Evaluation of two interaction techniques for visualization of dynamic graphs

Several techniques for visualization of dynamic graphs are based on different spatial arrangements of a temporal sequence of node-link diagrams. Many studies in the literature have investigated the importance of maintaining the user's mental map across this temporal sequence, but usually each layout is considered as a static graph drawing and the effect of user interaction is disregarded. We conducted a task-based controlled experiment to assess the effectiveness of two basic interaction techniques: the adjustment of the layout stability and the highlighting of adjacent nodes and edges. We found that generally both interaction techniques increase accuracy, sometimes at the cost of longer completion times, and that the highlighting outclasses the stability adjustment for many tasks except the most complex ones.Comment: Appears in the Proceedings of the 24th International Symposium on Graph Drawing and Network Visualization (GD 2016

Choreographien der Existenz: Zur multimodalen Erweiterung biographischer Forschung und Lehre durch Verfahren der visuellen Analyse und Synthese

Das Studium von historischen Daten- und Textbeständen kann durch Techniken der Informationsvisualisierung multimodal erweitert und unterstützt werden. Biographische Datenbanken modellieren das Leben von historischen Akteuren als zeitlich strukturierte Verknüpfungen von Personen, Ereignissen, Orten, Organisationen, Objekten, Konzepten und anderer Entitäten. Methoden der Visualisierung wie Karten, Netzwerke, Treemaps oder Timelines können die Analyse und Exploration dieser komplexen Datensammlungen erleichtern und beschleunigen. Der spezifische Fokus des Textes richtet sich auf die Frage, wie Synergien durch die Kombination dieser Methoden erzielt werden können. Zu diesem Zweck wird das multiperspektivische PolyCube-Framework diskutiert, das die Gewinnung von biographischen big pictures ebenso begünstigt wie detaillierte Einsichten in die Lebenswege historischer Akteure

GraphDiaries: Animated Transitions and Temporal Navigation for Dynamic Networks

International audienceIdentifying, tracking and understanding changes in dynamic networks are complex and cognitively demanding tasks. We present GraphDiaries, a visual interface designed to improve support for these tasks in any node-link based graph visualization system. GraphDiaries relies on animated transitions that highlight changes in the network between time steps, thus helping users identify and understand those changes. To better understand the tasks related to the exploration of dynamic networks, we first introduce a task taxonomy, that informs the design of GraphDiaries, presented afterwards. We then report on a user study, based on representative tasks identified through the taxonomy, and that compares GraphDiaries to existing techniques for temporal navigation in dynamic networks, showing that it outperforms them in terms of both task time and errors for several of these tasks

Visualisations novatrices pour la compréhension de réseaux et de logiciels complexes

