Doktorská disertační práce | Olomouc 2026

Hodnocení použitelnosti interaktivních kartografických vizualizací metodou eye‑tracking

Usability Evaluation of Interactive Cartographic Visualisations by Means of Eye‑tracking

Autor: Mgr. Tomáš VANÍČEK
Vedoucí práce: doc. RNDr. Stanislav Popelka, Ph.D.
Univerzita Palackého v Olomouci | Přírodovědecká fakulta | Katedra geoinformatiky

Stáhnout práci

Anotace

Práce se věnuje metodologii hodnocení interaktivních kartografických vizualizací v situacích, kdy se mapový obsah, měřítko i stav rozhraní mění podle uživatelských interakcí.

Česká anotace

Disertační práce se zabývá hodnocením použitelnosti interaktivních kartografických vizualizací metodou eye‑tracking. Hlavním cílem bylo zhodnotit použitelnost vybraných interaktivních kartografických produktů a navrhnout metodologicky ukotvený postup pro jejich hodnocení pomocí metody eye‑tracking a doplňkových metod. Práce vychází z předpokladu, že interaktivní mapová prostředí nelze analyzovat stejným způsobem jako statické mapové stimuly, protože jejich obsah, měřítko, vrstvy, ovládací prvky i stav rozhraní se v čase proměňují podle chování uživatele.

Řešení bylo rozděleno do tří navazujících částí. Nejprve bylo provedeno systematické zmapování dosavadního výzkumu, následně byly vybrány a syntetizovány vhodné metody a nástroje a poté byly poznatky empiricky ověřeny v pěti případových studiích. Ty zahrnovaly interaktivní mapy v datové žurnalistice, historický mapový srovnávač, statický a interaktivní atlas, srovnání práce s mapou na desktopovém a mobilním zařízení a hodnocení interaktivní 3D geovizualizační aplikace.

Výsledky ukázaly, že metoda eye‑tracking je pro hodnocení interaktivních map velmi přínosná zejména jako diagnostický nástroj vizuální pozornosti. Její interpretace však vyžaduje propojení s dalšími datovými zdroji, zejména s logováním uživatelských interakcí, metrikami účinnosti a efektivnosti, dotazníkovým šetřením, verbalizačními metodami a kvalitativní inspekcí záznamů. Hlavním metodologickým výstupem je upravené metodologické schéma pro analýzu dynamických 2D interaktivních kartografických vizualizací při použití stacionárního zařízení pro eye‑tracking.

English Annotation

The dissertation focuses on the usability evaluation of interactive cartographic visualisations by means of the eye‑tracking method. Its main aim was to evaluate the usability of selected interactive cartographic products and to propose a methodologically grounded procedure for evaluating them using the eye‑tracking method and complementary methods. The thesis is based on the premise that interactive map environments cannot be analysed in the same way as static map stimuli, because their content, scale, layers, interface elements and application state change over time according to user interaction.

The research was organised into three interconnected parts. First, existing research was systematically mapped; second, suitable methods and tools were selected and synthesised; and third, the proposed approach was empirically tested in five case studies. These addressed interactive maps in data journalism, a historical map comparison application, a static and interactive atlas, the comparison of map use on desktop and mobile devices, and the evaluation of an interactive 3D geovisualisation application.

The results showed that the eye‑tracking method is highly valuable for evaluating interactive maps, especially as a diagnostic tool for visual attention. However, its interpretation requires integration with other data sources, particularly interaction logging, effectiveness and efficiency metrics, questionnaires, verbalisation methods and qualitative inspection of recordings. The main methodological output is a revised methodological scheme for analysing dynamic 2D interactive cartographic visualisations when using a stationary eye‑tracking device.

Cíle práce

Hlavním cílem disertační práce bylo zhodnotit použitelnost vybraných interaktivních kartografických vizualizací prostřednictvím metody sledování pohybu očí. V případech, kde to bylo metodologicky vhodné, byla metoda eye‑tracking doplněna o další objektivní a subjektivní přístupy, zejména o logování uživatelských interakcí, verbalizační metody, dotazníky a metriky použitelnosti.

