Bachelor's Thesis

Weberův-Fechnerův zákon ve spojitosti s Malleable Glyphs

Final Thesis 13.73 MB

Author of thesis: Bc. Julie Provazníková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Adam Herout, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Martin Čadík, Ph.D.

Abstract:

Malleable Glyphs are visualisation elements encoding a scalar value into a graphical form, so that a human observer can intuitively compare them without the use of digits. The goal of this work is to experimentally estimate the perceptual function of selected glyphs and determine whether their perception follows the Weber-Fechner law. For this purpose, a web application for data collection was implemented, in which respondents were instructed to adjust a glyph to a value corresponding to the subjective midpoint between two reference glyph values. Using 2202 experimental records, three models of perceptual function were tested: linear, gamma and polynomial. Simple geometric shapes showed an approximately linear perceptual function, while more complex glyphs showed more nonlinearities. A perceptual transformation, which is analogous to display gamma correction, was applied to the glyph which showed the strongest nonlinear behaviour, resulting in a reduction of model error and partial linearization of the perceptual response. The outcome of this work is a complete experimental pipeline for analysing the perceptual behaviour of Malleable Glyphs, including a demonstration of perceptual transformation as a method for improving their interpretability and resolution.

Keywords:

Weber-Fechner law, Malleable Glyphs, psychophysics, perceptual transformation, visual perception, psychophysical experiment, physical stimulus, psychophysical modelling, nonlinear models, just-noticeable difference

Date of defence

19.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Studentka nejprve prezentovala výsledky, kterých dosáhla v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Studentka následně odpověděla na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studentky na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm B.

Topics for thesis defence

  1. [Herout et al.] interpretuje vnímání glyfů v souladu s Weberovým zákonem ("Figure 7 shows that the Weber-Fechner law apparently applies to the perception of malleable glyphs"). Tento závěr je ale v rozporu s naměřenými výsledky, kde data spíše odpovídají "exponenciálnímu" (nebo lineárnímu) než logaritmickému průběhu. Můžete prosím vysvětlit tento nesoulad?
  2. Z textu není zřejmé, zda byla kalibrace rozlišení monitoru před každým experimentem povinná a zda byla úspěšně provedena u všech respondentů. Pokud tomu tak nebylo, jaké dopady na naměřená data tento fakt mohl mít?
  3. Byly před sloučením dat z desktopové a webové aplikace (Sekce 5.1) provedeny statistické testy ověřující, že mezi oběma soubory nejsou statisticky významné rozdíly? Bez takového ověření nelze vyloučit, že rozdíly mezi platformami mohly ovlivnit výsledná data.
  4. Z tabulky 5.2 vyplývá, že některé glyfy (např. "line") byly výrazně méně otestovány, než jiné (např. "tree"). Jaký vliv má tento fakt na prezentované výledky?
  5. U glyfu slunce byly zaznamenány nejvýraznější nelinearity ve vnímání. Barva oblohy zde může být zavádějící, protože "východ" a "západ" slunce mají modrou oblohu, zatímco "poledne" oranžovou. Tento rozpor s realitou byl zvolen záměrně, nebo jde o chybu? Mohla tato nekonzistence mít nějaký vliv na naměřené hodnoty?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

prof. Dr. Ing. Jan Černocký (předseda)
doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Aleš Smrčka, Ph.D. (člen)
Ing. Matěj Grégr, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Milet, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Adam Herout, Ph.D.

Řešitelka pracovala na výzkumném tématu, přišla s novými, vědecky zajímavými pozorováními a návrhy a vytvořila práci, která posouvá vědění dále. Výsledky práce budou pravděpodobně transformovány do vědeckého článku.

Evaluation criteria Verbal classification
Information about assignment

Práce je výzkumného charakteru. Řešitelka zkoumala vizualizační techniku malleable glyph z pohledu zákona Weber-Fechner. Řešitelce se podařilo získat velice dobrý vhled do problematiky, vytvořit několik experimentálních pomůcek, vyvinout vhodnou vizualizační techniku a identifikovat několik vědecky zajímavých (byť ne převratných) pozorování.

Work with literature

Řešitelka nastudovala slušné množství odborné literatury z několika souvisejících oblastí. Vedoucí oceňuje skutečný zájem řešitelky a její studium a dobré pochopení kontextu věcí, se kterými zacházela.

Activity during solution, consultations, communication

Řešitelka pracovala přiměřeně intenzivně po oba semestry. Již během prvního semestru se jí podařilo vytvořit aplikaci pro sběr subjektivních dat a na základě provedeného sběru s respondenty získala data, která pak mohla analyzovat a tvořivě interpretovat.

Activity during completion

Práce byla dokončena s předstihem a dostatečně konzultována.

Publication activity, awards

Vedoucí je s řešitelkou domluvený, že v následující době společně sepíšeme výzkumný článek o zjištěných pozorováních.

Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Celkově hodnotím předloženou práci jako nadprůměrnou. Autorka přistoupila k řešení zadaného tématu velmi pečlivě a systematicky a vytvořila práci, která přináší nové poznatky v oblasti vnímání glyfů. Přes výše uvedené nedostatky, zejména v oblasti rešerše, vedení experimentů a jejich statistického vyhodnocení, považuji práci za velmi kvalitní a celkově zdařilou.

Evaluation criteria Verbal classification Points
The difficulty of the assignment

Evaluation level: more difficult assignment

Jedná se o práci experimentálního charakteru, která je založena na již existujících glyfech (angl. glyphs), předchozích experimentech, práci a výzkumu vedoucího práce (publikované ve formě arXiv článku [Herout et al.]). 

Presentation level of the technical report

Prezentační úroveň technické zprávy je velmi vysoká. Práce je přehledně strukturována, jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují a text je psán pečlivě a srozumitelně, obsahuje minimální množství překlepů.

95
Formal preparation of a technical report

Práce je po typografické stránce zpracována výborně, je pečlivě formátována. Zobrazené grafy by bylo vhodnější prezentovat ve vektorovém formátu.

90
Realisation output

Hlavním výstupem práce je realizovaný experiment a jeho vyhodnocení, v němž lze identifikovat několik nedostatků. 

  • Za nejzávažnější nedostatek považuji účast samotné autorky v experimentu, jehož výsledky jsou prezentovány na obr. 7.4 (respondent č. 1). Vzhledem k tomu, že autorka byla obeznámena s cílem experimentu, nepovažuji její zapojení v roli respondenta za metodologicky vhodné. Závěry uvedené v kapitole 7 jsou proto potenciálně zkreslené, a to nejen vlivem účasti autorky, ale především absencí důkladnější statistické analýzy výsledků.
  • Statistické vyhodnocení naměřených dat by bylo vhodné rozšířit o další metody, například testy hypotéz, koeficient konzistence odpovědí respondentů či míry shody mezi respondenty.
  • V kapitole 6 je opakovaně používán a porovnáván pojem "rozptyl dat", který však není nikde explicitně definován ani kvantifikován. Lze předpokládat, že tvrzení o "větším rozptylu" (např. v obr. 6.10) je založeno pouze na vizuálním posouzení grafů. Pro přesnější a metodologicky korektní porovnání by bylo vhodné rozptyl formálně definovat a doplnit jej o známé kvantitativní metriky, například koeficient determinace R^2.
  • Odhad parametrů percepční funkce pomocí metody nejmenších čtverců je citlivý na odlehlé hodnoty (angl. outliers), zejména vlivem rovnice (5.4). Ačkoli použití L1 normy nebo odstranění 5% odlehlých hodnot může tento problém částečně zmírnit, pevně zvolený práh nemusí být vhodný pro všechny typy glyfů. Vhodnější by bylo využít robustní přístupy určené pro práci s odlehlými hodnotami, například metodu RANSAC.
75
Usability of results

Vzhledem k absenci širší rešerše souvisejících prací je obtížné přesně posoudit rozsah a originalitu dosažených výsledků, nicméně lze předpokládat, že přínos práce může mít i vědecký význam. Praktické nasazení výsledků práce je omezeno tím, že pro každý nový glyf bude zřejmě nutné provést nový percepční experiment. 

