VISTILES: 通过协同定位移动设备的协调组合进行可视化数据探索(VISTILES: Coordinating and Combining Co-located Mobile Devices for Visual Data Exploration)

随着数据探索任务的日益复杂,合作探索协调多视图(Coordinated & Multiple Views, CMV)已成为信息可视化中主要关注的内容。移动设备(Mobile Device)相较传统桌面可视化而言,更能提供动态、灵活、用户指定的交互界面,便于通过多设备进行协同探索。这篇文章提供了VISTILES[1]框架可以支持用户通过拼接组合移动设备对复杂数据进行多视图探索,并可利用含义丰富的空间布局加深用户对多变量数据的理解。

VISTILES采用了分而治之(Divide and Conquer)的思想,对于一个使用多种可视化技术的多视图界面,将每个视图拆分显示在单个移动设备上。这样不仅能够充分利用屏幕的显示空间,更方便设备在真实空间的灵活移动组合。作者们假设使用者围坐在一张平整的桌子前,桌上摆放着多台可以自由移动组合的设备(手机或平板电脑),它们均接入网络,可以相互通信,并且也能获取各设备相对的位置关系(本工作利用追踪检测设备实现移动设备定位)。

这一框架中最重要的两个组件是:1)协调多视图的动态独立布局; 2)基于空间信息的视图结合。图1是VISTILES系统的实拍界面,这里简单地将功能分为三类:1)多视图协同展示,如图1A, B, E; 2)基于并列摆放的空间布局,如图1C, D;3)基于设备运动的空间布局,如图1F。

图1 VISTILES的基本使用

协调多视图的动态独立布局(Dynamic and Individual Layouts for CMV)以触摸为交互方式,并需记录设备间的距离,相对位置和角度,此外还需考虑移动设备本身的属性(大小、长宽比、分辨率等等)。比如,较大的平板设备适合展示数据视图,而较小的手机设备更适合作为UI界面;16:9的设备更适合展示平行坐标,4:3的设备更适合展示饼图。在使用过程中,一系列相互关联,协同工作的设备称为一个工作区(Workspace)。和所有的多视图可视化一样,这一组件主要支持以下三个任务:1)刷选(Linked Brushing),如图2A,可以在多设备间同步地选择并高亮数据;2)过滤数据(Filtering Data),除了利用UI进行调节之外,本文还提供了“Filter-by-viewport”技术,如图1E,下方散点图的缩放可以对数据区域进行选择,同步地影响了上方的柱状图展示区域;3)概览和细节(Overview & Detail),如图2B,中间设备为概览视图,两侧设备的展示区域将会在概览设备中用边框标注。除上述功能之外,用户自定义的视图摆放方式可以视为对已探索数据的提醒或标注,能够帮助他们对探索内容分类或回溯探索历史。

图2 协调多视图动态独立布局的功能

基于空间信息的视图结合(Adapting and Combining Visualizations)利用了真实空间中设备并列摆放的相对位置和连续移动数据,设计出具有对应含义的布局结合方法。并列摆放(Side-by-side Arrangements)可以实现多视图比较,展示细节等功能,以下是常用的6个概念:1)对齐(Alignment); 2)重整(Rearrangement); 3)编码调整(Adapation of Encodings); 4)视图扩展(Display Extension); 5)UI卸载(Dynamic UI Offloading); 6)扩展视图同步(Extended View Synchronization)。连续移动(Continuous Spatial Movement)可以使得一个设备像滑动条一样对另一个设备中展示的数据进行选择,如图5,支持连续操作和过滤,并可利用移动中的设备展示更多细节。同时,该框架还提出了布局结合方法推荐,用户可以自主决定想要的方法,只需其在设备结合时手动在如图6所示菜单进行选择。

图3 基于空间信息的视图结合方法-对齐和重排

对齐和重排是视图结合中最常用的方法。其中对齐是指将两个或多个设备并排摆放,这时其中后加入工作区的设备将会重新调整视图属性,如调节坐标轴长度以保证视图规模的一致,如图3A。重整是指将对齐后的数据或坐标轴加以调整或重新计算,如图3A中对坐标轴顺序的调整和图3B中视图的整合和新视图的生成。两种方法通常同时使用,图3C中的散点图矩阵便是很好的例子。

图4 基于空间信息的视图结合方法-其他

编码调整是利用原有设备的编码方式对新设备视图进行调整,如图4A的颜色变化。视图扩展是利用新设备的并排摆放将视图延长到多台设备区域范围内,如图4B,或像图4C中利用额外的设备充当tooltips。UI卸载是指把菜单界面单独用一个设备展示,如图1B,这样既方便操作也减少了UI对数据视图本身的遮挡。扩展视图同步是指添加用其他可视化技术绘制的关联视图,如图4D。

图5 设备连续移动

图6 布局结合方法选择菜单

本工作在具体实现时使用了网页编程(D3.js + WebSocket),创建一个工作区需要从第一台设备的初始化开始,用户通过主界面选择一个可视化技术作为初始视图,再陆续加入新的设备,渐渐地摆放组成一个完整的多视图可视化。经过User Study的验证,VISTILES的确可以促进多人多设备间的协同数据探索。

笔者认为,本文提出的框架新颖之处在于想到了把“拆分”可视化视图和移动设备紧密结合,并且设计出了较为完整的框架。但在实现上仍存在可改进之处,比如文章中使用追踪检测装置对设备进行定位,限制了使用范围,可以考虑使用手机内置的距离传感器、陀螺仪等设备进行改进。同时,如果能利用手机内置传感器得到相对位置数据,就不必再局限于2D空间的摆放,可以提高框架在设备较多时的可扩展性。

参考文献:

[1] Langner, Ricardo, Tom Horak, and Raimund Dachselt. “VISTILES: Coordinating and Combining Co-located Mobile Devices for Visual Data Exploration.” IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics (2017).

发表评论?

0 条评论。

发表评论


注意 - 你可以用以下 HTML tags and attributes:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>