Designing Improved Sediment Transport Visualizations

Monitoring, or more commonly, modeling of sediment transport in the coastal environment is a critical task with relevance to coastline stability, beach erosion, tracking environmental contaminants, and safety of navigation. Increased intensity and regularity of storms such as Superstorm Sandy heighten the importance of our understanding of sediment transport processes. A weakness of current modeling capabilities is the ability to easily visualize the result in an intuitive manner. Many of the available visualization software packages display only a single variable at once, usually as a two-dimensional, plan-view cross-section. With such limited display capabilities, sophisticated 3D models are undermined in both the interpretation of results and dissemination of information to the public. Here we explore a subset of existing modeling capabilities (specifically, modeling scour around man-made structures) and visualization solutions, examine their shortcomings and present a design for a 4D visualization for sediment transport studies that is based on perceptually-focused data visualization research and recent and ongoing developments in multivariate displays. Vector and scalar fields are co-displayed, yet kept independently identifiable utilizing human perception\u27s separation of color, texture, and motion. Bathymetry, sediment grain-size distribution, and forcing hydrodynamics are a subset of the variables investigated for simultaneous representation. Direct interaction with field data is tested to support rapid validation of sediment transport model results. Our goal is a tight integration of both simulated data and real world observations to support analysis and simulation of the impact of major sediment transport events such as hurricanes. We unite modeled results and field observations within a geodatabase designed as an application schema of the Arc Marine Data Model. Our real-world focus is on the Redbird Artificial Reef Site, roughly 18 nautical miles offshor- Delaware Bay, Delaware, where repeated surveys have identified active scour and bedform migration in 27 m water depth amongst the more than 900 deliberately sunken subway cars and vessels. Coincidently collected high-resolution multibeam bathymetry, backscatter, and side-scan sonar data from surface and autonomous underwater vehicle (AUV) systems along with complementary sub-bottom, grab sample, bottom imagery, and wave and current (via ADCP) datasets provide the basis for analysis. This site is particularly attractive due to overlap with the Delaware Bay Operational Forecast System (DBOFS), a model that provides historical and forecast oceanographic data that can be tested in hindcast against significant changes observed at the site during Superstorm Sandy and in predicting future changes through small-scale modeling around the individual reef objects

Visualyzart Project – The role in education

The VisualYzARt project intends to develop research on mobile platforms, web and social scenarios in order to bring augmented reality and natural interaction for the general public, aiming to study and validate the adequacy of YVision platform in various fields of activity such as digital arts, design, education, culture and leisure. The VisualYzARt project members analysed the components available in YVision platform and are defining new ones that allow the creation of applications to a chosen activity, effectively adding a new language to the domain YVision. In this paper we will present the role of the InstitutoPolitécnico de Santarém which falls into the field of education.VisualYzART is funded by QREN – Sistema de Incentivos à Investigação e Desenvolvimento Tecnológico (SI I&DT), Project n. º 23201 - VisualYzARt (from January 2013 to December 2014). Partners: YDreams Portugal; Instituto Politécnico de Santarém - Gabinete de e-Learning; Universidade de Coimbra - Centro de Informática e Sistemas; Instituto Politécnico de Leiria - Centro de Investigação em Informática e Comunicações; Universidade Católica do Porto - Centro de Investigação em Ciência e Tecnologia das Artes.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Touching 3D data:interactive visualization of cosmological simulations

Visualisatie richt zich op het aanvullen van de zintuigen en het voorstellingsvermogen van wetenschappers zodat ze hun gegevens beter kunnen begrijpen. Dit is een interactief en iteratief proces waar informatierepresentatie, interactieve verkenning en het nemen van beslissingen een grote rol spelen. Het doel is om door middel van dit iteratieve proces inzicht te verkrijgen in het probleem en de onderliggende gegevens totdat er voldoende begrip is. Bij deze visuele verkenning is een hoge mate van interactiviteit essentieel voor het op eem efficiënte manier behalen van dit doel omdat het de gebruiker dan de mogelijkheid geeft om nieuwe ideëen uit te proberen, terugkoppeling te verkrijgen en de verkenning op basis daarvan bij te sturen. In dit proefschrift rapporteren we over ons onderzoek naar de uitdagingen voor natuurlijke interactie en de verkenning van gegevens die gerepresenteerd worden in drie dimensies. In dit proefschrift hebben we de visualisatie van astronomische gegevens als centraal voorbeeld genomen van een toepassingsdomein waarin de nadruk ligt op op drie-dimensionale puntwolkgegevens van numerieke simulaties, zoals simulaties van galactische dynamica of hoog-dimensionale informatie uit deeltjessystemen. We introduceren twee intuïtieve en efficiënte interactie-technieken voor de verkenning van gegevens in drie dimensies. De eerste techniek helpt gebruikers te navigeren in drie dimensies en de tweede techniek geeft gebruikers de mogelijkheid om eenvoudig een subset van deeltjes te selecteren. Daarnaast integreren we deze twee technieken in een visueel-analytische computerapplicatie om zo wetenschappers te helpen nuttige informatie te extraheren en inzicht te verkrijgen