Práce nesměřovala pouze k popisu dílčích experimentů, ale k vytvoření obecněji využitelného rámce pro situace, kdy jsou hodnocené mapové aplikace dynamické, obsahově proměnlivé a ovládané uživatelem. Důraz byl proto kladen na vztah mezi vizuální pozorností, stavem aplikace, provedenými interakcemi, úspěšností řešení úloh a subjektivním hodnocením uživatelské zkušenosti.

DC1: Systematicky zmapovat dosavadní studie využívající metodu eye‑tracking zaměřené na použitelnost interaktivních kartografických vizualizací a identifikovat jejich metodologické mezery.
DC2: Vybrat, kriticky posoudit a syntetizovat metody a nástroje vhodné pro hodnocení dynamických mapových rozhraní, včetně logování interakcí a standardizovaného hodnocení uživatelské zkušenosti.
DC3: Ověřit navržený metodologický rámec v sadě pěti případových studií pokrývajících různé typy interaktivních 2D a 3D kartografických aplikací.

Metodický postup a dílčí cíle DC1-DC2

Metodika práce propojuje systematické mapování literatury, syntézu nástrojů a empirické ověřování postupů při práci s reálnými interaktivními kartografickými aplikacemi.

Postup zpracování

Výzkumný postup vycházel z problému, že interaktivní kartografické vizualizace vytvářejí nestabilní analytické prostředí. Fixace zaznamenaná na obrazovce nemusí mít stále stejný význam, protože mapový obsah se může měnit v závislosti na posunu mapy, zoomu, přepnutí vrstvy, změně režimu zobrazení nebo otevření detailu v rozhraní.

Práce proto postupovala od teoreticko-metodologického ukotvení přes výběr vhodných nástrojů až k empirické validaci. Nešlo pouze o aplikaci metody eye‑tracking, ale o kombinaci více vrstev dat: vizuální pozornosti, interakčního chování, úspěšnosti, času řešení, subjektivního hodnocení a kvalitativní interpretace záznamů.

PRISMA diagram systematického mapování studií

DC1: Systematické zmapování stávajícího výzkumu

První dílčí cíl byl založen na systematickém mapování studií, které hodnotily interaktivní kartografické vizualizace s využitím metody eye‑tracking. Postup vycházel z logiky PRISMA-ScR a zahrnoval vyhledávání v relevantních databázích, třídění záznamů, posouzení relevance a začlenění finálního souboru studií.

Výsledkem byl přehled 87 relevantních studií analyzovaných podle sedmi výzkumných otázek. Zmapovány byly typy hodnocených interaktivních vizualizací, používané metriky metody eye‑tracking, úlohy, počty participantů, doplňkové metody i vývoj tématu v čase. Tato část potvrdila, že výzkum je bohatý, ale metodologicky roztříštěný, a že samotné metriky metody eye‑tracking nestačí pro spolehlivou interpretaci dynamických mapových rozhraní.

DC2: Výběr a syntéza metod

Druhý dílčí cíl navázal na výsledky systematického mapování a soustředil se na výběr metod, které lze smysluplně kombinovat s metodou eye‑tracking. Důraz byl kladen na metriky očních pohybů, analytické nástroje, logování interakcí, verbalizační metody, dotazníky, metriky použitelnosti a možnosti propojení těchto zdrojů dat.

Zásadním závěrem DC2 bylo, že žádný samostatný nástroj nepokrývá celý proces hodnocení interaktivní mapy. Tobii Pro Lab, Gazepoint Analysis Professional, GazePlotter, ScanGraph, MapLogger, CartoLogger, ET2Spatial, ET2GIS nebo ET2QGIS představují dílčí řešení, jejichž užitečnost závisí na typu stimulu, zařízení, úloze a požadované hloubce analýzy. Výsledkem proto nebyl výběr jednoho dominantního nástroje, ale návrh kombinovaného metodologického rámce.

