dizertační práce

Automatické umísťování popisu bodových dat

Text práce 90.24 MB Příloha 463.75 kB Teze 90.24 MB

Autor práce: Ing. Petr Bobák, Ph.D.

Ak. rok: 2024/2025

Vedoucí: doc. Ing. Martin Čadík, Ph.D.

Oponenti: prof. Dr. Ing. Eduard Gröller, Prof. Ivan Viola

Abstrakt:

Automatické umísťování popisu je klíčovým aspektem vizualizace dat. Popis je zásadní pro zvýšení srozumitelnosti a čitelnosti vizuálních reprezentací napříč různými oblastmi, jako jsou kartografie, lékařské zobrazování a krizový management. Popisek, v plurálu popis, v tomto kontextu odkazuje na textovou nebo symbolickou anotaci, která identifikuje nebo vysvětluje konkrétní bodový prvek v rámci vizualizace, jako je název města na mapě, hodnota měření na lékařském snímku nebo pozice defibrilátoru v situační mapě pro krizový managment integrovaného záchranného systému. Tato disertace si klade za cíl prohloubit tuto oblast vývojem nových metod, které řeší inherentní výzvy spojené s umísťováním interního a externího popisu v komplexních vizualizacích.  Interní popis spočívá v umístění textových nebo symbolických anotací poblíž bodových prvků uvnitř hranic vizualizace. Externí popis naopak odkazuje na umístění mimo hlavní vizualizaci, kde jsou bodové prvky propojeny s příslušným popisem pomocí čar. 
Náš výzkum se zaměřuje na tři klíčové oblasti: dosažení časově stabilního a vizuálně koherentního umístění popisu na okraji vizualizace, využití strojového učení ke zvýšení úplnosti popisu a optimalizaci umístění popisu s využitím percepčních poznatků. Disertace poskytuje komplexní přehled stávajících přístupů, který identifikuje významné mezery v řešení dynamických vizualizací a udržování vizuální koherence. Literární přehled také ukazuje, že kvalita umístění popisu není zcela a přesně definována a mnohé kartografické doporučení se spoléhají na zažité postupy spíše než na empirické studie s uživateli. Na základě těchto poznatků jsme představili nové optimalizační metody umísťování popisu na okraj dynamických panoramatických vizualizací, které minimalizují pohyb popisu a snižují kognitivní zátěž uživatele. Experimentální výsledky demonstrují signifikantní zlepšení vizuální koherence popisu bez negativního vlivu na jeho čitelnost nebo jednoznačnost. V kontextu interního umísťování popisu jsme prozkoumali význam hlubokého posilovaného učení a na tomto základě jsme představili novou metodu, která výrazně zlepšuje úplnost popisu, zejména v hustých a komplexních vizualizacích. Dále jsme uspořádali percepční studii, která identifikuje uživatelsky preferované pozice popisu kolem význačných bodů, zpochybňuje konvenční doporučení a vyzdvihuje důležitost zohlednění uživatelských preferencí při umísťování popisu. Naše následná studie zabývající se preferovanou hustotou popisu, což je téma v existující literatuře zřídka zkoumané, dále potvrzuje, že integrace percepčních poznatků do procesu umísťování popisu výrazně zlepšuje celkový uživatelský zážitek, což vede k intuitivnějším a přehlednějším vizualizacím. 
Ačkoli představené metody poskytují podstatná zlepšení oproti stávajícím technikám, je potřeba zmínit také jejich limitace, jako je komplexní implementace optimalizační metody umísťování popisu v dynamických vizualizacích a výpočetní náročnost umísťování popisu s využitím posilovaného učení. Budoucí směry výzkumu zahrnují vývoj smíšených modelů umísťování popisů pro 3D vizualizace, optimalizaci výpočetní efektivity a další prohlubovaní znalostí o vnímání popisu uživatelem.

Klíčová slova:

Vizualizace dat, automatické umísťování popisu, externí umísťování popisu, interní umísťování popisu, strojové učení ve vizualizaci, hluboké posilované učení, percepce, vizuální koherence, dynamické vizualizace, design zaměřený na uživatele, optimalizace polohy popisu

Termín obhajoby

09.12.2024

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaPznamka

Průběh obhajoby

The student presented the goals and results that he achieved within his work of the dissertation. The student has competently answered the questions of the committee members and reviewers. The discussion is recorded on the discussion sheets, which are attached to the protocol. Number of discussion sheets: 3 The committee has agreed unanimously that the student has fulfilled the requirements for being awarded the academic title Ph.D. The committee and reviewers recommend awarding the thesis the Dean's prize.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Výpočetní technika a informatika (VTI-DR-4)

Studijní obor

Výpočetní technika a informatika (DVI4)

Složení komise

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. Eduard Gröller (člen)
doc. RNDr. Barbora Kozlíková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Pavel Slavík, CSc. (člen)
doc. Dr. Ing. Eduard Sojka (člen)

For full version, please refer to the pdf file.


Ing. Petr Bobák, in his dissertation titled "Automatic Point-feature Label Placement," addresses the issue of automatic label placement which is a central aspect of data visualization. In my opinion, this is a very current and challenging topic in contemporary data visualization research. The topic of automatic label placement was brought to our attention through practical applications of camera pose estimation methods, which we have been working on within the CPhoto@FIT research group since 2009.


I noticed Petr Bobák's diligence and talent during his engineering studies at FIT BUT. Petr joined our CPhoto@FIT research group in the fall of 2017. He began familiarizing himself with the topic of automatic label placement while simultaneously working in the commercial sector. Over time, Petr delved deeply into the issues of mathematical optimization, machine learning, and user experiments. From the beginning of his doctoral studies, Petr was very passionate about research. Nevertheless, as far as I can judge, he managed to balance his research efforts with his professional and personal life very well. Within the CPhoto@FIT research group, Petr was always willing to help his colleagues.


Among Petr Bobák's main research results are new methods for temporally coherent boundary label placement, which were published in the Computers and Graphics journal and presented at the CGI (Computer Graphics International) conference. The most significant result, in my opinion, is a new method for internal label placement, which is one of the first to use machine learning (specifically reinforcement learning) to increase label completeness. This result was published in the prestigious journal IEEE TVCG (Transactions on Visualization and Computer Graphics) and presented at the PacificVis conference.


Working with Petr Bobák has been a pleasure for me, especially due to his professional approach, reliability, and diligence. It has been an honor to observe and contribute to Petr Bobák's development from a fresh engineer to a confident and successful young researcher. Given the above-mentioned facts, I am pleased to recommend Ing. Petr Bobák's work for defense.

Soubor vložený vedoucím Velikost
Stanovisko školitele [.pdf] 60,10 kB

Moreover, the evaluations do more than merely present data; they reveal a range of non-trivial insights that deepen the reader’s understanding of the subject. Overall, the thesis and the student´s achievements until now fully meet the generally accepted requirements for the award of an academic degree (in accordance with Section 47 of Act No. 111/1998 Coll., on higher education institution).
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 226,39 kB

Posudek oponenta
Prof. Ivan Viola

Three research works presented in the thesis substantially contribute to visualization.
Additionally, the survey is valuable on its own and is an additional contribution of this dissertation. In all presented research projects, there is always a valid problem to tackle, the technical solution is appropriate and novel, and it is exhaustively compared to the state-of-the-art methods in quantitative performance evaluation and user studies. Ing. Petr Bobák has clearly demonstrated his capacity as an independent researcher. In conclusion, from the position of an external reviewer, I propose to approve the dissertation in its current form and support the candidate in defending his thesis.
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 169,50 kB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová