Videogame designers hope to sculpt gameplay, but actually work in the concrete medium of computation. What they create is code, artwork, dialogue---everything that goes inside a videogame cartridge. In other materially constrained design domains, design-support tools help bridge this gap by automating portions of a design in some cases, and helping a designer understand the implications of their design decisions in others. I investigate AI-based videogame-design support, and do so from the perspective of putting knowledge-representation and reasoning (KRR) at the front. The KRR-centric approach starts by asking whether we can formalize an aspect of the game-design space in a way suitable for automated or semi-automated analysis, and if so, what can be done with the results. It begins with the question, "what could a computer possibly do here?", attempts to show that the computer actually can do so, and then looks at the implications of the computer doing so for design support. To organize the space of game-design knowledge, I factor the broad notion of game mechanics mechanics into four categories: abstract mechanics, concrete audiovisual representations, thematic mappings, and input mappings. Concretely, I investigate KRR-centric formalizations in three domains, which probe into different portions of the four quadrants of game-design knowledge: 1. using story graphs and story-quality functions for writing interactive stories, 2. automatic game design focused on the "aboutness" of games, which auto-reskins videogames by formalizing generalized spaces of thematic references, and 3. enhancing mechanics-oriented videogame prototypes by encoding the game mechanics in temporal logic, so that they can be both played and queried.

Computational Fluid Dynamics (CFD) can play an important role in building design. For all aspects and stages of building design, CFD can be used to provide more accurate and rapid predictions of building performance with regard to air flow, pressure, temperature, and similar parameters. Generally, the process involved in conducting CFD analyses is relatively complex and requires a good understanding of how best to utilize computational numerical methods. Moreover, the level of skill required to perform an accurate CFD analysis remains a challenge for many professionals particularly architects. In addition, the user needs to input a number of different items of information and parameters into the CFD program in order to obtain a successful and credible solution. This research seeks to improve the general understanding of how CFD can best be used as a design assistance tool. While there have been a number of quantitative studies suggesting CFD may be a useful tool for building related airflow assessment, few researchers have explored the more qualitative aspects of CFD, in particular developing a better understanding of the procedures required for the proper application of CFD to whole building analysis. This study therefore adopted a combined qualitative and quantitative methodology, with the researcher immersing himself into a case study approach and defining several lessons-learned that are documented and shared. This research will assist practicing architects and architecture students to better understand the application of CFD to building analysis and design. / Ph. D.

Decline in both visual acuity and visual performance is a fact of life for older people and their increasing share of the population requires that buildings be designed with their visual needs in mind. As their field of vision decreases, people find it harder to identify an objects location, distance, and orientation. Elderly people with vision impairments usually find it harder to perform daily activities such as navigation through indoor spaces. Functional vision can be improved by modifying the design of spaces, for example, with better lighting. However, architects typically do not know how to take the needs of the visually impaired into account in their design process, or simply do not think of doing so. The researcher designed and feasibility-tested a prototype person-centered tool to help architects judge how appropriate a designed space will be for visually impaired people. The study was conducted as a qualitative mixed-methodology research analysis. The researcher used knowledge from literature interpretation to rationalize the development of a person-centered prototype. The researcher immersed design PhD students and vision science experts to inform the prototyping process. Along with an expert group of design and vision science professionals, the researcher beta-tested the prototype during a mock design-process scenario. The researcher also selected a small group of industry experts to participate in open-ended interviews on post-use demonstrations to qualitatively triangulate the findings on the prototypes usability. The study summarizes the feasibility including the challenges of using the prototype for professional purposes and suggests improvement. / Ph. D.