La visualisation d’information a le potentiel de pouvoir exploiter nos capacités visuelles, acquises au fil de centaines de millions d’années d’évolution, afin de faciliter la découverte de secrets enfouis dans les données, de nouveaux patrons ou de relations insoupçonnées. Il existe toutefois une grande variété de données, plus ou moins structurées, que l’on cherche à comprendre sous diverses perspectives. En particulier, les données sous forme de réseaux servent à modéliser des phénomènes importants, tels que les communautés sociales ou les transactions financières, mais peuvent être difficiles à représenter si les réseaux sont grands, hiérarchiques, et/ou dynamiques. Cette thèse se concentre sur la conception de nouvelles techniques de visualisation de réseaux, dans le but de faciliter la compréhension de données. Les techniques de visualisation présentes dans la littérature sont utiles dans certains contextes et comportent chacune des limitations. Néanmoins, il existe encore des possibilités inexplorées pour créer des nouvelles façons de représenter des données. La validation de ces nouvelles techniques demeure un défi. En outre, les interfaces doivent être simples à utiliser, mais aussi faciliter l’analyse et l’exploration de données. Dans le but d’étudier de nouvelles options de visualisations pour faciliter des tâches de compréhension des données, nous avons d’abord classifié les travaux antérieurs avec des taxonomies. De cette manière, nous avons aussi pu mettre en lumière des nouvelles pistes d’hybrides (c’est-à-dire, des combinaisons d’approches) potentiellement intéressantes pour visualiser des réseaux statiques et dynamiques. Les contributions présentées dans cette thèse couvrent différents aspects de la visualisation de réseaux complexes et dynamiques. D’abord, le premier chapitre se concentre sur la visualisation de réseaux statiques comportant des hiérarchies, par la combinaison d’approches. Le prototype décrit dans le deuxième chapitre permet également de combiner des représentations visuelles, mais peut être aussi utilisé afin de modéliser des graphes dynamiques. Enfin, le troisième chapitre présente une nouvelle méthode visuelle appliquée afin de tracer l’évolution de structures de conception complexes dans des logiciels (modélisés par des réseaux). Ainsi, dans le premier prototype (TreeMatrix), des parties de graphes sont montrées avec des matrices et des diagrammes noeuds-liens, alors que les arborescences sont représentées par des diagrammes en glaçons et des regroupements. Contrairement aux autres visualisations dans la littérature, cette nouvelle technique aide à montrer des réseaux denses, sans nuire à la compréhension des liens à plus haut niveau. Une expérience avec des utilisateurs a montré certains avantages afin de découvrir et organiser les liens de modules au sein d’un logiciel, en comparaison avec le logiciel commercial Lattix. Nous avons également combiné des approches de manière novatrice pour notre second prototype (DiffAni) afin de visualiser des réseaux qui évoluent dans le temps. DiffAni est le premier hybride interactif de graphes dynamiques et sa validation avec des participants a permis de faire ressortir certains avantages. Ainsi, l’utilisation d’animation doit être modérée et est surtout utile lors de mouvements significatifs. Ces résultats, avec nos taxonomies, pourraient contribuer à guider la création de nouveaux hybrides dans le futur. Le troisième prototype (IHVis) a facilité l’exploration et le traçage de structures de conception dans des logiciels en évolution (modélisés par des réseaux) à partir de répertoires de code source. Cette nouvelle visualisation a notamment révélé des cas d’introduction de points de stabilité et des refactorings, et certains participants ont aussi trouvé d’autres informations intéressantes, telles que l’extension de fonctionnalités par l’implémentation d’interfaces. En résumé, cette thèse présente des façons novatrices et utiles de visualiser des réseaux complexes et dynamiques. Nos principales contributions sont (1) l’exploration d’espaces de conception de nouvelles visualisations de réseaux à l’aide de taxonomies, (2) la conception de prototypes combinant des approches pour visualiser des réseaux hiérarchiques et dynamiques, (3) la conception d’une nouvelle méthode visuelle d’exploration des variations et des instabilités au sein de logiciels en évolution, (4) l’évaluation de ces techniques à l’aide d’expériences avec des participants

Graph-level operations: A high-level interface for graph visualization technique specification

More and more the world is being described as graphs---as connections between people, places, and ideas---since they provide a richer model than simply understanding each item in isolation. In order to help analysts understand these graphs, researchers have developed and studied a large number of graph visualization techniques. This variety of techniques presents solutions to a breadth of graph analysis tasks, but it introduces a new issue: complexity. The variety introduces both the complexity of comparing techniques in an objective way and the engineering complexity of implementing so many techniques. In this thesis, I present graph-level operations models (or GLO models) as an elegant solution to these challenges. A GLO model consists of a model of visual elements and a set of functions (GLOs) that manipulate those elements. I introduce GLOv1 and GLOv2, GLO models derived from six hand-picked graph visualization techniques and twenty-nine techniques derived from a review of 430 graph visualization publications, respectively. I show how to use GLOs to define graph visualization techniques, including a model's original seed techniques as well as novel techniques. I demonstrate the analysis potential of the GLO model by clustering the twenty-nine seed techniques using two different GLO-based schemes. Finally, I demonstrate the practical engineering potential of the model through an open-source Javascript implementation (GLO.js) and two applications built atop the implementation for exploring a graph and discovering novel techniques using GLOs (GLO-STIX and GLO-CLI).Ph.D

