Un des buts de l'infographie est de produire des images réalistes. Pour cela, des artistes créent des modèles géométriques complexes ornés de textures détaillées. Malheureusement, selon l'application visée et les ressources disponibles, il doivent souvent "prendre des raccourcis" en répétant des textures ou en utilisant des modèles simples dont les détails sont simulés par une série de couches d'apparence. Afin de créer des objets 3D réalistes, la meilleure source d'inspiration est le monde réel lui-même. Dans ce contexte, nous proposons d'aider l'artiste à créer ces couches d'apparence à partir de l'analyse d'exemples. Nous nous attaquons tout d'abord à la couche de texture couleur, et plus particulièrement aux textures structurées.<br />En effet, ces dernières sont difficilement reproductibles de manière automatique et leur répétition visuelle est gênante pour l'observateur. Afin de réussir à propager de telles textures à partir d'un exemplaire donné, nous proposons de découpler la structure de l'apparence.<br />Nous traitons le problème tout d'abord sous un aspect géométrique. Les textures structurées sont représentées par un maillage 2D qui est analysé afin d'en extraire une description statistique compacte menant à la création d'un générateur permettant de reproduire la structure originelle à volonté. L'utilisateur est pris en compte tout au long du processus et peut influencer le résultat grâce à des cartes de contraintes.<br />En parallèle, nous analysons l'apparence de la texture structurée afin d'extraire un ensemble réduit de textures représentant les matériaux utilisés pour l'intérieur des régions et leur contour. Ces informations nous permettent d'"habiller" de nouvelles structures de manière efficace. Dans un troisième temps, nous utilisons l'information de structure et de texture, ainsi que des informations usager afin de générer et propager des détails 3D sur des modèles. Nous proposons un système générique qui permettra d'alléger les artistes de tâches souvent répétitives et fastidieuses. Nous appliquons ce système à la génération de cartes de hauteurs et présentons plusieurs autres cas d'application.<br />L'ensemble des techniques proposées permet de synthétiser des textures structurées détaillées à partir d'exemples avec un coût mémoire réduit et permettant un rendu en temps-réel, tout en laissant du contrôle à l'utilisateur.

Les problèmes de visibilité sont centraux pour bien des applications en synthèse d'images. Les exemples les plus classiques sont le calcul de vue, les limites d'ombres, la visibilité mutuelle de paires de points, etc. Nous présentons tout d'abord une étude théorique des propriétés de visibilité tridimensionnelle dans l'espace des rayons lumineux. Nous regroupons les rayons qui voient le même objet, ce qui définit le complexe de visibilité 3D. Les frontières de ces groupes de rayons décrivent les événements visuels de la scène (limites d'ombres, apparition d'objets lors du déplacement d'un observateur, etc.). Nous simplifions le complexe de visibilité en un graphe de l'espace des droites que nous appelons le squelette de visibilité. Les événements visuels sont les arcs de ce graphe, et notre algorithme de construction évite le traitement complexe des ensembles 1D de droites correspondants. Nous calculons uniquement les extrémités (droites à 0 degré de liberté) de ces ensembles, et les événements visuels sont déduits topologiquement grâce à un catalogue d'adjacences. Notre implémentation montre que le squelette est plus robuste, plus général et plus efficace que les structures antérieures. Nous avons appliqué le squelette de visibilité à la simulation de l'éclairage, où il permet des calculs plus précis de manière plus rapide. Nous avons également développé un précalcul pour l'affichage de scènes très complexes. Nous calculons l'ensemble des objets potentiellement visibles depuis un volume de l'espace. Notre méthode est la première qui prend en compte l'occultation due à la conjonction de plusieurs bloqueurs dans ce contexte. Nos tests d'occultation sont effectués grâce à des projections étendues sur des plans, ce qui les rend simples, efficaces et robustes. Nous proposons enfin un vaste tour d'horizon des travaux sur la visibilité dans différents domaines.

