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Spatial-perceptual design: a new comprehension for interactive visual representations

By José Fernando Rodrigues Junior

Abstract

Esta tese apresenta um arcabouço teórico para auxiliar o estudo e o projeto de técnicas de visualização interativa de dados. Tais técnicas, tradicionalmente, têm sido projetadas baseando-se na experiência dos analistas desenvolvedores. Muitos trabalhos, todavia, têm procurado desenvolver um espaço de compreensão coerente para explicar como as visualizações são compostas e para permitir a predição de novas abordagens para técnicas de visualização. No entanto, propostas precursoras apresentam inadequações, não sendo capazes nem de fomentar novas sistematizações nem de explicar a concepção das técnicas mais recentes encontradas na literatura. Numa etapa inicial, esta tese revê conceitos em visualização, percepção e cognição procurando explicar como a análise visual de dados funciona. A revisão destes trabalhos é sintetizada em um processo de expressividade visual que correlaciona estímulos pré-atentivos, percepção visual analítica e interpretação cognitiva. Em seguida, após uma extensa revisão de trabalhos relacionados, a discussão prossegue definindo um plano de teorização da constituição dos métodos de representação visual de dados. Este plano impulsiona o desenvolvimento de uma sistematização inicial na forma de uma taxonomia capaz de caracterizar os constituintes pré-atentivos das visualizações. Esta caracterização é orientada à percepção visual analítica, que é parte do processo de expressividade visual. Desta maneira, em uma abordagem orientada a percepções visuais, as técnicas de visualização são classificadas de acordo com um conjunto limitado de características comuns e de processos de espacialização de dados. O próximo passo da discussão prossegue para a construção de um espaço de design com dimensões de posição, forma e cor. O espaço proposto, denominado Espaço de Design Espacial- Perceptivo, considera a possibilidade de múltiplos ciclos de espacialização de dados e também técnicas de interação. Baseando-se no espaço de design introduzido, a tese apresenta um modelo para a definição de parâmetros para o design de visualizações. Este modelo, que é um primeiro resultado da aplicação dos conceitos apresentados, prevê uma ferramenta para a definição, apresentação automática e avaliação empírica de representações visuais de dados. O trabalho é encerrado com a descrição de dois sistemas completos para a visualização de grafos e de dados multi variados. Assim, na última parte do texto, os sistemas GMine e VisTree são formalmente apresentados e analisados como estudos de caso à luz da teoria desenvolvida na teseThis thesis presents a theoretical framework to assist the study and the design of interactive data visualization techniques. Traditionally, visualization techniques have been designed based on analysts? experience. Many works, though, have sought to develop a coherent comprehension space to explain how visualizations are composed and to allow the prediction of new approaches for visualization techniques. However, precursor proposals present inadequacies and have not been able neither to furnish new systematizations nor to explain late techniques found in literature. In an initial step, this thesis reviews concepts on visualization, perception and cognition aiming at explaining how visual data analyses work. The revision of these works is synthesized in a process of visual expressivity that interrelates pre-attentive stimuli, analytical visual perception and cognitive interpretation. Then, after an extensive revision of related works, the discussion proceeds by structuring a plan for theorizing the constitution of methods for data visual representation. This plan furnishes the development of an initial systematization in the form of a taxonomy that characterizes the pre-attentive constituents of visualizations. This characterization considers visual analytical perceptions, which are part of the processes of visual expressivity. Like so, in a perceptions oriented approach, visualization techniques are classified according to a limited set of common characteristics and to data spatialization processes. The next step in the discussion proceeds to the construction of a space with dimensions position, shape and color. The proposed space is named Spatial/Perceptual Design Space, it considers the possibility of multiple cycles of data spatialization and also interaction techniques. Based on the design space just introduced, this thesis presents a model for the definition of parameters for visualization design. This model, which is a first result of the application of the presented concepts, foresees a tool for the definition, automatic presentation and empirical evaluation of visual data representations. The work is finished with the description of two complete systems for the visualization of graphs and multivariate data. Hence, in the last part of the text, systems GMine and VisTree are formally presented and analyzed as study cases under the light of the theory introduced in the thesi

Topics: Análise visual de dados, Visualizaçao, Grafos, Design, Computação gráfica, Banco de dados, Databases, Design, Computer graphics, Graphs, Visual data analysis, Visualization
Publisher: 'Universidade de Sao Paulo, Agencia USP de Gestao da Informacao Academica (AGUIA)'
Year: 2007
DOI identifier: 10.11606/T.55.2007.tde-04122007-114239
OAI identifier: oai:teses.usp.br:tde-04122007-114239
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