Généralisation de représentations intermédiaires dans une carte topographique multi-échelle pour faciliter la navigation de l'utilisateur

Generalization of intermediate representations in a topographic multi-scale map to ease the user navigation

• Auteur / Autrice : Marion Dumont
• Direction : Cécile Duchêne, Guillaume Touya
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Technologies de l'Information Géographique
• Date : Soutenance le 18/06/2018
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en Sciences et technologies de l'information géographique (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne) - Laboratoire des Sciences et Technologies de l'Information Géographique / LaSTIG
• Jury : Président / Présidente : Anne Ruas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Duchêne, Guillaume Touya, Pia Bereuter, Caroline Appert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sara Irina Fabrikant, Jean-Daniel Fekete

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système d'information géographique

Cartes -- Échelles

Cartes topographiques

Mots clés libres

Carte multi-Échelle

Représentation intermédiaire

Navigation fluide

Généralisation cartographique

Niveau d'abstraction

Test utilisateurs

Multi-Scale map

Intermediate representation

Smooth zooming

Cartographic generalization

Level of abstraction

User study

Résumé

Une carte multi-échelle est un ensemble de cartes à différentes échelles, dans lequel l’utilisateur peut naviguer via un géoportail. Chacune de ces cartes est préalablement construite par généralisation cartographique, processus qui adapte la représentation cartographique à une échelle donnée. Les changements de représentations qu’implique la généralisation entre deux cartes à différentes échelles sont susceptibles de perturber l’utilisateur, rendant sa navigation plus difficile. Nous proposons dans cette thèse d’ajouter des représentations intermédiaires dans une carte multi-échelle existante, pour créer une évolution plus fluide du contenu cartographique au fil des échelles. Alors que de solides connaissances théoriques existent pour la conception cartographique traditionnelle, on ne sait pas encore comment concevoir une carte multi-échelle efficace. Pour formaliser des connaissances à ce sujet, nous avons étudié un panel de seize cartes multi-échelles existantes. Nous avons analysé les systèmes de zoom utilisés ainsi que l’évolution des représentations cartographiques au fil des échelles, en particulier les changements de niveaux d’abstraction pour les objets bâtis et routiers. Nous avons aussi évalué la variation de complexité visuelle du contenu cartographique au fil des échelles, en utilisant des mesures de clutter visuel. Nous avons ainsi identifié les tendances générales en termes de représentations multi-échelles (comme l’application du standard WMTS), certains facteurs que nous considérons comme ayant une influence négative sur la navigation de l’utilisateur (comme l’utilisation d’une même carte à différentes échelles), ainsi que des pratiques intéressantes visant à la faciliter (comme les représentations mixtes). A partir de ces constats, nous avons formulé des hypothèses sur l’influence des variables de construction des représentations intermédiaires sur la fluidité de navigation. Nous avons construit un matériel de test à partir d’un extrait de la carte multi-échelle Scan Express de l’IGN, entre les cartes existant au 1 : 25k et au 1 : 100k. Nous avons ainsi produit quatre versions différentes de représentations intermédiaires entre ces deux cartes, implémentant nos différentes hypothèses. Cet exercice nous a permis de mieux cerner les verrous techniques que soulève la production de représentations intermédiaires. Nous avons enfin conduit un test utilisateurs contrôlé, en demandant à 15 participants de réaliser une tâche cartographique sur ces différentes cartes multi-échelles, pour évaluer la pertinence de nos hypothèses

A multi-scale map is a set of maps at different scales, displayed on mapping applications, in which users may navigate by zooming in or out. Each of these maps is produced beforehand by cartographic generalization, which aims to adapt the cartographic representation for a target scale. Due to generalization, the representation changes between maps at different scales may disturb the user during its navigation. We assume that adding intermediate representations in an existing multi-scale map may enable a smooth evolution of cartographic content across scales. While theoretical knowledge exists for traditional cartography, we still do not know how to design efficient multi-scale maps. To formalize knowledge on that subject, we studied sixteen existing multi-scale maps. We focused on the used zooming system (zoom levels and display scales) and on the evolution of cartographic representations across scales, in particular for building and road entities. We also analyzed the variation of visual complexity of the map content across scales, using visual clutter measures. We thus identified general trends in terms of multi-scale representation (i.e. use of WMTS standard), some potential disturbing factors (i.e. use of a same map at different scales), but also good practices which may ease the user navigation (i.e. mixed representations). Based on these findings, we made assumptions on the influence of intermediate representations design on user navigation. We built test material from an extract of the Scan Express multi-scale map of the French IGN, between the existing maps at 1:25k and 1:100k scales. We thus produced four different versions of intermediate representations between these two maps, implementing our different hypotheses. This way, we highlighted the technical issues that we faced when producing intermediate representations. Finally, we conducted a controlled user study, asking 15 participants to perform a cartographic task on these different multi-scale maps, to evaluate our hypotheses