Nous présentons une approche de rendu à base d'images (IBR) qui permet, à partir de photos, de naviguer librement et générer des points de vue quelconques dans des scènes urbaines. Les approches précédentes dépendent des modèles 3D et donnent lieu à des rendus de qualité réduite avec beaucoup d'artefacts. Dans cette thèse, nous proposons une approximation basée sur l'image pour compenser le manque de précision de la géométrie 3D. Nous utilisons un warp d'image guidé par des cartes de profondeur quasi-denses qui donnent lieu à beaucoup moins d'artefacts. En se basant sur cette approche, nous avons développé une méthode entièrement automatique permettant de traiter les scènes complexes. Nous sur-segmentons les images d'entrées en superpixels qui limitent les occlusions sur les bords des objets. Nous introduisons la synthèse de profondeur pour créer une approximation de cette profondeur mal reconstruite dans certaines régions et calculons les warps sur les superpixels pour synthétiser le résultat final. Nous comparons nos résultats à de nombreuses approches récentes. Nous avons analysé les artefacts de l'IBR d'un point de vue perceptif en comparant les artefacts générés par le mélange de plusieurs images avec ceux des transitions temporelles brusques et avons élaboré une méthodologie pour la sélection d'un compromis idéal entre les deux. Nous avons également analysé les distorsions perspectives et avons développé un modèle quantitatif qui permet de prédire les distorsions en fonction des paramètres de capture et de visualisation. Comme application, nous avons mis en œuvre un système de réalité virtuelle qui utilise l'IBR à la place de l'infographie traditionnelle.

En tant qu'une nouvelle alternative à la MoCap standard, la capture de surface 4D est motivée par la demande croissante des produits médiatiques de contenu 3D très réaliste. Ce type de données fournit une information complète et réelle de la forme, l'apparence et la cinématique de l'objet dynamique d'intérêt. On aborde dans cet ouvrage certaines taches liées à l'acquisition et l'exploitation de données 4D, obtenues à travers les vidéos multi-vues, avec un intérêt particulier aux formes humaines en mouvements. Parmi ces problèmes, certains ont déjà reçu beaucoup d'intérêt de la part des communautés de vision par ordinateur et d'infographie, mais plusieurs challenges restent ouverts à cet égard. En particulier, nous abordons la synthèse d'animation basée sur des exemples, la modélisation d'apparence et le transfert sémantique de mouvement.On introduit premièrement une méthode pour générer des animations en utilisant des séquences de maillages de mouvements élémentaires d'une forme donnée. De nouveaux mouvements satisfaisant des contraints hauts-niveaux sont construites en combinant et interpolant les trames des données observées. Notre méthode apporte une amélioration local au processus de la synthèse grâce à l'optimisation des transitions interpolées, ainsi qu'une amélioration globale avec une structure organisatrice optimale qu'on appelle le graph essentiel.On aborde en suite la construction de représentations efficaces de l'apparence de formes en mouvement observées à travers des vidéos multi-vue. On propose une représentation par sujet qui identifie la structure sous-jacente de l'information d'apparence relative à uneforme particulière. La représentation propre résultante représente les variabilités d'apparence dues au point de vue et au mouvement avec les textures propres, et celles dues aux imprécisions locales dans le modèle géométrique avec les déformations propres. Outre fournir des représentation compactes, ces décompositions permettent aussi l'interpolation et la complétion des apparences.Finalement, on s'intéresse au problème de transfert de mouvement entre deux modèles 4D capturés. Étant donné des ensembles d'apprentissages pour deux sujets avec des correspondances sémantiques éparses entre des poses clés, notre méthode est capable de transférer un nouveau mouvement capturé d'un sujet vers l'autre. Nous contribuons principalement un nouveau modèle de transfert basé sur l'interpolation non-linéaire de pose et de déplacement qui utilise les processus Gaussiens de régression. / As a new alternative to standard motion capture, 4D surface capture is motivated by the increasing demand from media production for highly realistic 3D content.Such data provides real full shape, appearance and kinematic information of the dynamic object of interest. We address in this work some of the tasks related to the acquisition and the exploitation of 4D data, as obtained through multi-view videos, with an emphasis on corpus of moving subjects. Some of these problems have already received a great deal of interest from the graphics and vision communities, but a number of challenges remain open in this respect. We address namely example based animation synthesis, appearance modelling and semantic motion transfer.We first propose a method to generate animations using video-based mesh sequences of elementary movements of a shape. New motions that satisfy high-level user-specified constraints are built by recombining and interpolating the frames in the observed mesh sequences. Our method brings local improvement to the synthesis process through optimized interpolated transitions, and global improvement with an optimal organizing structure that we call the essential graph.We then address the problem of building efficient appearance representations of shapes observed from multiple viewpoints and in several movements. We propose a per subject representation that identifies the underlying manifold structure of the appearance information relative to a shape. The resulting Eigen representation encodes shape appearance variabilities due to viewpoint and illumination, with Eigen textures, and due to local inaccuracies in the geometric model, with Eigen warps. In addition to providing compact representations, such decompositions also allow for appearance interpolation and appearance completion.We finally address the problem of transferring motion between captured 4D models. Given 4D training sets for two subjects for which a sparse set of semantically corresponding key-poses are known, our method is able to transfer a newly captured motion from one subject to the other. The method contributes a new transfer model based on non-linear pose and displacement interpolation that builds on Gaussian process regression.