La lumière naturelle est une préoccupation forte dans la conception du projet architectural. Elle a une grande influence sur le confort visuel et la qualité architecturale des espaces intérieurs. Plusieurs méthodes et outils ont été développés pour assister les architectes dans la conception des ambiances lumineuses. L’analyse de ces différentes méthodes et outils montre qu’ils sont peu adaptés à l’activité de formulation des intentions des concepteurs durant les premières phases de conception.Dans le cadre de cette thèse, notre objectif est d’améliorer ces premières phases de conception en apportant aux concepteurs une aide pour la formalisation de leurs intentions d’ambiances lumineuses. L’objectif poursuivi étant de faire de la lumière naturelle un fil conducteur dans le développement du projet architectural.L’étude de la pratique des concepteurs durant les premières phases de conception fait apparaître qu’ils font fréquemment appel à des références jouant le rôle de dispositifs heuristiques. L’analyse des caractéristiques de ces références et de leur évocation montre que les images comme formes de référence favorisent l’expression des désirs, des souhaits et des intentions du concepteur. L’assistance à l’activité de référenciation par les images serait donc une aide précieuse dans la formalisation des intentions pour la prise en compte de la lumière naturelle dans la conception de projet.Nous développons une méthode fondée sur la constitution d’une base d’images références représentatives des ambiances lumineuses et sur un environnement de manipulation et exploration particulière de cette base. Pour ce faire, nous considérons d’une part le rôle de l’image-référence comme élément actif du raisonnement visuel et d’autre part, les aspects du processus de référenciation notamment dans un mode de raisonnement analogique.Cette méthode a été implémentée dans un outil prototype dénommé « day@mbiance ». Cet outil propose une base d’images composée de photographies illustrant des espaces intérieurs en éclairage naturel. Ces dernières sont indexées à partir d’un thésaurus original dédié aux « ambiances lumineuses ». L’outil, par ailleurs, expérimente différents modes de navigation par l’image qui sont définis de manière à stimuler les différentes activités cognitives dans chacune des phases du processus de référenciation.Enfin, la méthode développée a été testée lors d’une phase expérimentale qui a validé les éléments méthodologiques développés / The natural light is a strong concern in the design of an architectural project. It has a great influence on visual comfort and architectural quality of interior spaces. Several methods and tools have been developed to assist architects in the design of bright atmospheres. Analysis of these different methods and tools showed that they are not well adapted to the designers activity during the early stages of design. In this thesis, our objective is to enhance the early stages of design by providing designers with a support for the formalization of their intentions of bright atmospheres. The aim is to make natural light a thread in the development of the architectural project. The study of the practice of designers during the early stages of design has shown that they frequently use references acting as heuristic devices. Analysis of the characteristics of these references and their evocation showed that images, as type of references, promote the expression of desires, wishes and intentions of the designer. Assistance to the activity of referring by the images would be a valuable aid in the formalization of intentions to include the natural light into the project design. We developed a method based on developping an image database of representative references of bright atmosphere and supported with a handling environment and exploration of this particular base. To achieve this, we consider, in the one hand, the role of the reference-image as the active item of visual reasoning and, on the other hand, aspects of referring process, specially, in a mode of analogical reasoning. This method has been implemented in a prototype tool called « day@mbiance ». This tool provides an image database composed of photographs of interior spaces with natural lighting. These images are indexed using an original thesaurus dedicated to « bright atmosphere ». The tool also experiments different modes of navigation through images that are defined in order to stimulate different cognitive activities in each stage of the referring process