Případové studie (DC3)

Empirická část práce ověřila navržený metodologický rámec v pěti případových studiích. Studie na sebe navazují od relativně stabilních mapových prvků v datové žurnalistice až po komplexní 3D webovou geovizualizační aplikaci.

PS1: Interaktivní mapy v datové žurnalistice

ProduktPět článků s interaktivními mapami

Metodyeye‑tracking, AOI, sekvence fixací, talk-aloud

ZařízeníTobii Pro Spectrum

Participanti44 (22 expertů, 22 laiků)

První případová studie představovala vstupní a metodologicky kontrolovanější část empirického výzkumu. Hodnoceny byly interaktivní mapové vizualizace zasazené do online článků datové žurnalistiky, tedy do prostředí, kde mapa není samostatnou aplikací, ale jednou ze součástí širšího narativního rozhraní. Uživatelé proto alokovali pozornost mezi mapu, text, grafické prvky, ovládací prvky a samotný tok článku.

Studie ukázala, že u relativně stabilních interaktivních map lze stále efektivně využít tradiční postupy založené na AOI nad screenshotem rozhraní. Současně ale prokázala, že samotná fixace na prvek neznamená jeho pochopení. Nízká úspěšnost některých úloh souvisela zejména s nedostatečnou objevitelností interaktivních funkcí a s tím, že čtenář ne vždy očekává analytickou práci s mapou uvnitř zpravodajského článku.

PS1 - náhled stimulů datové žurnalistiky

PS2: Interaktivní srovnávač map „Proměny Olomouce v čase“

ProduktHistorický mapový srovnávač

Metodyeye‑tracking, metriky použitelnosti, logy, UEQ

ZařízeníTobii Pro Spark

Participanti54

Druhá případová studie posunula hodnocení ke komplexnějšímu interaktivnímu mapovému rozhraní. Aplikace „Proměny Olomouce v čase“ umožňovala porovnávat historické mapové podklady se současným stavem města pomocí několika režimů zobrazení. To přineslo nové interpretační problémy, protože stejná obrazová pozice mohla v různých časech odpovídat odlišnému mapovému obsahu nebo jinému stavu rozhraní.

Eye‑tracking zde byl využit zejména kvalitativně, a to v kombinaci s logováním interakcí a dotazníkem UEQ. Subjektivní hodnocení aplikace bylo velmi pozitivní, všechny škály UEQ se v benchmarkovém srovnání zařadily do kategorie Excellent. Kvalitativní inspekce a logy však současně odhalily lokální bariéry, například rozdílné preference srovnávacích režimů, závislost na současné ortofotomapě jako referenční vrstvě a nutnost jasněji signalizovat ovládací možnosti aplikace.

PS3: Interaktivní atlas a jeho statická varianta

ProduktMapy.cz a Školní atlas světa

MetodyMozaika, asistované a schematické mapování fixací

ZařízeníTobii Pro Spectrum, Tobii Glasses 3

Participanti47

Třetí případová studie byla metodologicky nejvýznamnější z hlediska samotné analýzy dat z metody eye‑tracking. Porovnávala práci se statickým atlasem a interaktivním atlasem, přičemž každý typ stimulu vyžadoval odlišný způsob převodu gaze dat do analyzovatelné podoby. U statického atlasu bylo nutné pracovat s mobilním záznamem metodou eye‑tracking v reálném prostoru, u interaktivního atlasu se naopak řešila proměnlivost mapového obsahu, měřítka, vrstvy a rozhraní.

