Datenvisualisierung

Till Nagel Stadt und Netz - Workshop

Einführung in die

Visual AnalyticsEinfache Visualisierung komplexer Daten Prof. Dr. Till NagelHochschule Mannheim

t.nagel@hs-mannheim.de@tillnm

• Ziele der Datenvisualisierung• Entwurfsprozess• Datenquellen und -typen• Visuelle Variablen und Abbildung• Visualisierungstechniken

Übersicht

• Kein Tools-Workshop• Kein Coding-Workshop• Aber: Sketching!• Beispiele und Diskussion

Über diesen Workshop

The human mind has a gift for bringing order to chaos.

Muster Beziehungen Trends

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Computer-gestützte Visualisierungssystemebieten interaktive Datenabbildungen um Menschen zu unterstützen, ihre Aufgabeneffektiver auszuführen.

Mentale AbfragenWelches Geschlecht / Einkommensgruppe zeigt einenbesonderen Einfluss des Alters auf Triglyceride-Werte?

Visuelle Abfragen

Visualization process

Mittelwert von x: 9Varianz von x: 11Mittelwert von y: 7.5Varianz von y: 4.12Korrelation: 0.816Regressionslinie: y=0.5x+3

Visualization process

Mittelwert von x: 9Varianz von x: 11Mittelwert von y: 7.5Varianz von y: 4.12Korrelation: 0.816Regressionslinie: y=0.5x+3

Visualisierungsprozess

Visualisierungsprozess

Visualization process

Daten & Informationen

Quellen

Äpfel und Birnen

• Kategorisch / NominalÄpfel, Birnen, Bananen, ...

• OrdinalSmall, Medium, Large, ...

• Quantitativ• Interval (20. Oktober 2016, 1. Januar 2017, ...)• Ratio (15 kg, 273 K, ...)

Datenattributstypen

Visuelle VariablenGrundlegende Abbildungen

• Fanzösischer Kartograph(1918-2010)

• Sémiologie graphique(1967)

Jacques Bertin

Retinale Variablen

Jacques Bertin definierte 6 retinale Variablen

• Größe

• Wert

• Texture

• Farbe

• Orientierung

• Form

Visuelles Mapping• Grafische Elemente werden als visuelle Syntax

genutzt um semantische Eigenschaften zu repräsentieren.

• Informationen auf visuelle Eigenschaften abzubildenwird Encoding (oder Mapping) genannt.

• Das Encoding sollte den Informationen angemessen sein.

Selektiv

Selektiv: Farbe

Selektiv: Form

Wie mehrere Attribute visualisieren?Visuelle Variablen kombinieren!

x-Position: Jahr (quantitativ)

y-Position: Warenwert (quantitativ)

Farbe: Import/Export (kategorisch)

Encoding vs Decoding

VisualisierungenTechniken und Taxonomien

Visualisierungstechniken

Balkendiagramm• Daten

1 kategorische, 1 quantiative• Visuelle Variablen

Länge (Quantität), Position (Kategorie)• Aufgaben

Vergleichen• Skalierbarkeit

Dutzende Elemente

Kreisdiagramm• Daten

1 kategorische, 1 quantiative• Visuelle Variablen

Größe (Quantität), Position (Kategorie)• Aufgaben

Verhältnisse, Zusammensetzung• Skalierbarkeit

7±2 Elemente

Slopegraph• Daten

1 kategorische, 2 quantiative, 1 ordinal• Visuelle Variablen

Höhe (Quantität), Position (Ordinal), Farbe (Kategorie)• Aufgaben

Trends erkennen, Änderung der Reihenfolge• Skalierbarkeit

7±2 Elemente

Scatterplot• Daten

2 quantitative Attribute• Visuelle Variablen

Punkte, Position• Aufgaben

Trends finden, Ausreißer, Verteilung, Korrelation, Cluster• Skalierbarkeit

100+ Elemente

Parallel Coordinates• Daten

1-2 kategorische, n quantitative• Visuelle Variablen

Linien (kat.), Farben (kat.)Höhe (quant)

• AufgabenVergleich unterschiedlicher Kategorien und deren Ausprägung

• SkalierbarkeitDutzende Attribute, 100+ Elemente

Streamgraph• Daten

1 kategorisches, 1 quantiatives, 1 ordinales• Visuelle Variablen

y-Position (kategorisch), Dicke (quantitativ), x-Position (Zeit)• Aufgaben

Vergleich über die Zeit, Änderung der Verhältnisse• Skalierbarkeit

100+ Elemente (ordinale)Dutzende Elemente (kategorisch)

Visualisierungsvariationen

• Wählen Sie angemessene Daten• Achten Sie auf die Datentypen• Können Sie Daten ableiten?• Achten Sie auf passende Achsenskalierung• Beschriften Sie Ihr Diagramm

In Ulm, um Ulm …

• Visualisieren Sie die Daten• Skizzieren Sie Diagramme• 10 Minuten Zeit

• Unterschiedliche Diagramme unterstützenunterschiedliche Aufgaben.