Ce mémoire de recherche-création explore le lien entre les implications théoriques et pratiques de la production de personnages numériques non réalistes. Les technologies d’imagerie de synthèse permettent aux personnages virtuels de partager l’espace filmique avec des êtres de chair dans une même image isotopique. Le réalisme perceptuel fournit un cadre conceptuel qui inscrit ces effets visuels dans une esthétique de l’illusion, initiée dès les débuts du cinéma. Le corps de l’acteur virtuel est simulé de manière à reproduire le corps réel dans ses mécanismes physiques. Cependant, le regard porté sur le corps biologique est empreint des discours et des pratiques qui l’entourent, tout comme le corps numérique est porteur de ses propres discours. Le corps physique étant une norme, les figures qui s’écartent de celle-ci exploitent la monstruosité, envisagée comme un écart par rapport à la norme, en tant qu’esthétique.

L’informatique affective vise à développer des systèmes informatiques capables de reconnaître et de recréer en réalité virtuelle certains états internes de l’humain. La douleur est un de ces états internes qui est décrit comme une expérience subjective à la fois sensorielle et affective. Pour communiquer aux autres notre douleur, les expressions faciales sont un moyen adaptatif. Si la composition en termes de mouvements faciaux est bien connue pour la douleur, le décours temporel de ces mouvements a peu été abordé. L’objectif du mémoire est de comparer le niveau de réalisme de différents décours temporels de l’expression faciale de la douleur chez des avatars et d’évaluer leur effet sur la douleur observée. Une étude empirique a été réalisée auprès de 45 adultes (22 femmes). Six ordres d’apparition de mouvements faciaux de la douleur et une apparition synchronisée ont été présentés aux participants par le biais de quatre avatars (deux femmes). Les participants ont jugé le niveau de réalisme des mouvements faciaux, ainsi que l’intensité et le niveau de désagrément de la douleur. Les résultats révèlent que les expressions de douleur sont perçues comme plus réalistes lorsque les mouvements autour des yeux apparaissent avant ceux autour du nez et de la bouche, comme plus intensément douloureuses lorsque les mouvements des sourcils sont les derniers à apparaître, et avec un niveau de désagrément plus élevé lorsque les mouvements autour du nez et de la bouche apparaissent avant ceux des sourcils. La séquence « Yeux, Nez/Bouche et Sourcils » était la seule qui était perçue comme étant la plus élevée au niveau du réalisme et de la douleur. Ce mémoire soulève l’importance de l’ordre d’apparition des mouvements faciaux dans la perception d’expressions de douleur, contribuant ainsi à l’avancement des connaissances sur le décodage et la production d’expressions de douleur en réalité virtuelle. / Affective computing aims to develop computer-based systems that can recognize and recreate some human internal states through virtual reality. Pain is one such internal states described as both a sensory and an affective subjective experience. To communicate our pain to others, facial expressions are an adaptive mean. Although the still pain facial expression is well defined, the sequential order of movements that compose it has rarely been addressed in research. The objective of this thesis is to compare the various levels of realism as well as pain intensity and unpleasantness level attributed to different sequential orders of avatars’ facial expressions of pain. An empirical study has been conducted with 45 adults (22 women), who rated seven orders of appearance of different facial pain movements (six sequences and one synchronized apparition) of four avatars (two women). The results showed that pain expressions were perceived: 1) as more realistic when the eye-related movements appeared before the nose- and mouth- related movements; 2) as more intensely painful when browsrelated movements were the last to appear; 3) as depicting higher unpleasantness level when the noseand mouth-related movements appeared before the brows-related movements. In fact, the sequence “Eyes, Nose/Mouth, Brows” was the only one that was perceived as the highest on both realism and pain level. The results of this study raise the importance of the order of appearance of facial movements in the perception of pain expressions. Thus, this thesis contributes to the field of affective computing through the advancement of knowledge on decoding and producing pain expressions in virtual reality.