Byly ověřeny tři přístupy ke zpracování dat: asistované mapování fixací do statického snímku, asistované mapování doplněné o manuální custom events a schematické mapování do referenčního obrazu zahrnujícího mapové pole, legendu a další prvky rozhraní. Porovnání pomocí indexu normalizované náročnosti mapování ukázalo, že nejefektivnější byl jednodušší přístup s asistovaným mapováním, zatímco metodologicky nejbohatší přístup s custom events byl časově nejnáročnější. PS3 tím doložila, že zpracování dat z dynamické mapy pomocí metody eye‑tracking je samo o sobě významnou metodologickou úlohou.

PS4: Uživatelské interakce na stolním a mobilním zařízení

ProduktExperimentální aplikace MishPink

Metodyeye‑tracking, AOI, kvalitativní inspekce, logy

ZařízeníGazepoint GP3-HD, GP3-Mobile

Participanti41

Čtvrtá případová studie zkoumala, jak se liší práce s interaktivní mapou na stolním počítači a mobilním zařízení. Těžiště studie nespočívalo primárně v hodnocení jednoho kartografického produktu, ale v metodologickém ověření, jak lze kombinovat data z metody eye‑tracking s interakčními logy při analýze uživatelského chování v různých zařízeních.

Výsledky ukázaly, že typ zařízení nemusí zásadně ovlivnit správnost odpovědí, ale výrazně mění strategii práce s mapou. Mobilní zařízení vedlo k navigačně orientovanému chování s větším množstvím posunů a přibližování, zatímco desktop častěji podporoval cílenější práci s klikáním, pop-up okny a vrstvami. Zároveň se ukázalo, že detailní vymezování AOI pro všechny prvky rozhraní by bylo v daném prostředí časově neefektivní, a proto bylo nutné zvolit pragmatičtější task-level analýzu.

PS5: Interaktivní 3D aplikace „3D-Geo-Vis“

ProduktWebová 3D aplikace 3D-Geo-Vis

Metodyeye‑tracking, MapLogger, metriky, UEQ, dotazník

ZařízeníTobii Pro Spark

Participanti54

Pátá případová studie představovala nejkomplexnější hodnocený stimul a zároveň nejkomplexnější aplikaci celého metodologického rámce z hlediska počtu kombinovaných metod. Testována byla webová 3D geovizualizační aplikace 3D-Geo-Vis, která umožňovala práci se sedmi metodami tematické 3D vizualizace a úpravu grafických proměnných v uživatelském rozhraní.

Komplexita PS5 nespočívala v nejpokročilejší analýze dat z metody eye‑tracking, ale v propojení více vrstev dat: kvalitativní inspekce záznamů z metody eye‑tracking, logování interakcí pomocí nástroje MapLogger, výpočtu metrik použitelnosti, dotazníku UEQ a doplňkového subjektivního hodnocení. Výsledky identifikovaly zejména problémy s objevitelností přepínání metod, strukturou ovládacího rozhraní, zpětnou vazbou systému, výkonem aplikace a kognitivní náročností práce v 3D prostředí. Zjištění byla následně využita při vývoji upravené aplikace 3D-Geo-Vis 2.0.

Výsledky a závěr

Hlavním výsledkem práce není pouze zhodnocení pěti konkrétních produktů, ale empiricky podložený metodologický rámec pro hodnocení dynamických interaktivních kartografických vizualizací.

Výsledky prokázaly, že hodnocení interaktivních kartografických vizualizací metodou eye‑tracking nelze chápat jako pouhé rozšíření klasických experimentů nad statickými mapami. U dynamických mapových rozhraní se vzájemně podmiňují vizuální pozornost, interakční chování, aktuální stav aplikace, úspěšnost řešení úlohy, časová náročnost a subjektivní zkušenost uživatele. Izolovaná metrika metody eye‑tracking proto většinou nestačí k vysvětlení toho, proč uživatel uspěl, selhal nebo zvolil určitou strategii.

