Un graphe est un objet mathématique modélisant des relations sur un ensemble d' éléments. Il est utilisé dans de nombreux domaines a des fi ns de modélisation. La taille et la complexité des graphes manipulés de nos jours entraînent des besoins de visualisation a fin de mieux les analyser. Dans cette thèse, nous présentons différents travaux en visualisation interactive de graphes qui s'attachent a exploiter les architectures de calcul parallèle (CPU et GPU) disponibles sur les stations de travail contemporaines. Un premier ensemble de travaux s'intéresse a des problématiques de dessin de graphes. Dessiner un graphe consiste a le plonger visuellement dans un plan ou un espace. La première contribution dans cette thématique est un algorithme de regroupement d'arêtes en faisceaux appelé Winding Roads. Cet algorithme intuitif, facilement implémentable et parallélisable permet de reduire considérablement les problèmes d'occlusion dans un dessin de graphe dus aux nombreux croisements d'arêtes. La seconde contribution est une méthode permettant de dessiner un réseau métabolique complet. Ce type de reseau modélise l'ensemble des réactions biochimiques se produisant dans les cellules d'un organisme vivant. L'avantage de la méthode est de prendre en compte la décomposition du réseau en sous-ensembles fonctionnels ainsi que de respecter les conventions de dessin biologique. Un second ensemble de travaux porte sur des techniques d'infographie pour la visualisation interactive de graphes. La première contribution dans cette thématique est une technique de rendu de courbes paramétriques exploitant pleinement le processeur graphique. La seconde contribution est une méthode de rendu nommée Edge splatting permettant de visualiser la densité des faisceaux d'arêtes dans un dessin de graphe avec regroupement d'arêtes. La dernière contribution porte sur des techniques permettant de mettre en évidence des sous-graphes d'interêt dans le contexte global d'une visualisation de graphes.

Les visualisations, dans le sens général de représentations externes et physiques de données, sont plus anciennes que l'invention de l'écriture. De manière générale, les représentations externes encouragent la cognition et la pensée visuelle, et nous avons développé des savoir-faire pour les créer et les exploiter. La révolution informatique a augmenté la quantité de données qu'il est possible de collecter et de traiter, et a diversifié les façons de les représenter visuellement. Les systèmes de visualisation assistés par ordinateur, et étudiés dans le domaine de la visualisation d'information, sont aujourd'hui si puissants et complexes que nous avons besoin de techniques d'interaction très sophistiqués. Grâce au développement des possibilités technologiques au-delà des ordinateurs de bureau, un large éventail d'utilisations émerge. Non seulement des surfaces d'affichage de formes et de tailles variées permettent de montrer des visualisations plus riches, mais aussi des dispositifs d'entrée de nouvelle génération peuvent être utilisés qui exploitent les aptitudes humaines à manipuler les objets physiques. Cependant, ces technologies sont peu étudiées dans le contexte de la visualisation d'information. Tout d'abord, un premier problème découle d'une terminologie insuffisante. Dans cette thèse, je définis et étudie entre autres le concept de corporalisation (embodiment) pour la visualisation d'information. Concernant les visualisations, la corporalisation réfère à la congruence entre les éléments visuels d'une visualisation et leurs formes physiques. Ce concept intègre des concepts déjà connus tels que la tangibilité. Par exemple, l'interaction tangible s'attache à la représentation d'objets virtuels par des objets physiques. Mais en réalité, leur forme physique n'est pas nécessairement congruente avec