• Einige sind geeigneter für die gewähltenDaten.

• Skizzieren hilft, geeignete Formen zu findenund Visualisierungen zu wählen.

In Ulm, um Ulm …

VisualisierungskritikMarktkapitalisierung internationaler Banken

Was visualisieren die Elemente?

Man sieht: Finanzkrise

Wie ist das Verhältniszwischen Santander

und Citigroup?

Etwa doppelt so groß. Problem: Werte wurden auf

Durchmesser abgebildet.

Hat JP Morgan im Vergleich zuanderen Banken eher große oder

kleine Verluste gemacht?

Was würden Sie verbessern?

InteraktionenTechniken und Methoden

Coordinated Multiple Views

Co-CreationGemeinsam diskutieren, verstehen und entwerfen.

Co-Creation• Ideen erzeugen und sammeln.

• Wir kümmern uns nicht um Umsetzbarkeit.

• Wir werden nicht fertig!

Aufgabe: Daten• Schreiben Sie einen Datensatz auf eine grüne Karte.

Aufgabe: Daten• Schreiben Sie einen Datensatz auf eine grüne Karte.

• Identifizieren Sie die Datentypen(quantitativ, kategorisch)

• Schreiben Sie diese darunter auf die gleiche Karte.

Aufgabe: Visualisierung• Wählen Sie eine Visualisierungstechnik.

• Schreiben Sie diese auf eine blaue Karte.

• Skizzieren Sie die Visualisierung vereinfacht).

Aufgabe: Visualisierung• Schreiben Sie eine Vis-Technik auf eine blaue Karte.

Karten einsammeln• Alle grünen Karten

• Alle blauen Karten

Entwerfen Sie eine Visualisierung• Gruppen von {Anzahl/4} Personen

• Ziehen Sie 2 Datenkarten.

• Ziehen Sie 2 Visualisierungskarten.

Entwerfen Sie eine Visualisierung• Entwerfen Sie eine Visualisierung, die den Vergleich

verschiedener Regionen ermöglicht.

• Skizzieren Sie diese auf die roten Karten.

• Zeichnen Sie viel und schnell.

• Diskutieren Sie (und verwerfen Sie ggf. Ideen).

• 10 Minuten

• Welche Schwierigkeiten gab es?• Welche Ideen hatten Sie?• Konnten Sie Inspirationen mitnehmen?

Ergebnisse

Werkzeuge und Entwicklung

VisualisierungstoolsVisualisierungstools

Visualisierungstools

Raw Carto

Tableau

RessourcenLiteratur, Sammlungen, Konferenzen, Blogs, …

Empfohlene Literatur

good academic introduction business intelligence, dashboards good design introduction, nice taxonomy

foundation, classic perception, sensing, cognition info graphics, data journalism

Empfohlene Literatur

http://flowingdata.com/ http://visualisingdata.com/

Blogs

http://survey.timeviz.net http://spacetimecubevis.com

Visual Surveys

Journals & Proceedings

• Transactions on Visualization and Computer Graphics (IEEE TVCG)

• Proc. of EuroVis (Computer Graphics Forum)• Proc. of ACM CHI• Computer Graphics & Applications (IEEE CGA)• AVI, UIST, SIGGRAPH, …

Akademische Übersichtsartikel

http://infovis-mannheim.de

Zusammenfassung

• Daten aufbereiten• Informationen analysieren um einen

Erkenntnissgewinn zu unterstützen• Hypothesen bestätigen oder erstellen• Erkenntnisse anderen vermitteln

Ziele von Informationsvisualisierung

• Stift und Zettel sind ein wichtiges Werkzeug.• Externalisieren und Strukturieren von Ideen.• Erste Ansätze und Gedanken formulieren.• Ausprobieren von Visualisierungen.

Visualisierungssketche

• Breites Vokabular an Visualisierungs- und Interaktionstechniken vorhanden.

• Iterativer Entwurfsprozess ermöglichtangemessene Lösungen.

• Nutzer und deren Aufgaben + Zieleberücksichtigen.

Zusammenfassung

Sketch aus der Ideenphase von Touching Transport, 2011

Danke. Fragen?

Prof. Dr. Till Nagelt.nagel@hs-mannheim.de

18. Mai 2017Stadt und Netz, Ulm