Tasks and visual techniques for the exploration of temporal graph data

This thesis considers the tasks involved in exploratory analysis of temporal graph data, and the visual techniques which are able to support these tasks. There has been an enormous increase in the amount and availability of graph (network) data, and in particular, graph data that is changing over time. Understanding the mechanisms involved in temporal change in a graph is of interest to a wide range of disciplines. While the application domain may differ, many of the underlying questions regarding the properties of the graph and mechanism of change are the same.The research area of temporal graph visualisation seeks to address the challenges involved in visually representing change in a graph over time. While most graph visualisation tools focus on static networks, recent research has been directed toward the development of temporal visualisation systems. By representing data using computer-generated graphical forms, Information Visualisation techniques harness human perceptual capabilities to recognise patterns, spot anomalies and outliers, and find relationships within the data. Interacting with these graphical representations allow individuals to explore large datasets and gain further insightinto the relationships between different aspects of the data. Visual approaches are particularly relevant for Exploratory Data Analysis (EDA), where the person performing the analysis may be unfamiliar with the data set, and their goal is to make new discoveries and gain insight through its exploration. However, designing visual systems for EDA can be difficult, as the tasks which a person may wish to carry out during their analysis are not always known at outset. Identifying and understanding the tasks involved in such a process has given rise to a number of task taxonomies which seek to elucidate the tasks and structure them in a useful way.While task taxonomies for static graph analysis exist, no suitable temporal graph taxonomy has yet been developed. The first part of this thesis focusses on the development of such a taxonomy. Through the extension and instantiation of an existing formal task framework for general EDA, a task taxonomy and a task design space are developed specifically for exploration of temporal graph data. The resultant task framework is evaluated with respect to extant classifications and is shown to address a number of deficiencies in task coverage in existing works. Its usefulness in both the design and evaluation processes is also demonstrated.Much research currently surrounds the development of systems and techniques for visual exploration of temporal graphs, but little is known about how the different types of techniques relate to one another and which tasks they are able to support. The second part of this thesis focusses on the possibilities in this area: a design spaceof the possible visual encodings for temporal graph data is developed, and extant techniques are classified into this space, revealing potential combinations of encodings which have not yet been employed. These may prove interesting opportunities for further research and the development of novel techniques.The third part of this work addresses the need to understand the types of analysis the different visual techniques support, and indeed whether new techniques are required. The techniques which are able to support the different task dimensions are considered. This task-technique mapping reveals that visual exploration of temporalgraph data requires techniques not only from temporal graph visualisation, but also from static graph visualisation and comparison, and temporal visualisation. A number of tasks which are unsupported or less-well supported, which could prove interesting opportunities for future research, are identified.The taxonomies, design spaces, and mappings in this work bring order to the range of potential tasks of interest when exploring temporal graph data and the assortmentof techniques developed to visualise this type of data, and are designed to be of use in both the design and evaluation of temporal graph visualisation systems

A visual analytics approach to dynamic social networks

The visualization and analysis of dynamic networks have become increasingly important in several fields, for instance sociology or economics. The dynamic and multi-relational nature of this data poses the challenge of understanding both its topological structure and how it changes over time. In this paper we propose a visual analytics approach for analyzing dynamic networks that integrates: a dynamic layout with user-controlled trade-off between stability and consistency; three temporal views based on different combinations of node-link diagrams (layer superimposition, layer juxtaposition, and two-and-a-halfdimensional view); the visualization of social network analysis metrics; and specific interaction techniques for tracking node trajectories and node connectivity over time. This integration of visual, interactive, and automatic methods supports the multifaceted analysis of dynamically changing networks