L’objectif de ces travaux est de développer une méthode d’aide à la conception des réseaux de chaleur urbains (RCU). Cette méthode utilise un modèle de type MINLP (Mixed Integer Non Linear Programming) pour l’optimisation simultanée de la configuration et du dimensionnement d’un RCU. Aux variables continues pour l’aide au dimensionnement (température, vitesse, diamètre, aire des échangeurs), s’ajoutent des variables binaires aidant à définir la configuration du réseau (maillage et choix des technologies). La fonction objectif à minimiser est le coût total (capex et opex), qui est soumise à un ensemble de contraintes non linéaires (p. ex. pertes thermiques et de charge, bilans). La méthode développée dans ce manuscrit offre la possibilité de connecter en cascade des consommateurs n’ayant pas les mêmes besoins en température, et de réaliser des réseaux bouclés (une canalisation par tranchée). Elle permet aussi de choisir : les consommateurs à connecter au RCU, le ou les sites de production ainsi que le type de technologie utilisée. Enfin la bonne prise en compte de la physique permet de choisir le meilleur compromis entre pertes thermiques et pertes de charge, sur une large gamme de température. Cette formulation permet donc d’optimiser des réseaux de 4éme génération et de démontrer la rentabilité de l’intégration d’EnR&R sur le long terme (30 ans). Un premier travail est réalisé afin de proposer une méthodologie de résolution en plusieurs étapes permettant l’obtention de l’optimum global. Différents cas d’études académiques sont utilisés pour présenter les intérêts multiples de cette formulation. Enfin la comparaison avec un réseau existant a permis de démontrer la cohérence des résultats du modèle et a servi de base pour l’optimisation d’un cas d’étude de grande dimension. Plusieurs études de sensibilité post-optimale sont réalisées afin de démontrer l’intérêt de cet outil pour l’aide à la conception initiale ou l’extension de RCU existants. / The aim of this thesis is to develop a method that provides design assistance for District Heating Network (DHN). This tool allows simultaneously the optimization of the configuration and its sizing, thanks to an MINLP formulation (Mixed Integer Non-Linear Programming). Binary variables help to choose the optimal configuration (network layout and technologies of production), whereas continuous variables help DHN sizing (temperature, diameter, velocity, heat exchanger area, thermal generating capacity …). The objective function to minimize is the total cost (capex and opex), subjected to numerous nonlinear constraints (e.g. thermal losses, pressure drop, energy balance).This method enables to design temperature cascade between consumers, when consumer temperature requirements are different, and also looped network (only one pipe in one trench). It helps also the decision to connect (or not) consumers to the main network and also the location(s) and type(s) of the heating plant. Moreover, the arbitrage between heat losses and pressure drops is taken into account thanks to physical considerations (non-linear equations). Eventually, it is possible to design 4th generation DHN and prove their financial profitability over the long terms (30 years). First a multi-step resolution strategy is proposed to ensure finding global optimum of the complex MINLP problem. Then academic study cases are analyzed to underline the numerous assets of the formulation. Finally, the optimal design compared to an existing DHN ensures the consistency of the method and allows to build a study case at a wider scale, which can be solved thanks to the comprehensive strategy developed. The design assistance method is available for initial design as well as for extension of existing DHN.

Les réseaux de capteurs-actuateurs sans fils (WSANs) sont une technologie émergente dans divers domaines d'application tels que la surveillance, le contrôle du trafic, la domotique, etc. La conception et le développement d'applications utilisant ces technologies restent, cependant, une tâche difficile. En effet, la découverte des capteurs et actuateurs pertinents, et leur combinaison de manière appropriée pour atteindre un objectif spécifique n'est pas une tâche facile et nécessite plusieurs compétences détenues par différents acteurs. De plus, les environnements de capteurs/actuateurs sont par nature très dynamiques. En outre, les applications actuelles sont en général étroitement couplées à l'infrastructure sous-jacente, ce qui entrave leur réutilisation et la flexibilité aux changements.Dans cette thèse, nous présentons une approche orientée processus métier et services afin de permettre le développement des applications adaptables. Notre approche découple la logique de l'application et sa mise en œuvre : Un modèle est d'abord spécifié dans la phase de conception, comme un flux d'activités, et est ensuite déployé dans un environnement particulier. Découpler la logique d'une application et sa mise en œuvre permet d'une part d'apporter la réutilisation au niveau d'application et d'autre part d'adapter la même application à différents environnements et situations. Pour aider les concepteurs à spécifier des nouvelles applications WSANs, nous proposons deux méthodes: 1) la réutilisation d'activité et d'orchestration par le biais des flux de données, et 2) la recommandation d'activité par le biais des flux de contrôle. En outre, la même technique de recommandation