Un graphe est un objet mathématique modélisant des relations sur un ensemble d'éléments. Il est utilisé dans de nombreux domaines à des fins de modélisation. La taille et la complexité des graphes manipulés de nos jours entraînentdes besoins de visualisation afin de mieux les analyser. Dans cette thèse, nous présentons différents travaux en visualisation interactive de graphes qui s'attachent à exploiter les architectures de calcul parallèle (CPU et GPU) disponibles sur les stations de travail contemporaines. Un premier ensemble de travaux s'intéresse à des problématiques de dessin de graphes. Dessiner un graphe consiste à le plonger visuellement dans un plan ou un espace. La première contribution dans cette thématique est un algorithmede regroupement d'arêtes en faisceaux appelé Winding Roads.Cet algorithme intuitif, facilement implémentable et parallélisable permet de réduireconsidérablement les problèmes d'occlusion dans un dessin de graphedus aux nombreux croisements d'arêtes.La seconde contribution est une méthode permettant dedessiner un réseau métabolique complet. Ce type deréseau modélise l'ensemble des réactions biochimiquesse produisant dans les cellules d'un organise vivant.L'avantage de la méthode est de prendre en compte la décompositiondu réseau en sous-ensembles fonctionnels ainsi que de respecterles conventions de dessin biologique.Un second ensemble de travaux porte sur des techniques d'infographiepour la visualisation interactive de graphes. La première contribution dans cette thématique est une technique de rendude courbes paramétriques exploitant pleinement le processeur graphique. La seconde contribution est une méthodede rendu nommée Edge splatting permettant de visualiserla densité des faisceaux d'arêtes dans un dessin de grapheavec regroupement d'arêtes. La dernière contribution portesur des techniques permettant de mettre en évidence des sous-graphesd'intérêt dans le contexte global d'une visualisation de graphes. / A graph is a mathematical object used to model relations over a set of elements.It is used in numerous fields for modeling purposes. The size and complexityof graphs manipulated today call a need for visualization to better analyze them.In that thesis, we introducedifferent works in interactive graph visualisation which aim at exploiting parallel computing architectures (CPU and GPU) available on contemporary workstations.A first set of works focuses on graph drawing problems.Drawing a graph consists of embedding him in a plane or a space.The first contribution in that theme is an edge bundling algorithmnamed Winding Roads. That intuitive, easyly implementable and parallelizable algorithmallows to considerably reduce clutter due to numerous edge crossings in a graph drawing.The second contribution is a method to draw a complete metabolicnetwork. That kind of network models the whole set of biochemical reactionsoccurring within cells of a living organism. The advantage of the methodis to take into account the decomposition of the network into functionnal subsetsbut also to respect biological drawing conventions.A second set of works focuses on computer graphics techniquesfor interactive graph visualisation. The first contributionin that theme is a technique for rendering parametric curvesthat fully exploits the graphical processor unit. The second contributionis a rendering technique named Edge splatting that allowsto visualize the bundles densities in an edge bundled layout. Thelast contribution introduces some techniques for emphasizingsub-graphs of interest in the global context of a graph visualization.

Many-objective optimisation poses great challenges to evolutionary algorithms. To start with, the ineffectiveness of the Pareto dominance relation, which is the most important criterion in multi-objective optimisation, results in the underperformance of traditional Pareto-based algorithms. Also, the aggravation of the conflict between proximity and diversity, along with increasing time or space requirement as well as parameter sensitivity, has become key barriers to the design of effective many-objective optimisation algorithms. Furthermore, the infeasibility of solutions' direct observation can lead to serious difficulties in algorithms' performance investigation and comparison. In this thesis, we address these challenges, aiming to make evolutionary algorithms as effective in many-objective optimisation as in two- or three-objective optimisation. First, we significantly enhance Pareto-based algorithms to make them suitable for many-objective optimisation by placing individuals with poor proximity into crowded regions so that these individuals can have a better chance to be eliminated. Second, we propose a grid-based evolutionary algorithm which explores the potential of the grid to deal with many-objective optimisation problems. Third, we present a bi-goal evolution framework that converts many objectives of a given problem into two objectives regarding proximity and diversity, thus creating an optimisation problem in which the objectives are the goals of the search process itself. Fourth, we propose a comprehensive performance indicator to compare evolutionary algorithms in optimisation problems with various Pareto front shapes and any objective dimensionality. Finally, we construct a test problem to aid the visual investigation of evolutionary search, with its Pareto optimal solutions in a two-dimensional decision space having similar distribution to their images in a higher-dimensional objective space. The work reported in this thesis is the outcome of innovative attempts at addressing some of the most challenging problems in evolutionary many-objective optimisation. This research has not only made some of the existing approaches, such as Pareto-based or grid-based algorithms that were traditionally regarded as unsuitable, now effective for many-objective optimisation, but also pushed other important boundaries with novel ideas including bi-goal evolution, a comprehensive performance indicator and a test problem for visual investigation. All the proposed algorithms have been systematically evaluated against existing state of the arts, and some of these algorithms have already been taken up by researchers and practitioners in the field.

