Metody vizualizace

Note

Vizualizace multidimenzionálních dat – scatterplot matrix, paralelní souřadnice, skládání dimenzí. Vizualizace hierarchických struktur – treemaps, radiální techniky. Základní třídy interakčních technik, techniky používané v prostoru obrazovky, objektu, dat, datových struktur.
PV251, PA214

Vizualizace multidimenzionálních dat

Vizualizace multidimenzionálních dat řeší, jak vizualizovat data, která pro jediný datový záznam obsahují více informací (např. výška, váha, velikost bot).

Scatterplot matrix

Scatterplot matrix zobrazuje scatterplot pro každé dva zaznamenané parametry v tabulce.

Scatterplot je graf, který zobrazuje hodnoty dvou proměnných v souřadnicovém systému. Na diagonále jsou typicky zobrazeny histogramy jednotlivých proměnných, nebo jejich popis. Ve scatterplot matrixu je každý scatterplot zobrazený dvakrát, pouze překlopený podle hlavní diagonály.

Paralelní souřadnice

Paralelní souřadnice je vizualizační technika, která umožňuje zobrazit vícerozměrná data v rovině. Jednotlivé dimenze jsou zobrazeny jako osy, které jsou rovnoběžné. Jednotlivé záznamy jsou zobrazeny jako čáry, které spojují hodnoty jednotlivých dimenzí.

U paralelních souřadnic je důležité seřazení dimenzí. Při špatném seřazení jsou data velmi špatně čitelná. Chceme co nejvíce clusterů čar, které vedou podobným směrem.

Skládání dimenzí

Skládání dimenzí je technika, která umožňuje zobrazit vícerozměrná data v rovině. Při skládání dimenzí vybereme dvě dimenze, které položíme v mřížce na osy X a Y. Do každého pole v této mřížce nyní provedeme stejnou operaci pro další dvě dimenze. Tento proces opakujeme, dokud nejsou zobrazeny všechny dimenze (vyjma jedné závislé). Poslední závislá dimenze je zobrazena jako barva.

Vizualizace hierarchických struktur

Některá data mohou být hierarchicky uspořádána. Vizualizace hierarchických struktur se snaží zobrazit tuto hierarchii. (např. souborový strom, kategorie a podkategorie).

Treemaps

Rekurzivně rozdělujeme obdélník střídavě horizontálními a vertikálními čarami podle hodnoty daného parametru. Obdélníky v treemapách je možné “zhranatit”, nebo nechat podlouhlé.

Sunburst

Způsob zobrazení hierarchie, kde uprostřed jsou kořenové prvky a okolo nich jsou zanořené prvky. Každé úroveň je zobrazena jako nezikruží rozsekané na menší kousky. “Tloušťka” každé výseče určuje hodnotu parametru.

Další techniky

Node-link diagram, Tree (Klasické zobrazení), Radial Tree (Sunburst, ale strom), Cone Tree (3D), …

Interakční techniky

Základní kategorie

• Navigace
  změna pozice kamery, škálování, rotace; automatická, nebo ovládaná uživatelem
• Výběr
  výběr objektů, oblasti (laso, klikání, vyhledávání) a následná interakce (zvýraznění, smazání, skrytí)
• Filtrování
  redukce množství zobrazených objektů (slidery, skrývání sloupců, …); filtrace je nepřímá (před vykreslením dat), výběr je přímý (přímo ve vizualizaci)
• Rekonfigurace
  změna mapování dat na grafické atributy (řazení sloupců); snížení počtu dimenzí pomocí PCA (principal component analysis), MDS (multidimensional scaling), …; Snaha zachovat vztahy mezi daty při snížení dimenzí
• Změna kódování
  tweaking grafických atributů atributů (barvy, velikosti, tvaru, …); více pohledů na stejná data
• Spojení
  interakce napříč více pohledy (společný výběr pro více vizualizací, filtrování napříč vizualizacemi, …)
• Abstrakce/specifikace
  změna detailnosti zobrazení (lupa na specifickou část dat, zkreslení [distortion])
• Hybridní techniky
  kombinace více technik

Tyto interakce můžeme aplikovat na různé operandy. Operand interakce je prostor, na který interakci aplikujeme.

Tip

Rozdělení mi není úplně 100% jasné, takže budu rád za opravy. Celé slidy čerpají z knihy Interactive Data Visualization: Foundations, Techniques, and Applications, Second Edition (dostupné z Anna’s Archive)

Techniky pro prostor obrazovky (Pixely)

• Výběr pixelů
  Vybíráme jednotlivé body obrazovky (obdélník, laso, …)
• Zkreslení
  Mapování pixelů na jiné pixely (zoom, lupa, …) $(x', y') = f(x, y)$. Zkreslení mohou způsobit kolizi pixelů, nebo naopak díry, které musíme vyřešit interpolací.
  • Rybí oko
    Zvětšení jednoho místa na obrazovce, v podstatě “odstrkujeme pixely” od vybraného bodu $(c_x, c_y)$ logaritmicky podle vzdálenosti od tohoto bodu a síly zkreslení $d$.

Techniky pro prostor hodnot

Aplikujeme transformaci hodnot na jednotlivé proměnné.

• Filtrování
  Skrývání některých datovách záznamů, nebo celých dimenzí.
• Řazení
• Zkreslení (transformace)
  Například škálování, posun. $(d_0', d_1', \dots, d_n') = (j_0(d_0), j_1(d_1), \dots, j_n(d_n))$

Techniky pro datové struktury (Organizace dat)

Měníme pouze organizaci dat, nikoliv data samotná.

• Zoom
  Načtení detailnějších dat místo manipulace s pixely.
• Výběr
  Výběr celých sekcí (např. jedna větev)
• Filtrování
  Podle struktury dat (jen konkrétní větev stromu, konkrétní čas, …)
• Řazení
  Typicky problematické u paralelních souřadnic, kde špatné řazení může způsobit, že data nebudou čitelná. Může být buď plně manuální, nebo algoritmické (pak je třeba najít měřítko vhodnosti).

Techniky pro prostor atributů

• Filtrování
  Skrývání některých atributů, nebo jejich zvýraznění
• Změna kódování
  Úprava barevné škály, barev, …

Techniky pro objekt (3D povrch)

• Navigace
  Otáčení, kamera, …
• Perspective walls
  Vizualizační metoda pro navigaci ve velkém množství dat.