l'objet virtuel. Un second problème découle du peu d'exemples convaincants d'interfaces tangibles appliquées à la visualisation d'information. Dans le domaine de la visualisation d'information, les écrans standard et les dispositifs d'entrée génériques tels que la souris, sont toujours les plus courants et considérés comme les plus efficaces. Cependant, aussi bien la partie affichage que la partie contrôle fournit des possibilités de corporalisation : les dispositifs d'entrée peuvent être spécialisés et adaptés de façon à ce que leur forme physique ressemble à leur fonction; les écrans peuvent être rendus déformables ou, dans l'avenir, être composés d'une matière programmable capable de prendre n'importe quelle forme imaginable. Mais la recherche sur les écrans et matières déformables est pour l'instant principalement dirigée par l'innovation technologique sans tenir compte des applications possibles à la visualisation d'information. Dans cette thèse, j'propose la corporalisation comme principe de conception pour la visualisation d'information. Je démontre l'efficacité et l'utilisabilité des dispositifs d'entrée corporalisés ainsi que des affichages corporalisés, en présentant trois expériences contrôlées. Par la suite, je présente un modèle d'interaction conceptuel et un système de notation visuelle pour décrire, comparer et critiquer différents types de systèmes de visualisation, et j'illustre l'utilisation de ce modèle à partir d'études de cas. Enfin, je présente un outil de conception pour aider à la création de visualisations physiques. Cet outil s'adresse à des utilisateurs novices en visualisation d'information et en fabrication numérique, et peut contribuer à sensibiliser ces utilisateurs à l'intérêt d'explorer des données qui les concernent dans leur vie quotidienne. En résumé, cette thèse contribue à la compréhension de la valeur ajoutée des interfaces physiques pour la visualisation d'information.

Les travaux de recherche présentés et discutés dans cette thèse s’intéressent aux grandes collections d’images numériques. Plus particulièrement, nous cherchons à donner à un utilisateur la possibilité d’explorer ces collections d’images, soit dans le but d’en extraire de l’information et de la connaissance, soit de permettre une certaine sérendipité dans l’exploration. Ainsi, cette problématique est abordée du point de vue de l’analyse et l’exploration interactive des données. Nous tirons profit du paradigme de navigation par similarité et visons à respecter simultanément les trois contraintes suivantes : (i) traiter de grandes collections d’images, (ii) traiter des collections dont le nombre d’images ne cesse de croître au cours du temps et (iii) donner des moyens d’explorer interactivement des collections d’images. Pour ce faire, nous proposons d’effectuer une étude conjointe de l’indexation et de la visualisation de grandes collections d’images qui s’agrandissent au cours du temps. / The research work that is presented and discussed in this thesis focuses on large and evergrowing image collections. More specifically, we aim at providing one the possibility to explore such image collections, either to extract some kind of information and knowledge, or to wander in the collections. This thesis addresses this issue from the perspective of Interactive Data Exploration and Analytics. We take advantage of the similarity-based image collection browsing paradigm and aim at meeting simultaneously the three following constraints: (i) handling large image collections, up to millions of images, (ii) handling dynamic image collections, to deal with ever-growing image collections, and (iii) providing interactive means to explore image collections. To do so, we jointly study the indexing and the interactive visualisation of large and ever-growing image collections.

Landscape is a heterogeneous collection of visibly distinct features of various elements of land and its various forms on the earth surface. Its pattern is subjected to disturbances and undergo rapid alterations in its grain sizes. The evolving patterns of landscape define and decide various parameters for the planning and management of resources. These dynamic systems possess both spatial and temporal complexity. Exploitation of natural resources and drastic land cover changes have given rise to significant impacts on ecosystem structure and dynamics. The functional abilities (bio-geo chemical cycling, hydrological cycling, etc.) of the landscape are basically dependent on the structure and its complexity. This necessitates inventorying, mapping and modeling of landscape dynamics. Patterns and scale are central issues that are essential to understand complex interactions and driving forces. Large scale changes have been rapid and occurring since industrialization and urbanisation in the last century. The exponential growth of cities has been noticed since the industrial revolution and as transport sector changed the mobility of the masses drastically. Urbanisation interacts with the neighboring landscape structures in the form of commuter’s flow, pollution, obtaining food grain, which create dispersed growth or sprawl in between the metropolis and the semi urban area, and these areas are often devoid of basic amenities due to lack of prior information and necessitates predictions of such growth while planning, policy and decision-making. Planning determines appropriate future action through a sequence of choices that tend to occur. To understand uncertain conditions, planners and city managers need vital comprehensive information about the temporally evolving landscape and try to predict the future, for effective decisions. The quality of planning and its decision processes can be substantially improved when the required information is handled appropriately and efficiently. This explains that an effective planning requires descriptive, predictive, and prescriptive information inputs for sustainable resource management. Therefore, modeling future trends becomes a necessary part of planning. Urban growth models help in modelling future trends that can be an efficient and effective support tool. In recent years, the confluence of developments in Remote sensing, Geographic Information System and Image processing, Computational Urban Growth and Urban Land-use Modeling has made possible in timely provision of information inputs to planners. In the context of Indian cities, this research attempts to study the patterns of urban growth and the rate of change of that growth using various techniques such as Land use, land cover models, Gradient and zonal approach, spatial metrics and urban growth models. Indian cities are divided based on population into various categories. These categories were considered separately and dealt with sample number of cities. This works helps in understanding the change pattern of rapidly urbanising, moderately urbanising and rural landscape is accomplished using various metrics and gradients. The research, is mainly aimed at understanding the pattern of growth and device computational urban growth model using well known techniques and develop a suitable technique in order to understand the context of agents and their role in modelling future urban growth and estimate the rate of loss of other land use categories due to urban growth. Satellite images for different time series was used to study the pattern of urban growth in the study areas. Well know indicators were derived from the data. This was further used to model one of the rapidly urbanising cities based on scenario no agents/factor and with agents of growth using city development plans and in absence of it. This adaptation to Indian context will help in gaining better understanding of the urban growth system in various levels of cities classified, and thus help in providing inputs and specific information of future growth for urban planners and city managers to provide better basic amenities and for sustainable growth of cities. The objective of the proposed research is to understand and model the spatio temporal patterns of landscape dynamics. This involves i. Analysis of Landscape dynamics using multi-resolution (spatial, temporal and spectral) data. ii. Quantifying landscape dynamics using landscape metrics and associated landscape parameters. iii. Modeling and geo-visualisation of landscape dynamics in rapidly urbanizing, moderately urbanising and rural landscape using these parameters. iv. Model the landscape dynamics using soft computing techniques. The thesis consists of nine chapters. Chapter 1 introduces the basic concepts such as landscape, landscape dynamics, use of spatio-temporal data to monitor landscape dynamics, geo-visualisation of landscape dynamics, research gaps and motivation for taking up the research in this domain. Chapter 2 presents the study region, which are broadly grouped as (i) Rapidly urbanizing landscapes (corresponding to Tier I Cities in India), (ii) Moderately urbanizing landscapes (Tier II cities, chosen select Tier II cities in Karnataka), and (iii) Landscape experiencing minimal urbanisation (rural landscape). Chapter 3 discusses the material and method adopted for understanding landscape dynamics and geo-visualisation of landscape dynamics Chapter 4 presents the landscape dynamics in rapidly urbanizing landscape (Bangalore) in India. Spatial pattern analyses are done through metrics using zonal- gradient approach. Chapter 5 analyses the environmental sustainability aspects considering one case study of rapidly urbanizing landscape – Bangalore Chapter 6 discusses urbanisation process and patterns across macro cities in India. Similarly Chapter 7 discusses the urbanisation pattern in Tier II cities (in Karnataka) and Chapter 8 presents the rural landscape dynamics Geo-visualisation of a rapidly urbanizing landscape (Bangalore) through techniques such as Cellular Automata – Markov Chain, land change modeler (LCM), Geographical land use change modeler (GEOMOD), Markov Cellular automata based process of deriving agent’s behavior using Fuzziness in the dataset and Analytical Hierarchal process. Further research in progress in this domain focusses on integration of various agents and evaluation of proposed development plans and likely scenario of integrating land use with mobility. Keyword: landscape, landscape dynamics, urbanisation, urban growth, urban sprawl, urban footprint, modelling, geo-visualisation

La recherche d’information exploratoire sur le Web présente des défis cognitifs en termes de stratégies cognitives et de tactiques de recherche. Le modèle « question-réponse » des moteurs de recherche actuels est inadéquat pour faciliter les stratégies de recherche d’information exploratoire, assimilables aux stratégies cognitives de l’apprentissage. La visualisation des résultats de recherche est un dispositif qui possède des propriétés graphiques et interactives pertinentes pour le traitement de l’information et l’utilisation de la mémoire et, plus largement de la cognition humaine. Plusieurs recherches ont été menées dans ce contexte de recherche d’information exploratoire, mais aucune n’a distinctement isolé le facteur graphique et interactif de la « visualisation » au sein de son évaluation. L’objectif principal de cette thèse est de vérifier si la visualisation des résultats en contexte de recherche d’information exploratoire témoigne des avantages cognitifs et interactifs pressentis selon ses présupposés théoriques. Pour décrire et déterminer la valeur ajoutée de la visualisation des résultats de recherche dans un contexte de recherche d’information exploratoire sur le Web, cette recherche propose de mesurer son utilisabilité. En la comparant selon les mêmes critères et indicateurs à une interface homologue textuelle, nous postulons que l’interface visuelle atteindra une efficacité, efficience et satisfaction supérieure à l’interface textuelle, dans un contexte de recherche d’information exploratoire. Les mesures objectives de l’efficacité et de l’efficience reposent principalement sur l’analyse des traces de l’interaction des utilisateurs, leur nombre et leur durée. Les mesures subjectives attestant de la satisfaction procurée par l’usage du système dans ce contexte repose sur la perception des utilisateurs par rapport à des critères de perception de la facilité d’utilisation et de l’utilité de l’interface testée et par rapport à des questions plus large sur l’expérience de recherche vécue. Un questionnaire et un entretien ont été passés auprès de chacun des vingt-trois répondants. Leur session de recherche a aussi été enregistré par un logiciel de capture vidéo d’écran. Sur les données des vingt-trois utilisateurs divisés en deux groupes, l’analyse statistique a révélé de faibles différences significatives entre les deux interfaces. Selon les mesures effectuées, l’interface textuelle s’est révélée plus efficace en terme de rappel et de pertinence ; et plus efficiente pour les durées de la recherche d’information. Sur le plan de la satisfaction, les interfaces ont été appréciées toutes deux posivitivement, ne permettant pas de les distinguer pour la grande majorité des métriques. Par contre, au niveau du comportement interactif, des différences notables ont montré que les utilisateurs de l’interface visuelle ont réalisé davantage d’interactions de type exploratoire, et ont procédé à une collecte sélective des résultats de recherche. L’analyse statistique et de contenu sur le critère de l’expérience vécue a permis de démontrer que la visualisation offre l’occasion à l’utilisateur de s’engager davantage dans le processus de recherche d’information en raison de l’impact positif de l’esthétique de l’interface visuelle. De plus, la fonctionnalité de classification a été perçue de manière ambivalente, divisant les candidats peu importe l’interface testée. Enfin, l’analyse des verbatims des « visuelle » a permis d’identifier le besoin de fonctionnalités de rétroaction de l’utilisateur afin de pouvoir communiquer le besoin d’information ou sa pondération des résultats ou des classes, grâce à des modalités interactives de manipulation directe des classes sur un espace graphique. / Conducting exploratory