The arrival of E-commerce systems have contributed greatly to the economy and have played a vital role in collecting a huge amount of transactional data. It is becoming difficult day by day to analyse business and consumer behaviour with the production of such a colossal volume of data. Enterprise 2.0 has the ability to store and create an enormous amount of transactional data; the purpose for which data was collected could quite easily be disassociated as the essential information goes unnoticed in large and complex data sets. The information overflow is a major contributor to the dilemma. In the current environment, where hardware systems have the ability to store such large volumes of data and the software systems have the capability of substantial data production, data exploration problems are on the rise. The problem is not with the production or storage of data but with the effectiveness of the systems and techniques where essential information could be retrieved from complex data sets in a comprehensive and logical approach as the data questions are asked. Using the existing information retrieval systems and visualisation tools, the more specific questions are asked, the more definitive and unambiguous are the visualised results that could be attained, but when it comes to complex and large data sets there are no elementary or simple questions. Therefore a profound information visualisation model and system is required to analyse complex data sets through data analysis and information visualisation, to make it possible for the decision makers to identify the expected and discover the unexpected. In order to address complex data problems, a comprehensive and robust visualisation model and system is introduced. The visualisation model consists of four major layers, (i) acquisition and data analysis, (ii) data representation, (iii) user and computer interaction and (iv) results repositories. There are major contributions in all four layers but particularly in data acquisition and data representation. Multiple attribute and dimensional data visualisation techniques are identified in Enterprise 2.0 and Web 2.0 environment. Transactional tagging and linked data are unearthed which is a novel contribution in information visualisation. The visualisation model and system is first realised as a tangible software system, which is then validated through different and large types of data sets in three experiments. The first experiment is based on the large Royal Mail postcode data set. The second experiment is based on a large transactional data set in an enterprise environment while the same data set is processed in a non-enterprise environment. The system interaction facilitated through new mashup techniques enables users to interact more fluently with data and the representation layer. The results are exported into various reusable formats and retrieved for further comparison and analysis purposes. The information visualisation model introduced in this research is a compact process for any size and type of data set which is a major contribution in information visualisation and data analysis. Advanced data representation techniques are employed using various web mashup technologies. New visualisation techniques have emerged from the research such as transactional tagging visualisation and linked data visualisation. The information visualisation model and system is extremely useful in addressing complex data problems with strategies that are easy to interact with and integrate.

La quantité d’informations stockée dans les bases de données est en constante augmentation rendant ainsi nécessaire la mise au point de systémes d’analyse et de visualisation. Nous nous intéressons dans cette thèse aux données relationnelles et plus particulièrement aux données biologiques. Cette thèse s’oriente autour de trois axes principaux : tout d’abord, la décomposition de graphes en groupes d’éléments ”similaires” a?n de détecter d’éventuelles structures de communauté ; le deuxième aspect consiste à mettre en évidence ces structures dans un système de visualisation, et dans un dernier temps, nous nous intéressons à l’utilisabilité de l’un de ces systèmes de visualisation via une évaluation expérimentale. Les travaux de cette thèse ont été appliqués sur des données réelles provenant de deux domaines de la biologie : les réseaux métaboliques et les réseaux d’interactions génes- protéines. / The amount of information stored in databases is constantly increasing making necessary to develop systems for analysis and visualization. In this thesis, we are interested in relational data and in particular, in biological data. This thesis focuses on three main axes : ?rstly, the decomposition of graph into clusters of ”similar” elements in order to detect the community structures ; the second aspect is to highlight these structures in a visualization system; and thirdly, we are interested in the usability of one of these visualization systems through an experimental evaluation. The work presented in this thesis was applied on real data from two ?elds of biology : the metabolic networks and the gene-protein interaction networks.

