Investigating the effectiveness of an efficient label placement method using eye movement data

This paper focuses on improving the efficiency and effectiveness of dynamic and interactive maps in relation to the user. A label placement method with an improved algorithmic efficiency is presented. Since this algorithm has an influence on the actual placement of the name labels on the map, it is tested if this efficient algorithms also creates more effective maps: how well is the information processed by the user. We tested 30 participants while they were working on a dynamic and interactive map display. Their task was to locate geographical names on each of the presented maps. Their eye movements were registered together with the time at which a given label was found. The gathered data reveal no difference in the user's response times, neither in the number and the duration of the fixations between both map designs. The results of this study show that the efficiency of label placement algorithms can be improved without disturbing the user's cognitive map. Consequently, we created a more efficient map without affecting its effectiveness towards the user

An empirical study of algorithms for point feature label placement

A major factor affecting the clarity of graphical displays that include text labels is the degree to which labels obscure display features (including other labels) as a result of spatial overlap. Point-feature label placement (PFLP) is the problem of placing text labels adjacent to point features on a map or diagram so as to maximize legibility. This problem occurs frequently in the production of many types of informational graphics, though it arises most often in automated cartography. In this paper we present a comprehensive treatment of the PFLP problem, viewed as a type of combinatorial optimization problem. Complexity analysis reveals that the basic PFLP problem and most interesting variants of it are NP-hard. These negative results help inform a survey of previously reported algorithms for PFLP; not surprisingly, all such algorithms either have exponential time complexity or are incomplete. To solve the PFLP problem in practice, then, we must rely on good heuristic methods. We propose two new methods, one based on a discrete form of gradient descent, the other on simulated annealing, and report on a series of empirical tests comparing these and the other known algorithms for the problem. Based on this study, the first to be conducted, we identify the best approaches as a function of available computation time.Engineering and Applied Science

Placing Arrows in Directed Graph Drawings

We consider the problem of placing arrow heads in directed graph drawings without them overlapping other drawn objects. This gives drawings where edge directions can be deduced unambiguously. We show hardness of the problem, present exact and heuristic algorithms, and report on a practical study.Comment: Appears in the Proceedings of the 24th International Symposium on Graph Drawing and Network Visualization (GD 2016

A multi-agent system for on-the-fly web map generation and spatial conflict resolution