searches on the web presents a number of cognitive difficulties as regards search strategies and tactics. The “question-response” model used by the available search engines does not respond adequately to exploratory searches, which are akin to cognitive learning strategies. Visualising search results involves graphic and interactive properties for presenting information that are pertinent for processing and using information, as well as for remembering and, more broadly, for human cognition. Many studies have been conducted in the area of exploratory searches, but none have focussed specifically on the graphic and interactive features of visualisation in their analysis. The principal objective of this thesis is to confirm whether the visualisation of results in the context of exploratory searches offers the cognitive and interactive advantages predicted by conjectural theory. In order to describe and to determine the added value of visualising search results in the context of exploratory web searches, the study proposes to measure its usability. By comparing it to a parallel text interface, using the same criteria and indicators, the likelihood of better efficiency, efficacy, and satisfaction when using a visual interface can be established. The objective measures of efficiency and efficacy are based mainly on the analysis of user interactions, including the number of these interactions and the time they take. Subjective measures of satisfaction in using the system in this context are based on user perception regarding ease of use and the usefulness of the interface tested, and on broader questions concerning the experience of using the search interface. These data were obtained using a questionnaire and a discussion with each participant. Statistical analysis of the data from twenty-three participants divided into two groups showed slightly significant differences between the two interfaces. Analysis of the metrics used showed that the textual interface is more efficient in terms of recall and pertinence, and more efficacious concerning the time needed to search for information. Regarding user satisfaction, both interfaces were seen positively, so that no differences emerged for the great majority of metrics used. However, as regards interactive behaviour, notable differences emerged. Participants using the visual interface had more exploratory interaction, and went on to select and collect pertinent search results. Statistical and content analysis of the experience itself showed that visualisation invites the user to become more involved in the search process, because of the positive effect of a pleasing visual interface. In addition, the classification function was perceived as ambivalent, dividing the participants no matter which interface was used. Finally, analysis of the verbatim reports of participants classed as “visual” indicated the need for a user feedback mechanism in order to communicate information needs or for weighting results or classes, using the interactive function for manipulating classes within a geographic space.

With the increase in applications of wireless sensor networks, data extraction and visualisation have become a key issue to develop and operate these networks. Wireless sensor networks typically gather data at a discrete number of locations. By bestowing the ability to predict inter-node values upon the network, it is proposed that it will become possible to build applications that are unaware of the concrete reality of sparse data. The aim of this thesis is to develop a service for maximising information return from large scale wireless sensor networks. This aim will be achieved through the development of a distributed information extraction and visualisation service called the mapping service. In the distributed mapping service, groups of network nodes cooperate to produce local maps which are cached and merged at a sink node, producing a map of the global network. Such a service would greatly simplify the production of higher-level information-rich representations suitable for informing other network services and the delivery of field information visualisations. The proposed distributed mapping service utilises a blend of both inductive and deductive models to successfully map sense data and the universal physical principles. It utilises the special characteristics of the application domain to render visualisations in a map format that are a precise reflection of the concrete reality. This service is suitable for visualising an arbitrary number of sense modalities. It is capable of visualising from multiple independent types of the sense data to overcome the limitations of generating visualisations from a single type of a sense modality. Furthermore, the proposed mapping service responds to changes in the environmental conditions that may impact the visualisation performance by continuously updating the application domain model in a distributed manner. Finally, a newdistributed self-adaptation algorithm, Virtual Congress Algorithm,which is based on the concept of virtual congress is proposed, with the goal of saving more power and generating more accurate data visualisation.