Ce mémoire présente une nouvelle application web permettant de visualiser et d'interagir avec des données d'imagerie médicale provenant principalement de l'imagerie par résonance magnétique de diffusion, une technique non-invasive permettant d'explorer la matière blanche du cerveau. Dans le premier chapitre, un historique de la diffusion, l'explication de divers concept importants du domaine ainsi qu'un survol des méthodes de visualisation seront présentés. Le deuxième chapitre présentera le web, et plus précisément la technologie qui a rendu possible l'existence du Fiberweb : WebGL. Des choix de design du Fiberweb seront également abordés. Le troisième chapitre est la contribution principale de ce mémoire. Il consiste en un article présentant le Fiberweb, ses fonctionnalités et également une nouvelle technique de tractographie en temps réel probabiliste. Finalement, les diverses problématiques non-résolues liées à notre application, ses utilisations potentielles et ses perspectives futures seront discutées.

Notre recherche s’inscrit dans le domaine du génie industriel et se positionne plus précisément dans le design. L’objet général de cette thèse est d’intégrer la Réalité Virtuelle immersive comme outil de représentation dans le processus de conception des produits nouveaux, afin d’améliorer la boîte à outils du designer, de le comparer et d’analyser son influence par apport aux outils de représentation Traditionnels (T) et Numériques (N), d’aide à la création et à la communication des idées utilisés en Design. Pour les outils T et N, nous analyserons plus particulièrement le dessin, la maquette physique et les logiciels de Conception Assisté par Ordinateur (CAO). Notre but est de proposer une méthode destinée à aider plus particulièrement deux acteurs de la conception (le designer et l’architecte) à mieux choisir leur outil de représentation durant le processus de design. Nous montrerons l’utilité d’intégrer la Réalité Virtuelle RV comme une nouvelle technologie à leur démarche de travail. Les expérimentations menées nous permettent ainsi de dégager les rapports de la RV dans le processus de design. Ainsi, de montrer : - une influence positive de la RV sur l’évaluation esthétique (selon la vision du designer) et technique (selon la vision des acteurs de la conception) du produit nouveau. - une meilleure compréhension de l’objet par les intervenants spécialistes (industriels, décideurs..) et les non-spécialistes (utilisateurs, consommateurs..). Notre recherche ouvre des perspectives pour élargir l’application de la RV dans d’autres projets et d’améliorer l’outil à travers de la naissance d’une série d’applications réservées au designer / Our research is in the field of industrial engineering and it is positioned specifically in the design. The general purpose of this thesis is to integrate the immersive Virtual Reality as a tool of representation in the process of new products design to enhance the toolkit of the designer, to compare and analyze its influence by providing the tools of traditional (T) and digital (N) and to support the creation and communication of ideas used in Design. For these tools of T and N, we will analyze in particular drawing, mock-up and software for computer aided design (CAD). Our goal is to propose a method to help especially the two actors of design (the designer and the architect) to choose the best tool for representation during the design process. We show the usefulness of integrating Virtual Reality VR technology as a new approach to their work. The experiments conducted allow us to identify the relationship of VR in the design process. Thus, to show: - A positive influence of VR on the aesthetic evaluation (according to the vision of the designer) and technology (according to the vision of those involved in design) of new product. - A better understanding of the subject specialists by stakeholders (industry, policy makers ...) and non-experts (users, consumers ...). Our research offers a potential to broaden the application of VR in other projects and improve the tool through the birth of a number of applications available to the designer

Data can be presented in many different ways depending on the type of data and the purpose of the presentation. Sogeti has customers with logistic data that they want to use to show their customers and visitors in their office what they are working with. The goal of this project was to take this data and come up with a way of visualizing it on an interactive 3D map and create a proof of concept to show the idea of how the basic functions of the map could work. Three different frameworks for creating 3D maps were compared and based on their functions and after testing them Arcgis were chosen for the implementation of the proof of concept. The implementation was then tested to see how adding more objects to the map affected the performance of the implementation. Frameworks for further development were looked in to but did not affect the decision of choosing a framework for the proof of concept. / Data kan visas på flera olika sätt beroende på vilken typ av data det är och syftet med det som ska visas. Sogeti har kunder med logistik data som de vill använda för att visa sina kunder och besökare vad de arbetar med. Målet med det här projektet var att använda den här datan och visualisera den på en interaktiv 3D karta och skapa ett proof of concept för att visa hur basfunktionerna för kartan kan fungera. Tre olika ramverk för att skapa 3D kartor jämfördes och baserat på deras funktioner och efter att ha testat dem så valdes Arcgis till implementationen av ett proof of concept. Implementationen testades sedan för att se hur prestandan påverkades när fler objekt lades till kartan. Ramverk för att fortsatt utveckling tittades på men påverkade inte valet för att välja ett ramverk till proof of concept.

