数据可视化笔记9 可视化交互与评估

概括
交互的概念
交互准则：交互延时、交互成本、交互场景变化
可视化交互的主要类型/分类：选择、再布局、视觉编码、抽象化/具体化、过滤、链接
交互模型：概览+细节，焦点+上下文、对偶界面、多种混合交互方式、混合多种交互设备
交互空间：屏幕空间、数据值空间、数据结构空间、可视化参数空间、可视化结构空间、数据/物体空间、虚拟和现实空间
可视化交互中的设备
可视化的价值和评估：定量评估和定性评估、其它评估方式

文章目录

1、交互的概念
2、交互准则
3、可视化交互类型
4、可视化交互模型
5、交互空间
6、可视化交互中的设备
7、可视化的价值和评估

1、交互的概念

交互的概念：
用户通过与系统之间的对话和互动来操纵与理解数据的过程。

交互的作用：
缓解有限的可视化空间和数据过载之间的矛盾。
交互能让用户更好地参与对数据的理解和分析

2、交互准则

交互延时：用户操作的发生到系统返回结果所经过的时间
-感知处理：用户感知交互效果的过程
当用户旋转三维可视化中的物理时，物体需要随之不断更新，延时阈值为0.1秒
-立即反应：用户和可视化系统之间类似对话的交互。
例如可视化视图之间的切换，延时阈值为1秒
-基本任务：用户在交互中指令系统完成一个相对复杂的任务。
例如：检索相关信息，忍耐度增强，一般延时阈值为10秒

交互成本：为提高可视化效率，帮助用户处理更多数据，完成更复杂任务付出的成本。
-达成目的选择花费的决策成本
-生产系统操作花费的系统资源成本
-多重输入模式引发的交互流程阻滞
-人体物理动作占据的流程执行时间
-视觉混叠引起的感知阻碍
-视图变换花费的解读时间
-状态转换成本

交互场景变化：交互操作将引发可视化场景的变化，此时需要依赖用户的视觉和感知记忆避免交互出错。在场景变化中，尽量减少用户的认知负担。

3、可视化交互类型

可视化交互类型——Dix and Ellis (AVI 1998)
高亮和焦点
搜索更多信息- drill down和超链接
概况与上下文，缩放与鱼眼
同一个表示，不同参数选择
链接不同的表示/征：提供时间上的过渡（如淡入淡出）

可视化交互类型——Daniel Keim (TVCG 2002)
投影/映射
过滤
缩放
失真变形
Brushing & linking

可视化交互类型——最新分类
选择(Select): mark something as interesting
探索(Explore): 寻找某种清晰图案
再布局/重配(Reconfigure): show me a different arrangement
视觉编码(Encode): show me a different representation
抽象化/具体化(Abstract/Elaborate): show me more or less detail
过滤(Filter): show me something conditionally
链接(Connect): show me related items

可视化交互类型——最新分类：选择
标记感兴趣的区域或特征，追踪这些区域或特征的变化
常见的选择方法：鼠标选择、悬停、刷选、框选
从交互成本看：针对节点较多的网络图，圈选>单击>选择范围
鼠标选择:单击选择一个项目，并显示数据点的属性
问题：选择时的视觉混乱(visual clutter)
解决办法：放大

标签（选择后的提示信息）选择的挑战与目标
如何可视化标签？
当很多实体存在时，逐一做标记很困难
归结为字符串在有限空间排列的问题
理想中的标签
可解读
具有指引性：明确地指向它的标签对象
互相不遮挡
对所有对象给出标签是理想状况，但并不总是可行的
偏心标签要素
在用户鼠标接触到数据点之前不可见
采用名称描述每个数据点
可视地连接数据点和标签
为标签排序，以显示数据点的布局

可视化交互类型——最新分类：探索
探索：寻找某种清晰图案
方法：调节绘制、视角位置、大小等参数

可视化交互类型——最新分类：再布局/重配
再布局/重配旨在为用户提供观察数据的不同视角，常见的方式有重组视图、重排列等。
实例
在TableLens中排序和重组
更改在散点图的属性
重组视图
保持基本表述和数据显示不变，重组元素的
位置
顺序
TableLens中，可以左右移动表示属性的列
可视化交互类型——最新分类：再布局
重新排序：TableLens中可以选择某种属性进行排序

可视化交互类型——最新分类：视觉编码
显示一个不同的表示方式（visual representation）
视觉编码是可视化的核心要素
改变视觉外观
实例
改变颜色编码
更改大小
改变方向
更改字体
改变形状

可视化交互类型——最新分类：抽象化/具体化
为用户提供不同细节等级的信息，用户可以通过交互控制显示更多或更少的数据细节，即调整抽象级别（概览和细节）
可视化术语：Details-on-Demand
应用场合
由于尺寸问题而不能显示整个数据
显示一组对象的抽象表达
展开数据组以显示更多细节，或显示单个数据

