docVizInfoVis2011- 2012 [1,15 MiB]
download 
Report Transcription
VizInfoVis2011- 2012 [1,15 MiB]
17.01.2012 Podaci Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • Krešimir Matković [email protected] • Vizualizacija Virtualna okruženja – 21. 12. 2011 - uvod – 18. 01. 2010 8:00 ((A302)) - znanstvena vizualizacija j (SciVis) – 18. 01. 2010 12:00 (B5) - vizualizacija informacija (InfoVis) Vizualizacija - InfoVis Krešimir Matković Današnje predavanje Vizualizacija informacija Zavod za telekomunikacije • • • • • • • • Vizualizacija informacija - InfoVis • Sažetak - vizualizacija InfoVis 1 Uvod Podaci Fokus + Kontekst Standardni prikazi Linking + Brushing Preslikavanje kao dimenzija Umjetnost i InfoVis InfoVis 2 Zavod za telekomunikacije • • • • Zavod za telekomunikacije Povezano sa statističkim grafovima Preslikavanje vrlo bitno (pipeline) Fokus+Kontekst (F+C) Relativno jednostavni (2D) prikazi i interakcija! • Visual Information Seeking Mantra: overview first, zoom and filter, then details on demand [Shneiderman 1996] • Visual Anaytics Zavod za telekomunikacije • Information visualization (InfoVis) produces (interactive) visual representations of abstract data to reinforce human cognition; thus enabling the viewer to gain knowledge about the internal structure of the data and causal relationships in it. • Information visualization (InfoVis) is the communication of abstract data through the use of interactive visual interfaces. [Keim et al., 2006] 1 17.01.2012 InfoVis 2 Podaci Zavod za telekomunikacije • • • • • Zavod za telekomunikacije • Najčešće apstraktni podaci • Prostor/svojstvo – nDx1D • Velika količina podataka Temelji se na ljudskoj percepciji Teoriji boja Koristi pravila iz umjetnosti i dizajna Kombinira umjetnost i tehnologiju TextArc Flags TextArc, Flags, – Icaro Doria is Brazilian, 25 and has been working for the magazine Grande Reportagem, in Lisbon, Portugal, for the last 3 years. He is part of the team (with Luis Silva Dias, João Roque, Andrea Vallenti and João Roque) that produced the flags campaign which has been circulating the Earth in chain letters via e-mail. … Izazovi Hijerarhijski podaci Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • Vrlo važni: – Vizualna metafora • Kako prikazati apstraktne podatke • Kako prikazati višedimenzionalne podatke • 2D ili 3D ? • Kako smjestiti podatke u prostor • Fokus i kontekst – Interakcija • Promjena metafore • Promjena fokusa – Istraživanje podataka (analiza, prezentacija) • Konvencionalno stablo • TreeMap • ConeTree Konvencinalni prikaz Tree Map Zavod za telekomunikacije (George Robertson et al., 1991) Zavod za telekomunikacije 2 17.01.2012 Tree Map Tree Map Zavod za telekomunikacije Tree Map Zavod za telekomunikacije Tree Map Zavod za telekomunikacije Tree Map Zavod za telekomunikacije Tree Map Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije 3 17.01.2012 Fokus i kontekst Fokus i kontekst Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • Visual Information Seeking Mantra: overview first, zoom and filter, then details on demand [Shneiderman 1996] • Focus + kontekst vizualizacija: Integracija detalja i pregleda u jednom prikazu • Furnas 1991 • Velika količina podataka – Samo fokus – teška orjentacija – Samo kontekst – nedostaju detalji • Rješenje – Fokus + Kontekst – Distorzija j – Views/layers – In-place + Fokus i kontekst = Fokus i kontekst Zavod za telekomunikacije • Distorzija Zavod za telekomunikacije • Views / Layers SeeSoft [Eick et al. 1992] Fisheye views [Furnas 1986] Perspective Wall [Mackinlay et al. 1991] Fokus i kontekst Fokus i kontekst 2 Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • In Place SDOF, Kosara et al., 2001 GeoSpace [Lokuge/Ishizaki 1995] 4 17.01.2012 Fokus i kontekst 2 - 2 Fokus i kontekst 2-3 Zavod za telekomunikacije Interaktivni prikazi Zavod za telekomunikacije Histogram Zavod za telekomunikacije • Primjeri prikaza – – – – • Zavod za telekomunikacije • histogram dijagram s točkama paralelne koordinate „glyphs“ Prikazuje učestalost – X-os: jedna dimenzija podataka podijeljena u intervale – Y-os: broj elemenata u svakom intervalu 112 Mogućnosti interakcije Količina – povezivanje raznih prikaza – reduciranje skupa podataka Vrijeme Dijagram s točkama Paralelne koordinate Zavod za telekomunikacije – Prikazuje medjusobni odnos dvije ili tri dimenzije – Jedna koordinatna os za svaku dimenziju – Pojedinačni j podaci p p prikazani točkama – Boja – dodatna dimenzija 0 Zavod za telekomunikacije • Istovremeni prikaz više dimenzija podatka – Jedna vertikalna os za svaku dimenziju – Pojedini podaci su predstavljeni crtama Korrelacija medju podacima lako uočljiva Demo! 5 17.01.2012 Glyphs Periodični podaci – spiral view Zavod za telekomunikacije • Prikaz informacija simbolima Zavod za telekomunikacije • Otkrivanje