Transitions interactives pour des applications cartographiques

Interactive Transitions for Map Applications

• Auteur / Autrice : María Jesús Lobo
• Direction : Emmanuel Pietriga, Caroline Appert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/12/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Saclay, Ile-de-France) - Laboratoire de recherche en informatique (Orsay, Essonne ; 1998-2020)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Sarah Cohen-Boulakia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Pietriga, Caroline Appert, Sarah Cohen-Boulakia, Christophe Hurter, Guillaume Touya, Jason Dykes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Hurter, Guillaume Touya

Mots clés

Mots clés contrôlés

Data visualisation

Système d'information géographique

Interaction humain-machine

Mots clés libres

Techniques d'interaction

Applications cartographiques

Géovisualisation

Interaction techniques

Cartographic applications

Geovisualization

Résumé

Les utilisateurs experts de SIG (Systèmes d'Information Géographique) doivent souvent mettre en relation et comparer des représentations hétérogènes d'une même région géographique. Par exemple, la mise à jour des bases des données géographiques, comme OpenStreetMap, nécessite une comparaison entre des cartes existantes et des images satellite récentes. Les moyens de combiner les cartes sont pourtant souvent limités à des techniques qui ne prennent pas en compte les données contenues dans les cartes, comme des techniques de superposition qui permettent de varier l'opacité de la couche supérieure. Ces techniques n'appuient pas efficacement les utilisateurs dans des tâches dans les domaines de l'analyse de crime ou la planification urbaine. Cette thèse vise à proposer des nouvelles transitions interactives pour combiner différentes représentations en une, soit de façon spatiale (multiplexage spatial) ou temporelle (multiplexage temporel). Afin de mieux comprendre les limites des techniques existantes, la première contribution de cette thèse est une évaluation de cinq techniques de comparaison de cartes interactives. On caractérise ces techniques par rapport à leur niveau de perturbation visuelle, de division de l'attention et leur stratégie de recherche. Pour les évaluer, on demande aux participants de trouver des différences entre des images aériennes et des cartes topographiques (modifiées à la main en ajoutant six types de différences). Les résultats suggèrent que les techniques qui superposent les couches sont plus efficaces que les techniques que les juxtaposent et qu'une stratégie de recherche motrice peut apporter des bénéfices pour certaines tâches. D'après les résultats de l'évaluation et des entretiens avec des utilisateurs experts en GIS, on introduit MapMosaic, la deuxième contribution de cette thèse. MapMosaic est une technique nouvelle de multiplexage spatial pour combiner des cartes. Ce modèle de composition dynamique permet aux utilisateurs de créer et manipuler des régions de composition locale de façon interactive, en considérant l'information sémantique et les attributs des objets et des champs. On a évalué MapMosaic en utilisant deux approches: premièrement, on compare son modèle d'interaction au modèle de QGIS (un logiciel SIG très utilisé) et MAPublisher (un outil cartographique professionnel) en utilisant les “Dimensions Cognitives” et avec une comparaison analytique, les résultats suggèrent que le modèle de MapMosaic est plus flexible et peut mieux appuyer les utilisateurs dans leur tâches. Ensuite, on rapporte des retours utilisateurs des experts qui confirment le potentiel de MapMosaic, grâce à des cas d'utilisation précis. Le multiplexage spatial peut être très utile pour comparer différentes couches géographiques. Cependant, le multiplexage temporal pourrait être plus approprié pour la représentation des dynamiques, puisque les changements peuvent être animes. Ceci pourrait être utile de façon particulière pour présenter des changements entre des images satellites, par exemple, pour montrer les effets du réchauffement climatique. Ainsi, la troisième contribution de la thèse est Baia: un cadre pour créer des transitions animées avancées, appelles plans d'animation, entre des couples d'images avant après. Baia est basé sur un modèle de transition par pixel qui permet de créer des animations très variées. Il reste simple d'utilisation grâce à des primitives d'animations prédéfinies permettant de représenter des changements géographiques communs facilement. On décrit le modèle et l'outil d'édition d'animation associé et deux études avec utilisateurs. Le premier suggère que les animations crées avec Baia sont perçues comme plus réalistes et focalisent mieux l'attention des spectateurs et le deuxième rassemble des retours sur l'outil d'édition d'animations.

GIS experts often need to relate and compare heterogeneous geographical representations of the same region. For example, existing maps are compared to recent satellite imagery to update geographic databases, like OpenStreetMap. The means to do so, are, however often limited to data agnostic techniques such as overlaying the representations with some degree of translucency or swiping between layers. These techniques do not support users effectively in their tasks in domains such as crime analysis or urban planning. This thesis aims at proposing new interactive transitions to combine those multiple representations into one, either spatially (spatial multiplexing) or temporally (temporal multiplexing).To better understand the limits of existing approaches, this thesis first contribution is an evaluation of five interactive map comparison techniques. We characterise these techniques in terms of visual interference, user attention and scanning strategy. We evaluate them by asking participants to find differences between real satellite imagery and topographic maps, that we purposefully modified introducing six kinds of differences. Results suggest that techniques that superimpose the layers are more efficient than techniques that juxtapose them and that having a more motor driven scanning strategy can be beneficial for some tasks. Drawing from the evaluation results and interviews with GIS experts, the second contribution of this thesis is MapMosaic: a novel spatial multiplexing technique to combine geographical layers. This dynamic compositing model enables users to interactively create and manipulate local composites of multiple vector and raster map layers, taking into account the semantics and attribute values of objects and fields. We evaluate MapMosaic using two approaches: first we compare MapMosaic’s interaction model to QGIS’ (a widely used desktop GIS) and MAPublisher’ (a professional cartography tool) using the ‘Cognitive Dimensions’ framework and through an analytical comparison, suggesting that MapMosaic’s model is more flexible and can support users more effectively in their tasks. Secondly, we report on feedback obtained from experts, which further confirms the potential of MapMosaic, by describing precise scenarios where it could be useful. Spatial multiplexing can be very useful when comparing different geographical layers. However, time multiplexing might be more suitable to represent dynamics, as changes can be animated. This can be particularly useful when presenting evolution across satellite images, to illustrate effects of climate change or a natural disaster’s impact. Thus, the third contribution of this thesis is Baia: a framework to create advanced animated transitions, called animation plans, between pairs of before-and-after images. Baia relies on a pixel-based transition model that gives authors much expressive power, while keeping animations for common types of changes easy to create thanks to predefined animation primitives. We describe the model and the associated animation editor. We also report on two user studies: the first one suggests that advanced animations are perceived as more realistic and better at focusing viewer’s attention than monolithic blending, and the second one gathers feedback about the usability of Baia’s animation editor prototype.