可视化交互类型——最新分类：过滤
过滤：显示符合条件的某些数据子集；基于某些特定的条件改变显示的数据集

动态查询优势：
加快工作效率，促进反向、撤销、探索，非常自然的交互方式，显示数据
动态查询劣势：
操作过于耦合
设置会产生全局影响
设置条件必须提前确定
当数据尺寸变大时，动态查询无法达到实时
存储问题（线性数组均匀网格 Kd-树向量量化）

可视化交互类型——最新分类：链接
链接：显示相关的项目，高亮关联和联系，显示与特定数据项有关的项
实例：刷取（Brushing Histogram）

4、可视化交互模型

可视化交互模型——概览+细节(overview+details)
尺度问题—数据太大，不能在屏幕上显示
可能包含太多的事例
可能包含太多的变量
屏幕上只能显示部分数据，但观者焦点随时而变
概览+细节：在一个视图上集中显示所有的对象，再通过刷选、框选等交互在相邻视图中展示它们的细节

可视化交互模型——焦点+上下文（focus+context）
焦点+上下文：显示大规模数据集中的局部细节，致力于显示用户兴趣焦点部分的细节信息，同时体现焦点和周边的关联关系
鱼眼技术：模仿摄影中鱼眼镜头技术，重点突出，兼顾周边
Ｆ＋Ｃ交互技术依据的认知规律是：人们在探索所关注的焦点信息和详细细节信息时，往往需要同时保持整个信息空间尤其是焦点相关的上下文信息的可见性

可视化交互模型——对偶界面模型
对同一数据同时采用两种不同方式的可视化
多角度观察数据，允许用户在两个视窗内进行可视化交互操作和交互结果的关联

5、交互空间

交互空间：用户和可视化程序交互时所处的空间或者视窗
主要空间：
屏幕空间
数据值空间
数据结构空间
可视化参数空间
可视化结构空间
数据/物体空间
虚拟和现实空间

屏幕空间：直接控制屏幕上的像素显示
所有像素、部分区域、单个像素点
主要方式：旋转、放缩、移动等
数据值空间：用户可以对某个或某些维度指定一个范围，查看该范围内的数据
主要方式：过滤
数据结构空间：用户可以指定可视化中数据的细节层次
可视化参数空间：绘制参数如颜色、大小等
可视化结构空间：关注系统的不同视图，将视图大小、位置做成可以调整，可以有效的使用屏幕空间
数据/物体空间：数据的直接绘制空间
虚拟和现实空间：将数据和空间紧密的结合起来

6、可视化交互中的设备

多点触控 (又称多重触控、多点感应、多重感应，英译为Multitouch或Multi-touch)是一项由电脑使用者透过数只手指达至图像应用控制的输入技术
智能手表：兼顾触摸功能和体感功能
交互方式：水平滑动、垂直滑动、旋转表盘、移动手臂
其它交互工具：
MYO 腕带
Oculus Rift 头戴式虚拟现实设备
G-Speak手套
目光捕捉设备：通过捕捉用户的目光了解用户的兴趣，自动增强部分数据的细节

7、可视化的价值和评估

可视化价值：帮助用户从数据中获取新的知识
影响因素：用户已有的专业知识和技能，用户需要的知识
用户是可视化价值的体现者
可视化评估：帮助用户认识到可视化的作用，在专业领域或其它使用场景中接受可视化
可视化评估方法：定量评估和定性评估
定量评估：1、列出假设、2、设计实验、3、完成实验、4、分析结果
1、列出假设：假设尽可能具体，必须使用可以被证伪的假设，可以使虚假设
例如：可视化方法A比B好——不恰当，无法检验
用户使用可视化方法A完成T任务花费的时间比B少
可视化评估时涉及到的任务要简单
常见的任务有：
识别：用户通过可视化在数据中识别目标
定位：找到指定特征或目标的位置
区分：将数据中不同元素区分开
分类：将数据中不同元素划分为不同类型
聚类：按一定的相似法则将相似的数据聚合成一类
排序：将可视化的对象按一定规则排序
比较：对两个或多个可视化对象进行比较并发现相同或不同之处
关联：判断可视化对象之间的关联
2、设计实验
独立变量：可能影响假设验证的因素，如任务、可视化方法、可视化参数
因变量：随独立变量变化而变化的因素，如完成任务的实践、完成任务的准确性等
3、完成实验
招募被试：在满足条件的人中尽可能广泛的招募被试人员，如性别比例、年龄范围分布、学历程序分布均衡。
4、分析结果
分析对象：一组被试反复实验结果
分析方法：统计学假设检验方法。如显著性检验、卡方检验、似然比检验、t检验、F检验等

定性评估主要方法：访谈、观察
观察：被试人员在操作过程中的问题、情绪、发现等
注意要降低对被试人员的干扰
访谈：引导用户描述细节，善于倾听
不能引导观点，客观的完成访谈过程