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.