The extent to which the requirements of the assignment have been met

Evaluation level: assignment fulfilled

Předložená práce splňuje zadání. 

Extent of the technical report

Evaluation level: is within the usual extent

Rozsahem je technická zpráva na horní hranici obvyklého rozmezí. 

Work with literature

V kapitole 2 autorka odvedla kvalitní práci pokud jde o úvod do fyziologie vidění a psychofyziky. Popis fyzikálních vlastností lidského vizuálního systému zde ale není příliš podstatný, klíčová je rešerše předchozí práce ve výzkumu vnímání glyfů. Autorka však tuto předchozí práci prakticky zcela opomenula (viz příklady níže). [Fuchs et al.] např. shrnuje 64 článků, které popisují percepční experimenty s glyfy. Tím, že autorka články nezmiňuje není možné porovnat zvolené metodologie a dosažené výsledky.

  • Siva, N., Chaparro, A., & Palmer, E. (2012). Human Factors Principles Underlying Glyph Design: A Review of the Literature and an Agenda for Future Research. 56th Annual Meeting of the Human Factors and Ergonomics Society.
  • Li, J. (2011). Analysis of the perception of graphical encodings for information visualization. Phd Thesis, Technische Universiteit Eindhoven. 
  • Fuchs, J., Isenberg, P., Bezerianos, A., Keim, D. A Systematic Review of Experimental Studies on Data Glyphs. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2017, 23 (7), pp.1863-1879. 
  • Cleveland, W. S., & McGill, R. (1984). Graphical perception: Theory, experimentation, and application to the development of graphical methods. Journal of the American Statistical Association, 79(387), 531-554.
  • Klippel, A., Hardisty, F., & Weaver, C. (2009). Star plots: How shape characteristics influence classification tasks. Cartography and Geographic Information Science, 36(2), 149-163.


60
Topics for thesis defence:
  1. [Herout et al.] interpretuje vnímání glyfů v souladu s Weberovým zákonem ("Figure 7 shows that the Weber-Fechner law apparently applies to the perception of malleable glyphs"). Tento závěr je ale v rozporu s naměřenými výsledky, kde data spíše odpovídají "exponenciálnímu" (nebo lineárnímu) než logaritmickému průběhu. Můžete prosím vysvětlit tento nesoulad?
  2. Byly před sloučením dat z desktopové a webové aplikace (Sekce 5.1) provedeny statistické testy ověřující, že mezi oběma soubory nejsou statisticky významné rozdíly? Bez takového ověření nelze vyloučit, že rozdíly mezi platformami mohly ovlivnit výsledná data.
  3. Z tabulky 5.2 vyplývá, že některé glyfy (např. "line") byly výrazně méně otestovány, než jiné (např. "tree"). Jaký vliv má tento fakt na prezentované výledky?
  4. Z textu není zřejmé, zda byla kalibrace rozlišení monitoru před každým experimentem povinná a zda byla úspěšně provedena u všech respondentů. Pokud tomu tak nebylo, jaké dopady na naměřená data tento fakt mohl mít?
  5. U glyfu slunce byly zaznamenány nejvýraznější nelinearity ve vnímání. Barva oblohy zde může být zavádějící, protože "východ" a "západ" slunce mají modrou oblohu, zatímco "poledne" oranžovou. Tento rozpor s realitou byl zvolen záměrně, nebo jde o chybu? Mohla tato nekonzistence mít nějaký vliv na naměřené hodnoty?
Points proposed by reviewer: 83

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová