informatique graphique, la robotique et la fabrication numérique, telle que l'impression 3D. Bien que les technologies modernes permettent aux concepteurs de fabriquer des géométries complexes et hautement personnalisées, la conception d'objets réellement fonctionnels reste difficile. Les concepteurs doivent équilibrer des exigences contradictoires telles que l'esthétique, l'ergonomie et la physique des structures. Naviguer parmi ces contraintes nécessite traditionnellement un cycle itératif de niveau expert combinant modélisation géométrique, simulation numérique et prototypage physique.
Le croquis constitue un support intuitif et accessible pour l'expression spatiale. Alors que les logiciels de modélisation conventionnels sont contraints par l'absence d'une troisième dimension, les interfaces basées sur le croquis exploitent les compétences familières en dessin pour construire des formes dans l'espace 3D. Le croquis 3D immersif au sein d'environnements de Réalité Virtuelle (RV) offre un contrôle spatial direct. Cependant, les systèmes de croquis actuels manquent de précision et de réalité physique. Ils se limitent à des géométries rudimentaires et statiques qui ne prennent pas en compte la physique du monde réel, ce qui empêche un raffinement rapide et fonctionnel de la conception.

Objectifs
Ce projet de thèse vise à développer des outils de conception numérique accessibles, centrés sur l'utilisateur et tenant compte des lois physiques, qui établissent une relation ludique et symbiotique entre les utilisateurs et les ordinateurs, en contournant les étapes d'ingénierie traditionnelles et fastidieuses afin de permettre la création directe d'objets physiquement valides à partir d'esquisses en 2D. La stratégie principale est double : premièrement, intégrer la simulation numérique dès les premières étapes fluides de la conception, où l'intention de l'utilisateur est encore floue, en utilisant des données d'esquisse imprécises et partielles comme entrée directe ; deuxièmement, adapter dynamiquement l'interface à l'expertise de l'utilisateur grâce à différents degrés d'automatisation et de retour d'information.
Pour y parvenir, le projet développera d'abord un pipeline de reconstruction 3D robuste piloté par des algorithmes de modélisation inverse. En transposant directement les traits 2D dans un espace d'optimisation 3D, le système conciliera l'intention artistique avec les lois de la physique. Cette optimisation dans l'espace 3D permet à l'algorithme de contourner les ambiguïtés géométriques et les interprétations erronées de la profondeur qui conduisent généralement les méthodes traditionnelles de projection 2D vers 3D dans des impasses ou des minima locaux. Ce moteur sous-jacent sera ensuite transposé dans une interface utilisateur interactive, offrant une modélisation locale garantie par la physique, ou réparant automatiquement les traits pour qu'ils correspondent à une forme 3D valide. Afin d'exploiter pleinement ce moteur, les outils développés seront déployés sur des interfaces standard et étendus à des environnements de réalité virtuelle (RV) immersifs, permettant une manipulation spatiale 3D intuitive en temps réel. En fin de compte, la nouveauté de ce travail de doctorat réside dans l'utilisation de données non conventionnelles et ambiguës, telles que des croquis, comme interface pour une modélisation inverse complexe fondée sur la physique. Cela permet de créer des outils prédictifs rapides qui réduisent considérablement les délais entre la conception et la fabrication, démocratisent la conception assistée par ordinateur pour les novices et offrent aux concepteurs experts une liberté créative sans précédent.
La synthèse de formes 3D pour la fabrication numérique exige de concilier esthétique, ergonomie et contraintes physiques, un processus traditionnellement réservé aux experts à travers de lourds cycles itératifs. Pour simplifier cette démarche, le croquis (2D ou immersif en réalité virtuelle) s'impose comme un support d'expression spatiale particulièrement intuitif et accessible. Cependant, il existe un fossé technologique majeur entre la fluidité de l'expression artistique et les exigences de validité structurelle nécessaires à la fabrication d'objets fonctionnels.

Être titulaire d'un master en informatique et posséder de solides bases en mathématiques.
Expérience en programmation C++ et avoir suivi des cours en optimisation numérique, en infographie, en vision par ordinateur et en traitement géométrique.