La planification est essentielle pour la réussite des projets d'Architecture, Ingénierie et Construction (AIC). La simulation 4D de la construction est une approche innovante qui associe un modèle 3D de l'ouvrage au planning des activités de manière à en simuler la réalisation à travers le temps. Plusieurs travaux ont montré que la simulation 4D est particulièrement intéressante pour la comparaison de la constructibilité des ouvrages et des méthodes de travail, pour l'identification des conflits et des chevauchements, mais aussi comme un outil de collaboration pour les différents acteurs afin de discuter et planifier l'avancement du projet. La planification de la construction est une activité largement collaborative. Pourtant, l'usage collaboratif de la simulation 4D reste limité, notamment à cause du manque d'adaptation des vues manipulées. En effet, la plupart des outils 4D actuels, même s'ils proposent cette « simulation collaborative » comme argument commercial, se contentent de proposer les mêmes vues « standards » à tous les acteurs. Pourtant les méthodes de travail traditionnelles dans le secteur s'appuient sur différentes représentations visuelles que les professionnels ont l'habitude de choisir en fonction de leurs besoins particuliers. L'hypothèse de cette recherche doctorale considère que les vues proposées dans les outils de simulation collaborative 4D devraient être adaptées aux besoins de chacun des acteurs impliqués. L'objectif est de proposer une méthode de conception de vues multiples adaptées aux réels besoins métiers des participants à une simulation collaborative 4D. À cet effet, la recherche étudie les pratiques de planification dans le secteur de la construction, les théories de visualisation de l'information et de conception de vues, ainsi que le travail collaboratif assisté par ordinateur / Planning is crucial for the success of Architecture, Engineering and Construction (AEC) projects. 4D construction simulation is an innovative approach that combines a 3D model of the building with the planning of activities in order to simulate its realization over time. Several studies have shown that 4D simulations are particularly useful for comparing the constructability of structures and working methods for the identification of conflict and overlap, but also as a collaborative tool for stakeholders to discuss and plan the project progress. The construction planning is largely collaborative. However, the use of collaborative 4D simulation is still limited, mainly because of the lack of adaptation of views proposed to users. Indeed, most current 4D tools, even if they offer this ?collaborative simulation? as sales argument, simply offer the same "standard" views to all users. Yet traditional working methods in the sector rely on different visual representations that professionals usually choose according to their specific needs. The hypothesis of this doctoral research considers that the views proposed in 4D collaborative simulation tools should be adapted to the needs of each stakeholder involved. The objective is to propose a method to design 4D multiple views adapted to the real business needs of participants in a collaborative 4D simulation. Thus, the research examines planning practices in the construction sector, and theories from Information Visualization, views design, and Computer-Supported Collaborative Work fields

La production d’énergie, et en particulier la production d’électricité, est la principale responsable de l’émission de gaz à effet de serre au niveau mondial. Le secteur résidentiel étant le plus consommateur d’énergie, il est essentiel d’agir au niveau personnel afin de réduire ces émissions. Avec le développement de l’informatique ubiquitaire, il est désormais aisé de récolter des données de consommation d’électricité des appareils électriques d’un logement. Cette possibilité a permis le développement des technologies eco-feedback, dont l’objectif est de fournir aux consommateurs un retour sur leur consommation dans le but de la diminuer. Dans cette thèse nous proposons une méthode de visualisation de données temporelles personnelles basée sur une interaction what if, qui signifie que les utilisateurs peuvent appliquer des changements de comportement de manière virtuelle. En particulier notre méthode permet de simuler une modification de l’utilisation des appareils électriques d’un logement, puis d’évaluer visuellement l’impact de ces modifications sur les données. Cette méthode a été implémentée dans le système Activelec, que nous avons évalué avec des utilisateurs sur des données réelles. Nous synthétisons