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Visualizzazione di informazioni complesse

Augusto CelentanoUniversità Ca’ Foscari di Venezia

© Augusto Celentano Sistemi Informativi Multimediali

Visualizzazione

La visualizzazione è il processo di trasformazione di dati,informazioni e conoscenza in un formato visivo, per utilizzare almeglio le capacità percettive e interpretative della visione umana

! interfaccia tra sistema informativo e utente

! interazione rapida e efficace con grandi volumi di dati

! interpretazione immediata delle relazioni tra i dati

! scoperta di caratteristiche, configurazioni, tendenze, spesso nascoste nella

forma numerica dei dati (visual data mining)

Principio chiave: non raccontare, mostra

(un’immagine vale più di cento parole)


Visualizzazione di fenomeni fisici

La ricerca nel settore è stata per molto

tempo dominata dalla visualizzazione

scientifica, rappresentazione visiva di

fenomeni fisici o loro simulazioni con

moltissimi dati


Rappresentazione grafica

La rappresentazione visiva di serie e insiemi di dati mostrarelazioni, tendenze e rende più evidente l’interpretazione








Diagrammi (1)

La rappresentazione visiva di relazioni tra entità è più efficace diuna loro descrizione a parole


Diagrammi (1)



Diagrammi (1)



Diagrammi (2)

I diagrammi possonomostrare l’evoluzione di unprocesso attraverso passisuccessivi


Diagrammi (2)

Possono combinarsi e svilupparsi su diversi scale o piani


Mappe

La disposizione geograficaassocia le informazioni ailuoghi


Visualizzazione di dati vs. informazioni

La visualizzazione scientifica e la rappresentazione diagrammatica

trattano dati quantitativi, la cui misura è conservata nel disegno

! la trasposizione grafica è basata su corrispondenze formali e procedimenti

automatici

La visualizzazione di informazioni tratta spesso entità astratte, di cui

sono rilevanti non sempre (e non solo) gli aspetti numerici, ma

anche (o soprattutto) le relazioni reciproche e il ruolo

nell’interpretazione complessiva

! non esiste una corrispondenza precostituita tra informazione e sua

rappresentazione

! è una disciplina collegata con l’interazione utente-macchina (HCI, Human-

Computer Interaction)


Visualizzazione e comunicazione (1)

Il mondo contemporaneo è dominato dalla cultura dell’immagine

! meno impegnativa, più immediata

! meno individuale, più omogenea

Si sono sviluppate, soprattutto in USA, tecniche comunicative

(giornalistiche) basate sul racconto visivo invece che letterario

! si coglie la notizia con uno sguardo, in modo immediato

! si danno chiavi di lettura precise con artifici grafici di immediata

comprensione (es. frecce, orologi, calendari)


Visualizzazione e comunicazione (2)

Nasce la disciplina dell’infografia: utilizzare l’immagine per

! spiegare che cosa, come, dove, quando e perché

! commentare un dato quantitativo mettendolo in relazione con altri

! raccontare una storia nel tempo, nello spazio o in entrambi

! dare una sintesi significativa, attraverso una immagine simbolica forte e

una serie di dati chiave somministrati sotto forma di didascalie


I problemi della visualizzazione di informazioni

Obiettivo: presentazione di grandi quantità di informazioni inmodo compatto e adeguato allo scopo

Contesto: l’informazione grafica ha notevole impatto grazieall’abitudine ai mezzi di comunicazione visiva

Applicazioni: varie, da informazioni statistiche a relazionicomplesse, anche per informazioni non significative in terminiquantitativi (es. testi)


The visual display of quantitativeinformation

! pictures of numbers: come presentaregraficamente i dati e rafforzarel’onestà della statistica.

I lavori di Edward Tufte (1)


Envisioning information! pictures of nouns: i nomi (informazioni)

che sottostanno a mappe, foto aeree,carte topografiche, rappresentazioninello spazio e nel tempo



Visual explanations! pictures of verbs: la rappresentazione di

informazioni relative a meccanismo emoto, processo e dinamica, causa edeffetto



Visual and statistical thinking! pictures of evidence: la

rappresentazione evidente di relazionitra le informazioni per supportare iprocessi decisionali



The cognitive style of PowerPoint! contro la “tirannia” dei programmi di

visualizzazione e presentazione



Rappresentazione e verità (1)










Scelta della rappresentazione più adeguata


Minard e la campagna di Russia, 1861


Il Dr. Snow e il colera a Londra, 1854


Il disastro del Challenger, 1986 (1)






Visualizzazione e percezione

Le capacità percettive umane sono particolarmente adeguate per! riconoscere rapidamente le immagini e il loro significato

