information visualisation - vorlesungen · pdf file1.4 general concepts of information...

Click here to load reader

Post on 19-Aug-2018

214 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Information Visualisation

    Course Notes

    Version of 16 Apr 2018

    Ao.Univ.-Prof. Dr. Keith Andrews

    ISDSGraz University of Technology

    Inffeldgasse 16cA-8010 Graz

    [email protected]

    Copyright 2018 Keith Andrews.

  • Contents

    Contents iii

    List of Figures vii

    List of Tables ix

    Preface xi

    Credits xiii

    1 Introduction 11.1 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Why Visualise? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3 Visual Lies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4 General Concepts of Information Visualisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.5 Types of Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

    2 Visual Perception 172.1 Human Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.2 Visual Input Takes Priority . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.3 Preattentive Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.4 Visual Encoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

    3 History of Information Visualisation 293.1 Diderot and dAlembert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2 Edmund Cooper and John Snow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.3 Joseph Priestley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.4 William Playfair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.5 Florence Nightingale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.6 Charles Minard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.7 E. J. Marey (1885) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.8 Paul Otlet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.9 Jaques Bertin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

    4 Visualising Linear Structures 374.1 Bifocal Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2 Perspective Wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.3 Seesoft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.4 Lifestreams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.5 Spiral of Ranked Items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

    i

  • 5 Visualising Hierarchies 435.1 Outliners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

    5.1.1 Tree Views . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.1.2 MagTree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.1.3 WebTOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

    5.2 Layered Node-Link Tree Browsers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.2.1 Walker Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.2.2 File System Navigator (FSN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.2.3 Harmony Information Landscape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

    5.3 Radial Node-Link Tree Browsers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.3.1 Radial Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.3.2 The Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.3.3 Hyperbolic Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505.3.4 3D Hyperbolic Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505.3.5 Walrus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515.3.6 SInVis Magic Eye View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515.3.7 Cone Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535.3.8 Botanical Visualisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

    5.4 Layered Space-Filling Tree Browsers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.4.1 Xdu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

    5.5 Radial Space-Filling Tree Browsers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.5.1 Information Slices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.5.2 SunBurst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

    5.6 Inclusive Space-Filling Tree Browsers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.6.1 Tree Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.6.2 Market Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.6.3 Cushion Treemaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585.6.4 Information Pyramids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595.6.5 InfoSky Cobweb Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595.6.6 Voronoi Treemap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

    5.7 Overlapping Space-Filling Tree Browsers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.7.1 Cheops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.7.2 BeamTree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

    5.8 Single-Level Tree Browsers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635.8.1 GopherVR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

    6 Visualising Networks and Graphs 676.1 Adjacency Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676.2 Predetermined Position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

    6.2.1 Linear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676.2.2 Circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676.2.3 Grid-Based . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696.2.4 Geography-Based . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

    6.3 Layered Graph Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706.3.1 Harmony Local Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

    6.4 Force-Based Layouts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726.4.1 SemNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726.4.2 HyperSpace (Narcissus) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

    ii

  • 7 Visualising Multidimensional Metadata 757.1 Interactive Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

    7.1.1 Table Lens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 757.2 Interactive Scatterplots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

    7.2.1 FilmFinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 757.2.2 Envision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777.2.3 Search Result Explorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

    7.3 Multidimensional Glyphs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777.4 Parallel Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787.5 Star Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 807.6 Interactive Attraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

    7.6.1 Dust and Magnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817.7 Interactive Histograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

    7.7.1 Attribute Explorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817.8 Circular Histograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

    8 Visualising Text and Object Collections (Feature Spaces) 858.1 Distance-Based Projection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

    8.1.1 Linear Projection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 878.1.2 Non-Linear Projection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

    8.2 Force-Directed Placement (FDP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 888.3 Example Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

    8.3.1 Bead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 888.3.2 SPIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 898.3.3 VxInsight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 898.3.4 VisIslands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908.3.5 InfoSky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

    8.4 Self-Organizing Maps (SOM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928.4.1 SOMLib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928.4.2 WEBSOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

    9 Other Kinds o