Le flou de mouvement de haute qualité est un effet de plus en plus important en rendu interactif. Avec l'augmentation constante en qualité des ressources et en fidélité des scènes vient un désir semblable pour des effets lenticulaires plus détaillés et réalistes. Cependant, même dans le contexte du rendu hors-ligne, le flou de mouvement est souvent approximé à l'aide d'un post-traitement. Les algorithmes de post-traitement pour le flou de mouvement ont fait des pas de géant au niveau de la qualité visuelle, générant des résultats plausibles tout en conservant un niveau de performance interactif. Néanmoins, des artefacts persistent en présence, par exemple, de mouvements superposés ou de motifs de mouvement à très large ou très fine échelle, ainsi qu'en présence de mouvement à la fois linéaire et rotationnel. De plus, des mouvements d'amplitude importante ont tendance à causer des artefacts évidents aux bordures d'objets ou d'image. Ce mémoire présente une technique qui résout ces artefacts avec un échantillonnage plus robuste et un système de filtrage qui échantillonne selon deux directions qui sont dynamiquement et automatiquement sélectionnées pour donner l'image la plus précise possible. Ces modifications entraînent un coût en performance somme toute mineur comparativement aux implantations existantes: nous pouvons générer un flou de mouvement plausible et temporellement cohérent pour plusieurs séquences d'animation complexes, le tout en moins de 2ms à une résolution de 1280 x 720. De plus, notre filtre est conçu pour s'intégrer facilement avec des filtres post-traitement d'anticrénelage. / High-quality motion blur is an increasingly important effect in interactive graphics. With the continuous increase in asset quality and scene fidelity comes a similar desire for more detailed and realistic lenticular effects. However, even in the context of offline rendering, motion blur is often approximated as a post process. Recent motion blur post-processes have made great leaps in visual quality, generating plausible results with interactive performance. Still, distracting artifacts remain in the presence of, for instance, overlapping motion or large- and fine-scale motion features, as well as in the presence of both linear and rotational motion. Furthermore, large scale motion often tends to cause obvious artifacts at boundary points. This thesis addresses these artifacts with a more robust sampling and filtering scheme that samples across two directions which are dynamically and automatically selected to provide the most accurate image possible. These modifications come at a very slight penalty compared to previous motion blur implementations: we render plausible, temporally-coherent motion blur on several complex animation sequences, all in under 2ms at a resolution of 1280 x 720. Moreover, our filter is designed to integrate seamlessly with post-process anti-aliasing.

L'utilisation d'images de synthèse photo réalistes est aujourd'hui devenue commune, que ce soit pour la réalisation de films, la création d'environnements virtuels à des fins vidéo ludiques comme le jeu, ou même pour la prévisualisation de projets architecturaux. La compréhension et les avancées technologiques de ces 20 dernières années permettent maintenant de créer des images très réalistes. Dans certains cas, il est même devenu difficile, voire même impossible, de faire la distinction entre une photo d'un objet réel et une image virtuelle. Mais, pour atteindre un tel degré de réalisme, il faut créer des algorithmes complexes et coûteux, capables de simuler les lois physiques qui gouvernent les interactions de la lumière avec la matière. Les milieux participatifs en sont un parfait exemple. Ils sont incontournables et doivent être intégrés pendant les processus de création que ce soit pour simuler de la fumée, des nuages ou bien pour créer une atmosphère crédible. Malgré les performances toujours plus grandes des ordinateurs modernes, il est encore actuellement impossible de reproduire fidèlement dans un temps raisonnable. Certains effets visuels comme les caustiques ou la diffusion multiple sont difficiles à reproduire pour certains types d'algorithmes, si bien que l’on se limite souvent à une simplification des interactions. C’est encore plus vrai pour les applications temps réels qui nécessitent souvent des rendus à 30 images par seconde. La quantité et la qualité des images à calculer peuvent aussi être tellement importantes qu'il est nécessaire de mettre au point de nouveaux algorithmes. C'est le cas pour l'industrie cinématographique qui doit pouvoir anticiper et planifier ses rendus sur des fermes d'ordinateurs sur souvent plus d'une année et en même temps en contrôler rigoureusement l'aspect financier. Nous allons présenter et analyser dans ce mémoire différentes techniques de simulation de milieux participatifs et proposer certaines directions pour de futurs travaux. / Nowadays, the use of photo-realistic computer images is very common, whether for film making, creating virtual environments, video games, or even for pre-visualizing architectural projects. The understanding and technological advances of the last 20 years allow us to be able to create very realistic images. Indeed, it is sometimes difficult, if not impossible, to distinguish between a photo of a real object and a virtual image. But to achieve such a high degree of realism, it is necessary to create complex and costly algorithms capable of simulating the physical laws governing interactions between light and matter. Participating media are a perfect example, as they are unavoidable and must be integrated during the creative processes, whether for simulating smoke