Visualisation d’information interactive Jean-Daniel Fekete & Frédéric Vernier INRIA Futurs/LRI & LIMSI Jean-Daniel.Fekete@inria.fr & Frederic.Vernier@limsi.fr

Visualisation The eye… the window of the soul, is the principal means by which the central sense can most completely and abundantly appreciate the infinite works of nature. Leonardo da Vinci (1452 - 1519)

Visualisation : 3 domaines Visualisation scientifique Visualisation d’information Cartographie Communauté à part entière 2000 ans d’histoire Sous communauté de l’Informatique Graphique 20 ans d’histoire Sous communauté de l’Interaction Homme- Machine 10 ans d’histoire

Visualisation : 3 disciplines Informatique Psychologie Design Algorithmes et structures de données Géométrie Infographie Nouvelles représentation Communication Perception Cognition Interaction

Visualisation d’information : Définition Utilisation de l’informatique graphique interactive pour représenter visuellement de données abstraites afin d’amplifier la cognition

Définition 2 / Objectifs Représentation graphique compacte et interface utilisateur pour : manipuler un grand nombre d’items (102 - 106) éventuellement extraite d’une base de donnée plus grande Permettant aux utilisateurs de faire des découvertes prendre des décisions, ou trouver des explications sur des motifs (tendances, groupes, trous, points isolés) des groupes d’items des items individuels Fouille de données visuelle Données abstraites, généralement pas de représentation canonique

Centres de recherche principaux Xerox PARC 3-D cone trees, perspective wall, spiral calendar table lens, hyperbolic trees, document lens, butterfly Univ. of Maryland dynamic queries, range sliders, starfields, treemaps zoombars, tight coupling, dynamic pruning, lifelines IBM Yorktown, AT&T-Lucent Technologies Georgia Tech, MIT Media Lab Univ. of Wisconsin, Minnesota, Calif-Berkeley

Le problème Comment ? Humain Données Vision: 100 MB/s Web, livres, articles données scientifiques prix, liste de personnes, Cours de la bourse Informations Humain Données Transfert de données Comment ? Vision: 100 MB/s Audition: <100 b/s Télépathie Haptique/tactile Odorat Goût

Propriétés de la vision Sens ayant la plus grande bande passante Rapide, parallèle Reconnaissance de formes Pré-attentif Etend les capacités cognitives et mémorielles (teste de multiplication) On pense visuellement Super. Utilisons-la !

Utilisons la vision !

Utilisons la vision !

Trouvez le rectangle vert !

Perception préattentive (1)

Perception préattentive (2)

Perception préattentive Beaucoup de caractéristiques visuelles peuvent être perçues préattentivement : Orientation de ligne/blob, longueur, épaisseur, taille, courbure, cardinalité, terminaisons, intersections, inclusion, teinte, clignotement, direction de mouvement, profondeur stéréoscopique, indices 3D, direction de l’éclairement Problèmes : Les caractéristiques préattentive interfèrent entre elles On pensait même que toutes les caractéristiques préattentives étaient incompatibles entre elles Les caractéristiques sont préattentives dans certaines limites 7 couleurs max (Healey, 96) 2 ou 3 formes Etc.

Perception préattentive (3)

Perception préattentive : théorie Notre système visuel de bas niveau (25 millions de cellules) fait de la reconnaissance de motif en parallèle en permanence Les caractéristiques préattentives sont reconnues à ce niveau Les autres nécessitent un parcours séquentiel ! On a parfois besoin de données visuelles non préattentives Labels/étiquettes sur les données Représentations traditionnelles acceptables par les utilisateurs novices Excellents théories psychologiques Information Visualization: Perception for Design de Colin Ware Besoin de conception et réalisation de techniques qui fonctionnent Recours au designer / informaticien

Mouais, quel intérêt ?

La représentation est la clef !

Tufte et l’histoire de la graphique

Histoire Visualisation pour décrire (Tufte) Visualisation pour décider (Bertin) Visualisation sur écran Visualisation Interactive Coupler visualisation, filtrage et sélection

Bertin et la Sémiologie graphique Utilisation des propriétés rétiniennes (Bertin 67):

Visualisation interactive

Plus qu’un transfert Permet la perception de phénomènes de plus haut niveau Favorise la découverte Eclairage (Insight)

Modèle fonctionnel de base Données Projection visuelle Visualisation Interaction

Modèle complet (Ed. CHI) Interaction Illustration de J. Heer

InfoVis Toolkit Réutiliser / généraliser www.lri.fr/~fekete/InfovisToolkit Construire des visualisations est difficile et long Composant pour la visualisation de : Tables Scatter plots, séries temporelles, coordonnées parallèles Arbres Treemaps, node-link diagrams, Icicle trees Graphes Matrices, node-link diagrams Plusieurs mécanismes sont génériques et peuvent être réutilisés avec toutes les représentations graphiques Requêtes dynamiques Fisheyes Labels dynamiques

Techniques de visualisation Projection + représentation + interaction Dépend de la structure de données 1D - Linéaires 2D - Cartes 3D - Scènes Multidimensionnelle Temporelle Arbres Réseaux Documents Algorithmes

1D : Séries temporelles

1D : Diagrams en Arcs (Watenberg03) http://www.bewitched.com/

Visualisation d’information : exemples Spotfire et les requêtes dynamiques Smartmoney et la carte du marché boursier

Famille des techniques Orientées points Orientées lignes Orientées surfaces Remplissage de surface

Techniques par remplissage de formes Seesoft/SeeSys Compus Treemap DBVis

Techniques d’interaction Data sliders Interfaces zoomables et navigation Déformation de l’espace et navigation Labeling

Domaines de recherche Nouvelles techniques de visualisation Nouvelles techniques d’agrégation Nouvelles techniques d’interaction Le 3D est-il utile à quelque chose ? Passage à l’échelle Animation

Co-citations en visualisation (Börner 04)

Retombées industrielles (extraits) Principales sociétés faisant des produits de visualisation d’information ILOG (Discovery téléchargeable gratuitement) Spotfire AT&T (GraphViz) IBM (DX explorer) Sociétés utilisant journellement la visualisation d’information NASA EOSDIS (portail accès aux données capteurs sur la Terre) 3M (analyse de composants chimiques) SmartMoney (http://www.smartmoney.com/marketmap/) ChevronTexaco (analyse de production pétrolière)

Bibliographie Readings in Information Visualization, Card, Mackinlay, Shneiderman, Morgan Kaufmann, 1999 Information Visualization: Perception for Design, Colin Ware, Morgan Kaufmann, 2000 (2e édition prévue pour 2004) Sémiologie Graphique, Bertin, 1967, Réimpression EHESS 2000 The Visual Display of Quantitative Data, Tufte, 1983, Cheshire, CT: Graphics Press. otal.umd.edu/Olive http://www.csc.ncsu.edu/faculty/healey/PP/index.html Excentric Labeling: Dynamic Neighborhood Labeling for Data Visualization, Fekete, J.-D., Plaisant, C. Proceedings of the Conference on Human factors in Computer Systems (CHI'99), ACM , New York, pp. 512-519. Interactive Information Visualization of a Million Items, Fekete, J.-D., Plaisant, C., Proceedings of IEEE Symposium on Information Visualization 2002 (InfoVis 2002), Boston, USA, Octobre 2002. The Infovis Toolkit. http://www.lri.fr/~fekete/InfovisToolkit