les éléments de conception indispensables aux systèmes eco-feedback dans un état de l’art. Nous exposons également les limitations de ces technologies, la principale étant la difficulté rencontrée par les utilisateurs pour trouver des modifications de comportement pertinentes leur permettant de consommer moins d’énergie.Nous présentons ensuite trois contributions. La première contribution est la conception d’une méthode what if appliquée à l’eco-feedback ainsi que son implémentation dans le système Activelec. La seconde contribution est l’évaluation de notre méthode grâce à deux expérimentations menées en laboratoire. Dans ces expérimentations nous évaluons si des participants utilisant notre méthode trouvent des modifications qui économisent de l’énergie et qui nécessitent suffisamment peu d’efforts pour être appliquées en vrai. Enfin la troisième contribution est l’évaluation in-situ du système Activelec dans des logements personnels pour une durée d’environ un mois. Activelec a été déployé dans trois appartements privés afin de permettre l’évaluation de notre méthode en contexte domestique réel. Dans ces trois expérimentations, les participants ont pu trouver des modifications d’utilisation des appareils qui économiseraient une quantité d’énergie significative, et qui ont été jugées faciles à appliquer en réalité. Nous discutons également de l’application de notre méthode what if au-delà des données de consommation électrique au domaine de la visualisation personnelle, qui est définie comme l’analyse visuelle des données personnelles. Nous présentons ainsi plusieurs applications possibles à d’autres données temporelles personnelles, par exemple concernant l’activité physique ou les transports. Cette thèse ouvre de nouvelles perspectives pour l’utilisation d’un paradigme d’interaction what if pour la visualisation personnelle. / The production of energy, in particular the production of electricity, is the main responsible for the emission of greenhouse gases at world scale. The residential sector being the most energy consuming, it is essential to act at a personal scale to reduce these emissions. Thanks to the development of ubiquitous computing, it is now easy to collect data about the electricity consumption of electrical appliances of a housing. This possibility has allowed the development of eco-feedback technologies, whose objective is to provide to consumers a feedback about their consumption with the aim to reduce it. In this thesis we propose a personal visualization method for time-dependent data based on a what if interaction, which means that users can apply modifications in their behavior in a virtual way. Especially our method allows to simulate the modification of the usage of electrical appliances of a housing, and then to evaluate visually the impact of the modifications on data. This approach has been implemented in the Activelec system, which we have evaluated with users on real data.We synthesize the essential elements of conception for eco-feedback systems in a state of the art. We also outline the limitations of these technologies, the main one being the difficulty faced by users to find relevant modifications in their behavior to decrease their energy consumption. We then present three contributions. The first contribution is the development of a what if approach applied to eco-feedback as well as its implementation in the Activelec system. The second contribution is the evaluation of our approach with two laboratory studies. In these studies we assess if participants using our method manage to find modifications that save energy and which require a sufficiently low effort to be applied in reality. Finally the third contribution is the in-situ evaluation of the Activelec system. Activelec has been deployed in three private housings and used for a duration of approximately one month. This in-situ experiment allows to evaluate the usage of our approach in a real domestic context. In these three studies, participants managed to find modifications in the usage of appliances that would savea significant amount of energy, while being judged easy to be applied in reality.We also discuss of the application of our what if approach to the domain of personal visualization, beyond electricity consumption data, which is defined as the visual analysis of personal data. We hence present several potential applications to other types of time-dependent personal data, for example related to physical activity or to transportation. This thesis opens new perspectives for using a what if interaction paradigm for personal visualization.