Immersive Insights: A Hybrid Analytics System for Collaborative Exploratory Data Analysis

In the past few years, augmented reality (AR) and virtual reality (VR) technologies have experienced terrific improvements in both accessibility and hardware capabilities, encouraging the application of these devices across various domains. While researchers have demonstrated the possible advantages of AR and VR for certain data science tasks, it is still unclear how these technologies would perform in the context of exploratory data analysis (EDA) at large. In particular, we believe it is important to better understand which level of immersion EDA would concretely benefit from, and to quantify the contribution of AR and VR with respect to standard analysis workflows. In this work, we leverage a Dataspace reconfigurable hybrid reality environment to study how data scientists might perform EDA in a co-located, collaborative context. Specifically, we propose the design and implementation of Immersive Insights, a hybrid analytics system combining high-resolution displays, table projections, and augmented reality (AR) visualizations of the data. We conducted a two-part user study with twelve data scientists, in which we evaluated how different levels of data immersion affect the EDA process and compared the performance of Immersive Insights with a state-of-the-art, non-immersive data analysis system.Comment: VRST 201

Exploring the potential of physical visualizations

The goal of an external representation of abstract data is to provide insights and convey information about the structure of the underlying data, therefore helping people execute tasks and solve problems more effectively. Apart from the popular and well-studied digital visualization of abstract data there are other scarcely studied perceptual channels to represent data such as taste, sound or haptic. My thesis focuses on the latter and explores in which ways human knowledge and ability to sense and interact with the physical non-digital world can be used to enhance the way in which people analyze and explore abstract data. Emerging technological progress in digital fabrication allow an easy, fast and inexpensive production of physical objects. Machines such as laser cutters and 3D printers enable an accurate fabrication of physical visualizations with different form factors as well as materials. This creates, for the first time, the opportunity to study the potential of physical visualizations in a broad range. The thesis starts with the description of six prototypes of physical visualizations from static examples to digitally augmented variations to interactive artifacts. Based on these explorations, three promising areas of potential for physical visualizations were identified and investigated in more detail: perception & memorability, communication & collaboration, and motivation & self-reflection. The results of two studies in the area of information recall showed that participants who used a physical bar chart retained more information compared to the digital counterpart. Particularly facts about maximum and minimum values were be remembered more efficiently, when they were perceived from a physical visualization. Two explorative studies dealt with the potential of physical visualizations regarding communication and collaboration. The observations revealed the importance on the design and aesthetic of physical visualizations and indicated a great potential for their utilization by audiences with less interest in technology. The results also exposed the current limitations of physical visualizations, especially in contrast to their well-researched digital counterparts. In the area of motivation we present the design and evaluation of the Activity Sculptures project. We conducted a field study, in which we investigated physical visualizations of personal running activity. It was discovered that these sculptures generated curiosity and experimentation regarding the personal running behavior as well as evoked social dynamics such as discussions and competition. Based on the findings of the aforementioned studies this thesis concludes with two theoretical contributions on the design and potential of physical visualizations. On the one hand, it proposes a conceptual framework for material representations of personal data by describing a production and consumption lens. The goal is to encourage artists and designers working in the field of personal informatics to harness the interactive capabilities afforded by digital fabrication and the