strukture – Metafora s prikazanim podacima P i j prikaza Primjer ik općeg ć stanja t j krvne k slike stiliziranim srčanim mišićem. Gornja slika prikazuje dobru, a donja lošu krvnu sliku. Histogram De Luxe Linking & Brushing Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • Više prikaza istovremeno • Selekcija u jednom prikazu – rezulati u svima • Demo! D ! Video! Linking & Brushing Exploration & Interactive Analysis Zavod za telekomunikacije • Više prikaza istovremeno • Selekcija u jednom prikazu – rezulati u svima • Demo! D ! Zavod za telekomunikacije • Hot research topic in recent years – interactive information drill‐down [Shneiderman ’96] – visual data mining [Wong ’99, Keim ’02, …] – visual analytics visual analytics [Thomas [Th ’04] • Issues: – – – – advanced interaction concept access to features (information) in the data flexibility & reproducibility iterative procedures 6 17.01.2012 From Data to Information (Insight) Data 1 Zavod za telekomunikacije • Whereas data is explicit, information often is implicit • We need to Zavod za telekomunikacije • Multidimensinal, multivaruate data • Record – point in a multidimensinal space – interpret data (from numbers to meaning) – read between the lines read between the lines (relational information) – pursue information drill‐down (deep search) • Approaches are – procedural, computational, automatic – interactive (user in the interaction-feedback-loop) – hybrid Meteorology Data Example 1 Pi x1 ,..., xi ,..., xn • Single dimension – scalar (numeric, categorical, ordinal, ... Value) • Data can be obtained from simulation or measurement Meteorology Data Example 2 Zavod za telekomunikacije • Climate research at the PIK institute • Lake Agassiz (North America) – 4000 years lifespan – 8000 years ago llake k d drained i dd due tto climate li t warming • Simulation of cooling of 3.6 K of North Atlantic due to melt water pulse Zavod za telekomunikacije Time step • Simulation run: 1. run – two diffusivity parameters • 10 steps each - 100 runs • 35 different results aggregated from the more detailed raw simulation data (temperature, …) • Common way of storing the data: – multiply previous table 100 times, 50 000 rows now – 3 independent variables now timestep, diffh, diffv output 1 output2 … • Common way of…storing the data: … … Zavod za telekomunikacije – 500 time steps (1 step = 1 year) – per run Diff_v –1 set two diffusivity parameters Diffh Diffw – run simulation for 500 time steps (years) 2 Diffh Diffw – 35 different results aggregated from the more 3 detailed Diffh Diffw raw simulation data (see temperature, land temperature…) 4 … … Multiple runs • Multiple runs: Diff_h 2. run 3. run Time Diff_h Diff_v 1 dh1 dv1 2 dh1 dv1 … … … 500 dh1 dv1 1 dh1 dv2 2 dh1 dv2 500 dh1 dv2 1 dh1 dv3 2 dh1 dv3 dh1 dv3 dh10 dv10 output1 output2 … Zavod za telekomunikacije … … 500 … 500 7 17.01.2012 Mappings as dimensions - curves Mappings as dimensions - surfaces Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • Mapping as a dimension [Konyha et al. 2006]: – – – Run – 1 – 2 Family of group results for one run curves outputs are not scalar any more but functions of time Diff_h nowDiff_v Output1(t) Output2(t) … 100 rows dh1 dv1 very common in engineering, science,… dh1 dv2 3 dh1 dv3 … … … 100 dh10 dv10 • Curves – we are interested about output as f(time) • What if we are interested in outputs as Family y of f(x y)? f(x,y)? surfaces • Group outputs from all runs in a “surface” – e.g. temperature = f (diffh, diffv) Timestep Output1(diffh, diffv) Output2(diffh,diffv) … • 500 rows now, one for each time step 2 • Offers new possibilities for analysis 1 … 500 Set Type Data nD space Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije Conventional approach deals with n-dim. Euclidian spaces •~400 liver patients •Various blood values Each item is a point in n-dim. Space (n-tuple) – Tryglicerids, bilirubin, … Pi x1 ,..., xi ,..., xn •Symptoms – Hepatoma, Spiders, Ascites, Edema, DiuRes •Main idea: we want to get insight, we want to understand the data. 45 Sets as dimension Zavod za telekomunikacije Conventional approach deals with n-dim. Euclidian spaces Each item is a point in n-dim. Space (n-tuple) Set as dimension 46 Data Exploration and Analysis – getting Insight Zavod za telekomunikacije • Coordinated multiple views • Simple 2D views + interaction 47 8 17.01.2012 Scalar dimensions Curve View Zavod za telekomunikacije • 2D scatter plot, histogram, parallel coordinates… • Short demo of basic views. Zavod za telekomunikacije • • • • Set-o-gram Depict all curves at once Iterative line brush 45 000 Curves in this example! Short demo! Interactive Visual Analysis Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije •3 levels •3rd level – simple data – complex interaction (angular line, similarity