Résumé Internet est devenu un moyen de diffusion de l’information géographique par excellence. Il offre de plus en plus de services cartographiques accessibles par des milliers d’internautes à travers le monde. Cependant, la qualité de ces services doit être améliorée, principalement en matière de personnalisation. A cette fin, il est important que la carte générée corresponde autant que possible aux besoins, aux préférences et au contexte de l’utilisateur. Ce but peut être atteint en appliquant les transformations appropriées, en temps réel, aux objets de l’espace à chaque cycle de génération de la carte. L’un des défis majeurs de la génération d’une carte à la volée est la résolution des conflits spatiaux qui apparaissent entre les objets, essentiellement à cause de l’espace réduit des écrans d’affichage. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle approche basée sur la mise en œuvre d’un système multiagent pour la génération à la volée des cartes et la résolution des conflits spatiaux. Cette approche est basée sur l’utilisation de la représentation multiple et la généralisation cartographique. Elle résout les conflits spatiaux et génère les cartes demandées selon une stratégie innovatrice : la génération progressive des cartes par couches d’intérêt. Chaque couche d’intérêt contient tous les objets ayant le même degré d’importance pour l’utilisateur. Ce contenu est déterminé à la volée au début du processus de génération de la carte demandée. Notre approche multiagent génère et transfère cette carte suivant un mode parallèle. En effet, une fois une couche d’intérêt générée, elle est transmise à l’utilisateur. Dans le but de résoudre les conflits spatiaux, et par la même occasion générer la carte demandée, nous affectons un agent logiciel à chaque objet de l’espace. Les agents entrent ensuite en compétition pour l’occupation de l’espace disponible. Cette compétition est basée sur un ensemble de priorités qui correspondent aux différents degrés d’importance des objets pour l’utilisateur. Durant la résolution des conflits, les agents prennent en considération les besoins et les préférences de l’utilisateur afin d’améliorer la personnalisation de la carte. Ils améliorent la lisibilité des objets importants et utilisent des symboles qui pourraient aider l’utilisateur à mieux comprendre l’espace géographique. Le processus de génération de la carte peut être interrompu en tout temps par l’utilisateur lorsque les données déjà transmises répondent à ses besoins. Dans ce cas, son temps d’attente est réduit, étant donné qu’il n’a pas à attendre la génération du reste de la carte. Afin d’illustrer notre approche, nous l’appliquons au contexte de la cartographie sur le web ainsi qu’au contexte de la cartographie mobile. Dans ces deux contextes, nous catégorisons nos données, qui concernent la ville de Québec, en quatre couches d’intérêt contenant les objets explicitement demandés par l’utilisateur, les objets repères, le réseau routier et les objets ordinaires qui n’ont aucune importance particulière pour l’utilisateur. Notre système multiagent vise à résoudre certains problèmes liés à la génération à la volée des cartes web. Ces problèmes sont les suivants : 1. Comment adapter le contenu des cartes, à la volée, aux besoins des utilisateurs ? 2. Comment résoudre les conflits spatiaux de manière à améliorer la lisibilité de la carte tout en prenant en considération les besoins de l’utilisateur ? 3. Comment accélérer la génération et le transfert des données aux utilisateurs ? Les principales contributions de cette thèse sont : 1. La résolution des conflits spatiaux en utilisant les systèmes multiagent, la généralisation cartographique et la représentation multiple. 2. La génération des cartes dans un contexte web et dans un contexte mobile, à la volée, en utilisant les systèmes multiagent, la généralisation cartographique et la représentation multiple. 3. L’adaptation des contenus des cartes, en temps réel, aux besoins de l’utilisateur à la source (durant la première génération de la carte). 4. Une nouvelle modélisation de l’espace géographique basée sur une architecture multi-couches du système multiagent. 5. Une approche de génération progressive des cartes basée sur les couches d’intérêt. 6. La génération et le transfert, en parallèle, des cartes aux utilisateurs, dans les contextes web et mobile.Abstract Internet is a fast growing medium to get and disseminate geospatial information. It provides more and more web mapping services accessible by thousands of users worldwide. However, the quality of these services needs to be improved, especially in term of personalization. In order to increase map flexibility, it is important that the map corresponds as much as possible to the user’s needs, preferences and context. This may be possible by applying the suitable transformations, in real-time, to spatial objects at each map generation cycle. An underlying challenge of such on-the-fly map generation is to solve spatial conflicts that may appear between objects especially due to lack of space on display screens. In this dissertation, we propose a multiagent-based approach to address the problems of on-the-fly web map generation and spatial conflict resolution. The approach is based upon the use of multiple representation and cartographic generalization. It solves conflicts and generates maps according to our innovative progressive map generation by layers of interest approach. A layer of interest contains objects that have the same importance to the user. This content, which depends on the user’s needs and the map’s context of use, is determined on-the-fly. Our multiagent-based approach generates and transfers data of the required map in parallel. As soon as a given layer of interest is generated, it is transmitted to the user. In order to generate a given map and solve spatial conflicts, we assign a software agent to every spatial object. Then, the agents compete for space occupation. This competition is driven by a set of priorities corresponding to the importance of objects for the user. During processing, agents take into account users’ needs and preferences in order to improve the personalization of the final map. They emphasize important objects by improving their legibility and using symbols in order to help the user to better understand the geographic space. Since the user can stop the map generation process whenever he finds the required information from the amount of data already transferred, his waiting delays are reduced. In order to illustrate our approach, we apply it to the context of tourist web and mobile mapping applications. In these contexts, we propose to categorize data into four layers of interest containing: explicitly required objects, landmark objects, road network and ordinary objects which do not have any specific importance for the user. In this dissertation, our multiagent system aims at solving the following problems related to on-the-fly web mapping applications: 1. How can we adapt the contents of maps to users’ needs on-the-fly? 2. How can we solve spatial conflicts in order to improve the legibility of maps while taking into account users’ needs? 3. How can we speed up data generation and transfer to users? The main contributions of this thesis are: 1. The resolution of spatial conflicts using multiagent systems, cartographic generalization and multiple representation. 2. The generation of web and mobile maps, on-the-fly, using multiagent systems, cartographic generalization and multiple representation. 3. The real-time adaptation of maps’ contents to users’ needs at the source (during the first generation of the map). 4. A new modeling of the geographic space based upon a multi-layers multiagent system architecture. 5. A progressive map generation approach by layers of interest. 6. The generation and transfer of web and mobile maps at the same time to users

Algorithms for Automatic Label Placement

Práce popisuje problém automatického umísťování popisků do mapy. Jednotlivé bodové, čárové a plošné objekty v mapě je třeba označit odpovídajícími textovými či obrázkovými popisky. Tyto popisky je nutné rozmístit tak, aby se vzájemně nepřekrývaly a zároveň byly jasně přiřaditelné k odpovídajícím objektům. O problému je známo, že je NP-těžký a nalezení optimálního rozmístění všech popisků je výpočetně velmi náročné i pro nejjednodušší mapy. Pozornost je věnována umísťování popisků označujících bodové a čárové objekty, včetně prvního kroku obnášejícího přípravu možných pozic pro umístění těchto popisků, při dodržení běžných kartografických pravidel pro rozmísťování popisků. Následně jsou na problém aplikovány tři různé druhy algoritmů -- greedy ("hladové") algoritmy v kombinaci s lokálním prohledáváním, matematická optimalizace (v podobě 0-1 celočíselného programování) a genetické algoritmy. Popsané algoritmy jsou v softwarové části práce implementovány a na závěr porovnány na několika různých datových sadách, vycházejících z reálných geografických podkladů a z náhodně vygenerovaných map. Závěrečné srovnání se zaměřuje na kvalitu výsledného rozmístění (dle metrik definovaných v práci), času potřebnému k nalezení řešení a také na determinističnost daných algoritmů.Thesis describes the problem of automatic map label placement. Various point, line or area features in maps must be marked with matching text or graphic labels. These labels have to be placed so they do not overlap with each other and they are clearly associable with corresponding map features. The problem is known to be NP-hard and finding optimal positions of all map labels is highly computationally expensive, even for the simplest maps. Focus is given to the placement of labels describing point and line map features, including the initial phase of enumerating possible label positions, respecting the basic cartographic rules common for those labels. Afterwards, three different algorithm types are applied to the problem itself -- greedy algorithms (in combination with local search optimization), mathematical optimization (0-1 integer programming) and genetic algorithms. Ultimately, the described algorithms are implemented in the software part of the work and compared on various data sets, based on both real world geographical data and randomly generated maps. The final comparison focuses especially on the quality of the result (scored by the metrics defined in the thesis), time needed to find the solution and determinism of the given algorithms