fournit la tolérance de panne permettant à une application WSAN de s'adapter aux changements dus aux défaillances des capteurs ou/et actuateurs ou à des violations des contraintes. Notre approche a été validée par des cas d'utilisation réalistes mis en œuvre dans le cadre de la plateforme européenne de VITRO et la plate-forme ZODIANET. / Wireless Sensor and Actuator Networks (WSANs) is an emergent technology for various application areas such as security and surveillance applications, traffic control, energy control, etc. Designing and developing applications using these technologies remain, however, a challenging task. Indeed, finding the relevant sensors and actuators, and combining them in a proper way in order to achieve a specific goal is not an easy task and requires several skills detained by different stakeholders. Moreover, sensor/actuator environments are inherently highly dynamic. Furthermore, current applications are in general tightly coupled to the underlying infrastructure which hampers their reuse and flexibility to changes.In this thesis, we present a process-oriented and service-based approach for supporting the development of adaptive WSAN applications. Our approach decouples between the application logic and its implementation. A design-time model is first specified, as a flow of activities, which is then deployed in a particular environment. Decoupling the application logic from its implementation enables on one hand to foster the reuse at the application level and on the other hand to adapt the same application to different environments and situations. To assist designers in specifying new WSAN applications, we propose two methods: 1)activity and orchestration reuse through data flows, and 2)activity recommendation through control flows. Moreover, the same recommendation technique enables providing fault-tolerant mechanism enabling a WSAN application to adapt to changes due to sensor failures or constraints violation. Our approach has been validated by realistic use cases that have been implemented in the context of the European project VITRO platform and the Zodianet platform.

Dans les villes françaises, les évolutions récentes en matière de conception urbaine ont rendu incontournable la reconstruction de la ville sur elle-même dans le respect de son environnement. La ville doit désormais être de bonne qualité environnementale urbaine. Même si cela semble aujourd’hui une évidence, la fabrique urbaine de la qualité environnementale pose encore question car c’est une notion multi interprétée dans le champ scientifique comme dans le champ opérationnel.Cette thèse en urbanisme et aménagement inscrite dans le champ de la géographie sociale, porte sur les multiples acceptions de la qualité environnementale urbaine. Elle questionne en particulier la prise en compte des acceptions qu’en ont les habitants dans les projets urbains à Toulouse. La thèse s’appuie sur une enquête de terrain par parcours commentés menée auprès d’habitants d’un quartier soumis à de fortes nuisances environnementales, et par entretiens semi directifs auprès de professionnels toulousain du projet urbain. L’enquête de terrain a été complétée par une analyse de documents sur les cadres politique, réglementaire et institutionnel qui régissent la fabrique urbaine.La thèse montre que même si les habitants et les professionnels du projet urbain partagent une dimension subjective et expérientielle de la qualité environnementale urbaine, les conditions politique, règlementaire et institutionnelle de la fabrique urbaine ne permettent pas vraiment de la prendre en compte dans les projets urbains. La thèse ayant aussi comme objectif opérationnel de participer à améliorer la fabrique de la qualité environnementale urbaine, elle propose un prototype d’outil interdisciplinaire et participatif d’aide à sa conception destiné aux professionnels du projet urbain. / In French cities, recent evolutions in urban design and planning have made essential to rebuild the city on itself while respecting its environment. Now, cities have to be of good urban environmental quality. Although it seems obvious today, the making of environmental urban quality is still a question because it is a multi interpreted concept in the scientific field, as well as in the operational field.This Ph.D. in urban planning, well inscribed in the field of social geography, addresses the multiple meanings of urban environmental quality. In particular, it questions the possibility of taking into account the meanings of this concept for the inhabitants in urban projects in Toulouse. The Ph.D. is based on a field investigation by commented paths conducted with residents of a neighborhood subject to severe environmental nuisances, and semi-structured interviews with professionals from Toulouse’s urban projects. The field investigation was supplemented by an analysis of documents on the policy, regulatory and institutional frameworks governing the urban policies.