Digital twin scene descriptor : a standardized schema for dynamic IoT-driven digital-twin generation and operation
| datacite.contributor.RelatedPerson | Τόμκος, Ιωάννης | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Λογοθέτης, Μιχαήλ | |
| datacite.contributor.Supervisor | Δενάζης, Σπυρίδων | |
| dc.contributor.author | Στεργιόπουλος, Γεώργιος | |
| dc.contributor.other | Stergiopoulos, Georgios | |
| dc.date.accessioned | 2025-07-01T05:39:30Z | |
| dc.date.available | 2025-07-01T05:39:30Z | |
| dc.date.issued | 2025-06-30 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Digital Twins (DTs) have become a key tool for monitoring, analyzing, and optimizing complex systems, yet most platforms handle 3D geometry, IoT telemetry, and simulation data in ad-hoc, often proprietary, workflows that hinder interoperability and real-time interaction. This thesis proposes the Digital Twin Scene Descriptor that treats 3D assets, context entities and update channels as first-class, loosely coupled resources and builds a prototype implementation of it based on a JSON/NGSI-v2 standard. Building on DTSD, we implement (i) a plug-in for Three.js web viewer able to translate the description entities into an interactive, browser-based twin that streams live spatial and contextual updates and representation assets, (ii) a SUMO integration layer that ingests real-car positions and projects virtual traffic back into the twin, thus closing the cyber-physical loop and (iii) a Model Context Protocol based transformative automation pipeline in which a large-language model autogenerates the DTSD entities and their needed resources, including 3D assets, for existing IoT entities. Demonstrations show real-time projection of GPS-tracked physical objects into the DT, live collision avoidance between real and simulated cars and one-click integration of an NGSI parking sensor into the twin complete with geometry synthesis and data binding. The results confirm that DTSD enables real-time bidirectional synchronization, seamless simulator federation and automated twin creation, laying the groundwork for large-scale, vendor-agnostic Digital Twins. | |
| dc.description.translatedabstract | Τα Ψηφιακά Δίδυμα (ΨΔ) έχουν γίνει ένα βασικό εργαλείο για την παρακολούθηση, την ανάλυση και τη βελτιστοποίηση σύνθετων συστημάτων, ωστόσο οι περισσότερες πλατφόρμες χειρίζονται την τρισδιάστατη γεωμετρία, την τηλεμετρία IoT και τα δεδομένα προσομοίωσης σε ad-hoc, συχνά ιδιόκτητες, ροές εργασίας που εμποδίζουν τη διαλειτουργικότητα και την αλληλεπίδραση σε πραγματικό χρόνο. Αυτή η διπλωματική προτείνει τον Περιγραφέα Σκηνής Ψηφιακού Διδύμου (ΠΣΨΔ) που αντιμετωπίζει τα τρισδιάστατα στοιχεία, τις οντότητες δεδομένων και τα κανάλια ενημέρωσης ως πρώτης κατηγορίας, χαλαρά συνδεδεμένους πόρους και δημιουργεί μια πρωτότυπη υλοποίηση αυτού με βάση ένα πρότυπο JSON/NGSI-v2. Βασιζόμενοι στο ΠΣΦΔ, υλοποιούμε (i) ένα πρόγραμμα προβολής ιστού (web-viewer), μέσω Three.js, ικανό να μεταφράσει τις οντότητες περιγραφής σε ένα διαδραστικό δίδυμο που μεταδίδει ζωντανές χωρικές και τηλεμετρικές ενημερώσεις και στοιχεία αναπαράστασης, (ii) ένα επίπεδο που επιτρέπει την ενσωμάτωση του προσομοιωτή SUMO όπου απορροφά θέσεις πραγματικών αυτοκινήτων και προβάλλει εικονική κίνηση πίσω στο δίδυμο, κλείνοντας έτσι τον κυβερνοφυσικό βρόχο και (iii) έναν μηχανισμό αυτοματισμού βασισμένο στο Model Context Protocol, στον οποίο ένα Μεγάλο Γλωσσικό Μοντέλο δημιουργεί αυτόματα τις οντότητες ΠΣΨΔ και τους απαραίτητους πόρους τους, συμπεριλαμβανομένων των τρισδιάστατων στοιχείων, για υπάρχουσες οντότητες IoT. Οι επιδείξεις δείχνουν προβολή σε πραγματικό χρόνο φυσικών αντικειμένων που παρακολουθούνται από GPS στο ΨΔ, αποφυγή σύγκρουσης σε πραγματικό χρόνο μεταξύ πραγματικών και προσομοιωμένων αυτοκινήτων και ενσωμάτωση με ένα κλικ ενός αισθητήρα στάθμευσης NGSI στο Ψηφιακό Δίδυμο, με αυτόματη σύνθεση γεωμετρίας και σύνδεση δεδομένων. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι ο ΠΣΨΔ επιτρέπει τον αμφίδρομο συγχρονισμό φυσικού-ψηφιακού κόσμου σε πραγματικό χρόνο, την απρόσκοπτη ενσωμάτωση προσομοιωτών και την αυτοματοποιημένη δημιουργία διδύμων, θέτοντας τις βάσεις για μεγάλης κλίμακας, ανεξάρτητα από τον προμηθευτή, Ψηφιακά Δίδυμα. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/29820 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Digital twins | |
| dc.subject | Digital twin scene descriptor | |
| dc.subject | NGSI | |
| dc.subject | FIWARE | |
| dc.subject | Three.js | |
| dc.subject | 3D Web viewer | |
| dc.subject | SUMO traffic simulator | |
| dc.subject | Model context protocol | |
| dc.subject | Large language models | |
| dc.subject | Gaussian splats | |
| dc.subject.alternative | Ψηφιακό δίδυμο | |
| dc.subject.alternative | Περιγραφέας σκηνής ψηφιακού διδύμου | |
| dc.subject.alternative | 3Δ προβολέας ιστού | |
| dc.subject.alternative | SUMO προσομοιωτής κίνησης | |
| dc.subject.alternative | Μεγάλα γλωσσικά μοντέλα | |
| dc.title | Digital twin scene descriptor : a standardized schema for dynamic IoT-driven digital-twin generation and operation | |
| dc.title.alternative | Περιγραφέας σκηνής ψηφιακού διδύμου : τυποποιημένη δομή για δυναμική παραγωγή και λειτουργία IoT-καθοδηγούμενων ψηφιακών διδύμων |