Le volume de données disponible croît de manière très importante et ouvre d'importants défis pour les exploiter. Les domaines scientifiques du Web sémantique et des ontologies sont alors une réponse pour aider à traiter les données de manière efficace. Ainsi les ontologies sont actuellement devenues incontournables dans de nombreux domaines d'application pour représenter la connaissance experte.Le domaine que nous considérons dans nos travaux est celui des Interventions Non Médicamenteuses (INM) nommées Non-Pharmacological Interventions (NPIs) en anglais. Elles sont de plus en plus étudiées sur le plan scientifique. Elles sont liées à divers secteurs : psychologie, thérapies manuelles, nutrition, activités sportives adaptées, solutions e-santé, etc.Avec l'augmentation de leur usage, il devient de plus en plus nécessaire d'évaluer leur efficacité de manière scientifique, dans une démarche pilotée par des spécialistes et expliquée de manière claire et accessible aux utilisateurs. Pour ce faire, il est essentiel de disposer d'une classification évolutive et consensuelle effectuée au niveau international pour les spécialistes. Dans ce domaine, le développement d'une ontologie est crucial pour faciliter les recherches bibliographiques et mettre en place des bonnes pratiques.Dans nos travaux, nous nous sommes intéressés à deux enjeux majeurs liés à la construction d'une telle ontologie, d'une part comment effectuer la collecte du vocabulaire et d'autre part comment aider à la compréhension par visualisation.La construction manuelle de l'ontologie est en effet fastidieuse et longue. En particulier, la collecte des termes liés au domaine des INM nécessite beaucoup d'efforts et de temps tant le champ du vocabulaire est large. Ainsi le terme INM lui-même est parfois remplacé par d'autres (médecines alternatives, médecines douces, etc). Une méthode automatique ou semi-automatique est alors vue comme une aide importante pour la construction de la représentation de la connaissance.De plus, les ontologies sont parfois considérées comme difficiles à prendre en main pour les personnes non spécialistes de modélisation, en raison de leur complexité, de leur taille ou des propriétés et relations qu'elles incluent. Ainsi, un outil de visualisation doit être proposé pour les experts des INM. L'outil aura deux buts, d'une part visualiser l'ontologie existante, d'autre part proposer des modifications relatives à la structuration de l'ontologie qui doit se construire de manière collaborative.Des contributions sont proposées dans cette thèse sur ces deux sujets (construction du vocabulaire et visualisation). Deux approches sont présentées pour la construction, l'une reposant sur la connaissance experte et l'autre sur un corpus. Une mesure de similarité est introduite et évaluée. Pour la visualisation, notre proposition repose sur l'utilisation de cartes conceptuelles. Il s'agit alors de ré-écrire l'ontologie sous ce nouveau format et de proposer des outils permettant de distinguer les différents éléments et liens entre les éléments. Un outil a été implémenté, permettant de transformer les ontologies décrites en OWL pour les visualiser. / The explosion of data on the Internet leads to challenges in working with them. Semantic Web and ontology are required to address those problems. Nowadays, ontology plays more and more an important role as a means in domain knowledge representation.In recent years, Non-Pharmacological Interventions (NPIs) have attracted a lot of attention in the health care community. NPIs can no longer stop at a professional discipline to describe them (psychotherapy, manual therapy, dietary supplement, adapted physical activity, e-health solution, etc.). It requires access to a more concrete level of description where each NPI can be evaluated by science, monitored by professionals and explained to the patient. To do this, an international and evolutionary classification based on the results of science is necessary. Thus, developing an ontology for NPIs is crucial. This ontology will facilitate bibliographic research, usage statistics and the identification of good practices.Constructing this ontology manually is time consuming and thus an expensive process. Particularly, the step of collecting the NPI terminology requires much more time than the rest, because of heterogeneous and big resources in the context of NPIs. An automatic or semi-automatic method is thus essential to support NPI experts in this task.Besides, ontologies are often complex with lots of classes, properties and relationships. They are not easy to understand by domain experts. Therefore, a simple and friendly visualization of the ontology for NPI experts needs to be considered. The visualization does not only help NPI experts to easily understand the ontology but also provides support for the NPI ontology development process.In this thesis, we propose methodologies to address the aforementioned challenges. The first contribution concerns the semi-automatic process for collecting NPI terms. Two approaches, knowledge-based and corpus-based, are presented to retrieve candidate NPI terms. A new similarity measure for NPI is proposed and evaluated. The second contribution is a new method for ontology visualization based on MindMap. This work aims at providing a simple and friendly tool to visualize an ontology which is used by domain experts. We propose a MindMap-based notation for ontology visualization by transforming ontology components to MindMap elements. A web-based tool is then implemented to convert OWL ontologies to FreeMind documents which can be imported by existing Mind-Mapping applications to make visualizations.