Face aux enjeux urbains actuels, à la patrimonialisation des ressources archéologiques et grâce au développement de l'informatique, l'utilisation des systèmes d'information géographique devient essentielle pour l'exploitation des données archéologiques. Pour cela, il s'avère nécessaire de modéliser, d'analyser et de visualiser l'information archéologique en prenant en considération l'aspect temporel et spatial mais surtout les imperfections des données archéologiques. Cette thèse élabore une démarche globale pour l'utilisation de données spatiotemporelles imparfaites dans un SIG archéologique. Cette démarche contribue à une meilleure gestion de celles-ci tant pour leur représentation que pour leur traitement. Dans cette démarche scientifique, les concepts théoriques de taxonomie de l'imperfection et de représentation des données imparfaites permettent d'abord la modélisation des données archéologiques. Ce mémoire propose ensuite des méthodes d'analyse des données d'un SIG archéologique. La spécificité de leur caractère temporel implique une gestion plus flexible du temps par un indice quantifiant l'antériorité. L'aspect lacunaire de l'information est aussi considéré à travers une méthode d'interrogation sous critère de forme. Enfin, des outils originaux d'exploration et de visualisation de données archéologiques sont exposés afin de mieux définir les éléments les plus représentatifs. Par une approche interdisciplinaire liant informatique et géographie, cette thèse développe une vision transversale autour de la gestion des connaissances imparfaites dans le temps et l'espace. Cette approche est illustrée par l'utilisation de données archéologiques dans un SIG.

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This thesis addresses the question of the design, production and use of information graphics in health technology assessment (HTA). Drawing on previous research in both information design and health policy, it describes a comprehensive design process for creating new visual presentations that can inform health policy-makers. The thesis begins by introducing, and functionally defining the terms ‘information graphics’ and ‘health technology assessment’ in Chapter 1. It then offers a methodological discussion of how research can be performed at the intersection between these two diverse fields. This discussion forms Chapter 2 of the thesis. The context of use is surveyed in two studies, which are presented in Chapter 3. These assess the current use of information graphics in HTA, and the information needs of health policy decision-making bodies. This enables a needs-based approach to the design of 10 information graphics, that could be used in hta. These are shown in Chapter 4. Finally, two of these information graphics are empirically tested with two further research studies, forming Chapter 5 and Chapter 6. The thesis is aimed at giving practical advice to those wanting to produce graphical presentations of information in HTA, and to provide the foundation for further original research in information design and HTA. Chapter 7 draws together the research from the rest of the thesis, to make recommendations in light of the combined findings.

Utiliser la visualization de logiciels pour accomplir certaines tâches comme la détection de défauts de design peut être fastidieux. Les utilisateurs doivent d’abord trouver et configurer un outil de visualization qui est adéquat pour représenter les données à examiner. Souvent, ils sont forcés de naviguer à travers le logiciel manuellement pour accomplir leur tâche. Nous proposons une approche plus simple et efficace. Celle ci s’éloigne de la configuration d’un outil et la navigation manuelle d’un système et se concentre sur la définition écrite de la tâche à accomplir. Suite à cela, notre assistant génère le meilleur outil de visualization et guide les utilisateurs à travers la tâche. Notre approche est constituée de trois éléments principaux, un langage dédié à la description de la tâche d’analyse. Un langage pour définir les visualizations comme des mises en oeuvre du patron modèle-vue-contrôleur. Et un processus de génération pour passer d’une tâche d’analyse à une visualization. En enlevant le besoin de configurer un outil de visualization et en guidant la navigation du système, nous pensons que nous avons fait un outil qui plus simple et rapide à utiliser que ses homologues. / Using software visualization to accomplish certain tasks such as design defect detection can prove tedious. Users first need to find and configure a visualization tool that is adequate for representing the data they want to examine. Then all too often, they are forced to manually navigate the software system in order to complete their task. What we propose is a simpler and more efficient approach that moves the emphasis from configuring a tool and manually navigating the system to writing a definition of the work we want to accomplish. Our goal-driven assistant then generates the best visualization tool and guide us through the navigation of the task. Our approach consists of three main components. The first component is a domain specific language (DSL) to describe analysis tasks. The second component is a language to define the visualizations as customized implementations of the model-view-controller (MVC) pattern. The last component is a generation process used to go from the analysis task to the visualization. By removing the need to configure a visualization tool and guiding the navigation of the system, we believe we made a tool that is simpler and faster to use than its conventional counterparts.