DC1 ukázal, že dosavadní výzkum je rozsáhlý, ale metodologicky roztříštěný. Do finální analýzy bylo zařazeno 87 studií, přičemž dominovaly interaktivní 2D digitální mapy, fixační metriky, AOI analýza, sekvence pohledu a heatmapy. Méně často byly využívány pokročilé postupy, standardizované dotazníky, verbalizační metody nebo explicitní logování uživatelských interakcí. DC2 proto syntetizoval dostupné metody a nástroje do širšího hodnoticího rámce, v němž je metoda eye‑tracking propojena s dalšími zdroji dat.

Pět případových studií potvrdilo, že s rostoucí dynamikou a interaktivitou klesá samostatná výpovědní hodnota izolovaných metrik metody eye‑tracking a roste význam triangulace. PS1 ověřila využitelnost klasické AOI analýzy u méně dynamických map v datové žurnalistice. PS2 ukázala přínos propojení kvalitativní inspekce záznamů z metody eye‑tracking, logů a UEQ u historického mapového srovnávače. PS3 doložila, že samotné zpracování dat z interaktivního atlasu pomocí metody eye‑tracking je metodologicky náročný proces. PS4 zdůraznila význam interakčních logů při porovnání desktopového a mobilního chování. PS5 propojila hlavní vrstvy hodnocení při testování komplexní 3D geovizualizační aplikace.

Metodologický výstupUpravené schéma pro analýzu dynamických 2D IKV při použití stacionárního zařízení pro eye‑tracking.

Praktický výstupDoporučení pro zlepšení objevitelnosti, zpětné vazby, struktury rozhraní a práce s interaktivními vizualizacemi.

Hlavní závěrEye‑tracking je velmi cennou metodou, ale plnou výpovědní hodnotu získává až ve spojení s dalšími metodami.

Práce tak přinesla dva typy výsledků. V aplikační rovině byly zhodnoceny konkrétní interaktivní kartografické produkty a formulována doporučení pro jejich zlepšení. V metodologické rovině byl vytvořen, ověřen a zpřesněn postup, který reflektuje specifika dynamických mapových rozhraní. Spolehlivější interpretace vzniká až propojením toho, kam se uživatel díval, co s rozhraním dělal, jak dlouho mu řešení trvalo, zda uspěl, jak aplikaci hodnotil a jaké problémy bylo možné pozorovat v záznamu.

Upravené metodologické schéma pro analýzu dat dynamických 2D interaktivních kartografických vizualizací

Kliknutím na schéma se otevře zvětšená verze obrázku v datovém úložišti disertační práce.

Ke stažení a přílohy

Kompletní text disertační práce, autoreferát a související datové podklady jsou dostupné prostřednictvím následujících odkazů.

Stáhnout disertaci (PDF) Stáhnout autoreferát (PDF) Datové úložiště

Elektronické přílohy a podkladová data

Podkladová data k jednotlivým dílčím cílům a případovým studiím byla zveřejněna v elektronické podobě prostřednictvím webového datového úložiště vytvořeného na platformě GitHub. Web sdružuje dostupné exporty, tabulky, souhrnné přehledy, PDF dokumenty a další datové podklady uspořádané podle dílčích cílů a případových studií DC1, DC2, DC3 a PS1-PS5.

Webové datové úložiště:
Vaníček, Tomáš. Datové úložiště disertační práce: Hodnocení použitelnosti interaktivních kartografických vizualizací metodou eye‑tracking [online]. Olomouc, 2026. Poslední aktualizace 21. 05. 2026 [cit. 2026-05-21]. Dostupné z: https://vanicektomas.github.io/data-disertace/

Eye‑tracking projekty k jednotlivým případovým studiím nejsou vzhledem k velké datové velikosti součástí veřejného webového úložiště. Jsou archivovány v laboratoři pro eye‑tracking na Katedře geoinformatiky Univerzity Palackého v Olomouci v adresáři:
Tento počítač → ET data (E:) → VANICEK → DC2_Leaflet, PS1, PS2, PS3, PS4, PS5.