potential of material representations. On the other hand we give a first classification and performance rating of physical variables including 14 dimensions grouped into four categories. This complements the undertaking of providing researchers and designers with guidance and inspiration to uncover alternative strategies for representing data physically and building effective physical visualizations.Um aus abstrakten Daten konkrete Aussagen, komplexe Zusammenhänge oder überraschende Einsichten gewinnen zu können, müssen diese oftmals in eine, für den Menschen, anschauliche Form gebracht werden. Eine weitverbreitete und gut erforschte Möglichkeiten ist die Darstellung von Daten in visueller Form. Weniger erforschte Varianten sind das Verkörpern von Daten durch Geräusche, Gerüche oder physisch ertastbare Objekte und Formen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die letztgenannte Variante und untersucht wie die menschlichen Fähigkeiten mit der physischenWelt zu interagieren dafür genutzt werden können, das Analysieren und Explorieren von Daten zu unterstützen. Der technische Fortschritt in der digitalen Fertigung vereinfacht und beschleunigt die Produktion von physischen Objekten und reduziert dabei deren Kosten. Lasercutter und 3D Drucker ermöglichen beispielsweise eine maßgerechte Fertigung physischer Visualisierungen verschiedenster Ausprägungen hinsichtlich Größe und Material. Dadurch ergibt sich zum ersten Mal die Gelegenheit, das Potenzial von physischen Visualisierungen in größerem Umfang zu erforschen. Der erste Teil der Arbeit skizziert insgesamt sechs Prototypen physischer Visualisierungen, wobei sowohl statische Beispiele beschrieben werden, als auch Exemplare die durch digital Inhalte erweitert werden oder dynamisch auf Interaktionen reagieren können. Basierend auf den Untersuchungen dieser Prototypen wurden drei vielversprechende Bereiche für das Potenzial physischer Visualisierungen ermittelt und genauer untersucht: Wahrnehmung & Einprägsamkeit, Kommunikation & Zusammenarbeit sowie Motivation & Selbstreflexion. Die Ergebnisse zweier Studien zur Wahrnehmung und Einprägsamkeit von Informationen zeigten, dass sich Teilnehmer mit einem physischen Balkendiagramm an deutlich mehr Informationen erinnern konnten, als Teilnehmer, die eine digitale Visualisierung nutzten. Insbesondere Fakten über Maximal- und Minimalwerte konnten besser im Gedächtnis behalten werden, wenn diese mit Hilfe einer physischen Visualisierung wahrgenommen wurden. Zwei explorative Studien untersuchten das Potenzial von physischen Visualisierungen im Bereich der Kommunikation mit Informationen sowie der Zusammenarbeit. Die Ergebnisse legten einerseits offen wie wichtig ein ausgereiftes Design und die Ästhetik von physischen Visualisierungen ist, deuteten anderseits aber auch darauf hin, dass Menschen mit geringem Interesse an neuen Technologien eine interessante Zielgruppe darstellen. Die Studien offenbarten allerdings auch die derzeitigen Grenzen von physischen Visualisierungen, insbesondere im Vergleich zu ihren gut erforschten digitalen Pendants. Im Bereich der Motivation und Selbstreflexion präsentieren wir die Entwicklung und Auswertung des Projekts Activity Sculptures. In einer Feldstudie über drei Wochen erforschten wir physische Visualisierungen, die persönliche Laufdaten repräsentieren. Unsere Beobachtungen und die Aussagen der Teilnehmer ließen darauf schließen, dass die Skulpturen Neugierde weckten und zum Experimentieren mit dem eigenen Laufverhalten einluden. Zudem konnten soziale Dynamiken entdeckt werden, die beispielsweise durch Diskussion aber auch Wettbewerbsgedanken zum Ausdruck kamen. Basierend auf den gewonnen Erkenntnissen durch die erwähnten Studien schließt diese Arbeit mit zwei theoretischen Beiträgen, hinsichtlich des Designs und des Potenzials von physischen Visualisierungen, ab. Zuerst wird ein konzeptionelles Framework vorgestellt, welches die Möglichkeiten und den Nutzen physischer Visualisierungen von persönlichen Daten veranschaulicht. Für Designer und Künstler kann dies zudem als Inspirationsquelle dienen, wie das Potenzial neuer Technologien, wie der digitalen Fabrikation, zur Darstellung persönlicher Daten in physischer Form genutzt werden kann. Des Weiteren wird eine initiale Klassifizierung von physischen Variablen vorgeschlagen mit insgesamt 14 Dimensionen, welche in vier Kategorien gruppiert sind. Damit vervollständigen wir unser Ziel, Forschern und Designern Inspiration und Orientierung zu bieten, um neuartige und effektvolle physische Visualisierungen zu erschaffen