or clouds, or for creating a credible atmosphere. Despite the overpowering performance of modern computers, it is still currently impossible to reproduce participating media perfectly, and in a reasonable time. Some visual effects, such as caustics or multiple scattering, are difficult to reproduce for some kinds of algorithms, so one is often limited to a simplification of the interactions. This is even more true for real-time applications that often require rendering at 30 frames per second. The quantity and the quality of the images to be calculated can also be so important that it is necessary to develop new algorithms. This is the case for the film industry, which must be able to anticipate and plan its renderings on computer farms, often over a year, and at the same time strictly control the financial aspect. We will present in this thesis various techniques of simulation of participating media, analyse them, and propose certain directions for future work.

La présente thèse pose la question de l’usage des techniques infographiques et images de synthèse pour représenter les vestiges du passé et plus exactement le patrimoine archéologique et architectural. Cette réflexion est bâtie autour d’une approche multiple. Les dispositifs infographiques appartenant, en effet, à l’ensemble des inventions médiatiques et culturelles nées dans la société d’après-guerre, notre étude se veut profondément transdisciplinaire, empruntant des théories à l’Histoire de l’art, l’Archéologie et les Sciences de l’Information et de la Communication. Le parcours suivi consiste à sortir de la dimension purement technicienne afin d’analyser ces dispositifs comme des espaces culturels de représentation, au sein d’une communauté scientifique (les « spécialistes ») et à destination du grand public (les « néophytes »). La figuration du patrimoine monumental à l’aide des outils infographiques n’est assurément pas apparue spontanément en tant que telle du jour au lendemain, que ce soit dans la sphère publique ou dans la sphère plus restreinte de la communauté des chercheurs. Si ce phénomène est évidemment intimement corrélé à l’évolution du secteur informatique, il serait bien trop simpliste de le considérer comme seulement consécutif de cette révolution technologique. En effet, des transformations des espaces médiatiques et scientifiques se jouent parallèlement. La conservation des monuments historiques et sites archéologiques, leur inscription dans l’espace public ou leur mise en exposition suscitent par conséquent débats et controverses au sein de la sphère des chercheurs et des institutionnels. Ces sujets interpellent plus généralement le concept de patrimoine, autant pour des raisons idéologiques qu’historiques. Il s’agit donc de déceler à travers cette étude les éléments socioculturels qui ont engendré l’émergence et le développement de ces pratiques à la fois graphiques, informatiques et scientifiques. Ainsi défini, le contexte nous donne ensuite accès à l’analyse des usages et des appropriations de ces outils par les différents acteurs de la sphère patrimoniale. Il convient enfin de s’attarder sur la matérialité de ces images et de mettre en évidence les espaces de médiation que créent ces dispositifs. En définitive, il semble que ce que nous donnent à voir ces nouvelles représentations, c'est une hybridation des pratiques de communication et des codes signifiants entre culture « savante » et culture « populaire ». / This thesis raises the issue of the use of infographic techniques and synthetic imagery to represent vestiges of the past, in particular archaeological and architectural heritage. Our approach is multidisciplinary. Since infographic systems belong to the category of media-related and cultural inventions that have come into existence since World War II, our study aims to be comprehensive, drawing on Art History, Archaeology, Information and Communications Technology. Our intention is to look beyond the purely technical dimension and to analyse these systems as cultural spaces of representation, within the scientific community (“specialists”) and for the general public (“neophytes”). Representation of built heritage using infographic tools has of course not sprung up spontaneously overnight, whether in the public sphere or in the more restricted sphere of the research community. Although this phenomenon is of course closely correlated with the development of the IT sector, it would be simplistic to regard it only as a consequence of this technological revolution. Indeed, changes in the media and scientific fields have gone hand in hand. The conservation of historic monuments and archaeological sites, their listing as being of public interest and management for exhibition purposes, consequently gives rise to debate and controversy in both the scientific-research and institutional spheres. More generally, these matters raise the issue of “heritage”, as much for ideological as for historical reasons. The purpose, then, of this study is to identify the social and cultural factors that have led to the emergence and development of these practices, which involve a combination of graphics, information technology and scientific research. Thus defined, the context invites us to analyse the ways in which these tools have been used and appropriated by different players in the heritage industry. Finally, we need to consider the material aspect of these images and highlight the areas of mediation which these systems create. In conclusion, it would seem that these new modes of representation exemplify a hybridisation of communication practises and codes of meaning resulting from the mixing of “scientific” and “popular” culture.