! identificare in modo rapido e automatico configurazioni ripetitive,cambiamenti di colore, di forma, di posizione, di movimento e di trama

L’informazione espressa in forma di testo richiede uno sforzocognitivo per comprendere il contenuto informativo

! la lettura ha una forte componente sequenziale

! le parole sono mediatori del significato

L’information visualization presenta l’informazione in modo visivoper trasferire il carico cognitivo sul sistema percettivo visivo


Visualizzazione e percezione

La scelta di una rappresentazione visiva si basa sull’immediatezzae sulla naturalezza del riconoscimento, che deriva da un insiemedi regole, di convenzioni e di proprietà del sistema percettivoumano


Elaborazione preattentiva degli stimoli visivi

L’elaborazione degli stimoli visivi può avvenire su baseintenzionale o automatica

! l’elaborazione preattentiva avviene senza coinvolgere l’attenzionecosciente

! consente di identificare oggetti o gruppi di oggetti che emergonodall’insieme in modo immediato (popout effect)

! è seguita da una fase di attenzione selettiva sugli oggetti rilevanti

La fase preattentiva distingue in base a proprietà di contrasto oseguendo regole gestaltiche






Psicologia della Gestalt

Gestalt = forma, configurazione! rifiuta di suddividere l'esperienza umana nelle sue componenti elementari

e tende a considerare l'interezza più che le singole componenti

! il cervello umano opera in modo olistico, parallelo e analogico

! la percezione non è preceduta dalla sensazione ma è piuttosto unprocesso immediato, non influenzato dalle passate esperienze e deriva dauna combinazione organizzata delle diverse componenti di uno stimolo

! Esempio: la forma (gestalt) di una bolla di sapone è la conseguenzadell’azione contemporanea delle forze di tensione che agisconocontemporaneamente sulla sua superficie

L’intero è maggiore della somma delle sue parti


Regole della Gestalt

Prossimità



Similarità



Connessione



Continuità



Simmetria



Chiusura



Dimensione



Rapporto figura-sfondo


Grammatiche visive

Per domini semantici selezionati l’interpretazione del significatodei simboli e delle loro relazioni si può basare su regolesintattiche che possono essere derivate dall’esperienza comune,da convenzioni normative o essere convenzionali

! Es. diagrammi generici

! Es. mappe

Quanto più il dominio è ristretto e normato, tanto più lagrammatica può essere precisa e vincolante

! Es. visualizzazione di formule matematiche o chimiche

! Es. diagrammi E-R, UML

! Es. diagrammi elettrici e elettronici


Grammatiche visive

Es. diagrammi


Grammatiche visive

Es.mappe geografiche


Tipi di dati e proprietà

Tipi di dati! entità

! attributi

! relazioni

Attributi delle entità! nominali: tipi enumerativi non ordinati

! ordinali: numeri interi o tipi enumerativi ordinati (es. nomi dei mesi)

! intervalli: numeri reali che esprimono differenze

! rapporti: numeri reali nella loro forma più generale


Tipi di dati e proprietà

Dimensioni degli attributi! 1D: quantità scalari

! 2D: quantità vettoriali

! 3D o +: quantità vettoriali, campi, mappe, strutture (datimultidimensionali)

Struttura delle relazioni! lineari

! gerarchiche

! a grafo

! spazi multidimensionali


I principi dell’information visualization

Focus + context: mantenere l’attenzione su un sottoinsieme deidati conservando una visione del contesto circostante (a bassolivello di dettaglio)

! prospettiva (3D)

! distorsioni (fisheye view, hyperbolic view)

! overview + detail (viste complementari)


Strutture lineari

Seesoft! visualizzazione di sorgenti software

Lifestreams! visualizzazione di informazioni temporali

Perspective wall! visualizzazione di informazioni temporali


Strutture gerarchiche

Viste ad albero

Viste ad albero 3D

Viste iperboliche

SpaceTree

TreeMap


Informazioni multidimensionali

Rappresentazioni starfield

! permettono di vedere e valutare “a colpo d’occhio” le informazioni,rappresentate da punti su una porzione di piano

Strutture tabellari! le tabelle costituiscono un naturale sistema di classificazione e

ordinamento delle informazioni


Altre strutture di visualizzazione

Rappresentazioni fish-eye

! distorcono le relazioni metriche nello spazio permettendo di vedere inmaggior dettaglio alcuni elementi di una struttura e in modo sommario ilresto

Rappresentazioni tridimensionali! utilizzano la rappresentazione nello spazio invece che nel piano per

consentire una maggior densità di informazioni

! a volte si utilizzano tecniche combinate: profondità + vista distorta

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