brush) – complex data – simple interaction - Demo! 52 Interactive Visual Analysis Successful cases Zavod za telekomunikacije •3 levels – simple brush – overview – composite brush – complex relations – data aggregation and advanced interaction – deeply hidden relations 53 Zavod za telekomunikacije •Common rail injection - curves •Unit injector - curves •Traffic sensor data - curves •ECG Data -curves •CAR - racing simulation - surfaces •EHD bearing - surfaces •Liver patients data - sets •… 54 9 17.01.2012 Interactive Visual Steering Simulation & Visualization Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • Computational steering and interactive • Common practice: visualization • Paradigms from 1980s and 1990s • Simulation and visualization often decoupled • Integration of modeling, computation, data analysis, visualization, and data input [Parker at al. 1997] • Four facets of the problem: control structures, data distribution, data presentation, and user interfaces. [Johnson et al. 1999] – Define a model – Run simulation – Visualize results – Change the model – Run simulation … • Usual bottleneck – Simulation, very time consuming Common Rail Injection Valve body goes up Our Injector Model Zavod za telekomunikacije • Our example P drops Zavod za telekomunikacije • Model, parameters • Actuator model (ECU) • Fast simulation Pressure P • Main principle • Solenoid valve controls opening and closing (injection) • Real injector (one for each cylinder) • HydSim (AVL) + ComVis High P moves needle up Basic Idea Interactive Steering Zavod za telekomunikacije • Start with a simple model • Assume the rest to be ideal • Tune the first model • Expand the model • Tune expanded model • Expand the model … • It is always possible to go back! Zavod za telekomunikacije • 3 loops – – – Explore initial results set Change parameter values Change g model • Tabular data – Initial table – Add / remove rows – Add / remove columns 10 17.01.2012 Interaction First Step Zavod za telekomunikacije • 3 loops – A – real time interaction – B – “live” parameter refinement (A loop functioning) – C – model change after initial runs and data management update same as B Zavod za telekomunikacije • • • • • • Interactive Visual Analysis Start with a simple model Assume the rest to be ideal Tune the first model 4 parameters parameters, 750 combinations 12 minutes Two targets Second Step Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • Second Step Parameter refinement Zavod za telekomunikacije • Different responses • High CVsize – unwanted behavior • Narrow curves – low injected mass • No pilot injection • Same actuator! • Zavod za telekomunikacije • Additional investigation needed – refine parameters 11 17.01.2012 Final model Output at various steps Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije •Everything is set now •We wanted to check all output curves •Actuator variations •Interesting peeks detected! Final solution Conclusion Steering Zavod za telekomunikacije • One operation point • Choose one and test • If everything OK – done! Parameter Name Final value I_1 d_sac 0.75 mm I_2 Alpha_seat 50 degrees I_3 C_turb 0.9 I_4 mju 0.6 II_1 CV_size 10 mm3 II_2 Z_inl 1.6 II_3 Z_out 2.6 III_1 Res_bypass 2.0 III_2 Res_Outlet 1.0 III_3 Area_Bypass 0.032 mm2 III_4 Area_Valve 0.07mm2 IV_1 HPP_Length 300mm IV_2 RV_size 30 cm3 Interactive Visual Analysis Zavod za telekomunikacije • • • • • • • Close coupling of simulation and visualization Interactive visual simulation steering 3 levels identified Iterative approach Supports exploration Designers gain insight Very positive feed-back from engineers Brojni drugi primjeri Zavod za telekomunikacije • • • • • Data – Information Complex data – IVA helps in getting insight Simple data – complex interaction Complex data – simple interaction Any ideas for possible collaboration welcome Zavod za telekomunikacije • • • • • Zbirke slika ICU data Chain Drive Events in Time … • Special thanks to Helwig Hauser, AVL, PIK • Studenti zainteresirani za suradnju? 12 17.01.2012 InfoVis za mase Vizualizacija Zavod za telekomunikacije Many Eyes Swivel NYT Zavod za telekomunikacije • Što smo naučili? – Što je vizualizacija – SciVis • VolVis – Izravne metode (ray-casting) – Ekstrakcija površina (marching cubes) • FlowVis – Streamlines – Metode temeljene na teksturi – InfoVis Seminarski / Diplomski Vizualizacija 2 Zavod za telekomunikacije Zavod za telekomunikacije • Istraživanje, analiza i prezentacija podataka • Flow Vis • Vol Vis • Info Vis • Stavljenje čovjeka i ljudskog vida u centar • Case studies – iz raznih disciplina • SciVis – InfoVis kombinacija • Report • Iluminating the path • VisMaster report, www.vismaster.eu Hvala na pažnji, pitanja? Zavod za telekomunikacije Zahvala za korištene materijale: Helwig Hauser 13