Ce travail de thèse de doctorat est placé dans le domaine de la Géovisualisation utilisé pour mettre en œuvre des systèmes de aide à la décision territoriale. Ce travail de recherche est né grâce à l'établissement d’un accord entre l’Université Tor Vergata de Rome, et l’INSA (Institut National des Sciences Appliquées), de Lyon. La co-tutelle de cette thèse est née pour la nécessité d’une approche multidisciplinaire à le sujet de recherche, en profitant des compétences en matière d'urbanisme, de l’environnement et de la modélisation de territoire à l'école doctorale ‘Geoinformazione’ de l'Université de Tor Vergata, et en utilisant d’avantage les compétences dans les systèmes d'information spatiale et de la géovisualisation au laboratoire LIRIS de l'INSA. Malgré ces avantages, l’un des problèmes les plus courants en visualisation de l’information est de représenter les données d’une manière claire et compréhensible. Actuallement il ya peu de fondations scientifiques pour guider les chercheurs dans la conception visuelle de données spatiales ; il existe des méthodes systématiques limitée pour évaluer l'efficacité des solutions proposées. Dans ce travail de recherche de doctorat, des contributions seront fournis à la création d'une méthode d'évaluation systématique pour évaluer et développer des affichages visuels efficaces. Dans ce contexte l’objectif de la recherche était de trouver une méthode simple et empirique - un test en ligne - qui pourrait être facilement reproductible pour differentes scenarios, pour soutenir l’administration publique dans différents contextes et pour différentes tâches. / This PhD research work is placed in the domain of Geovisualization used to implement Territorial Intelligence and decision support systems. This research work was born through the establishment of an agreement between Tor Vergata University, Rome, and INSA (Institut National des Sciences Appliquées), Lyon. The co-supervision of this thesis was born from the necessity of a multidisciplinary approach to the research topic, taking advantage of the skills in urban planning, environment and territory modeling at the Geoinformation doctoral school of Tor Vergata University, and taking advantage of the skills in Spatial Information Systems and Geovisualization at the LIRIS Laboratory of INSA. The motivation that led us to deal with this research topic was the perception of a lack of systematic methods and universally approved empirical experiments in data visualization domain. The experiments should consider different typologies of data, different environmental contexts, different indicators and methods of representations, etc., in order to support expert users in decision making, in the urban and territorial planning and in the implementation of environmental policies. In modern societies, we have to deal with a great amount of data every day and Geovisualization permits the management, exploration and display of big and heterogeneous data in an interactive way that facilitates decision making processes. Geovisualization gives the opportunity to the user to change the visual appearance of the maps, to explore different layers of data and to highlight problems in some areas by the citizens. Despite these advantages, one of the most common problems in Information Visualization is to represent data in a clear and comprehensible way. Spatial data have a complex structure that includes spatial component, thematic attributes, and often the temporal component Actually there are limited scientific foundations to guide researchers in visual design of spatial data, and there are limited systematic and standard methods to evaluate the effectiveness of the solutions proposed. In this Phd research work, some contributions will be provided to the creation of a systematic assessment method to evaluate and to develop effective geovisualization displays. An empirical evaluation test is proposed to assess the effectiveness of some map displays, analyzing the use of three elements of visual design: 1. the spatial indicators to be represented and their context of visualization, 2. the physical dimensions of map displays, 3. the visual variables to represent different layers of information.