高维数据可视化的多重视觉变量有效性研究
发布时间：2022-01-05 20:27
随着计算机科学和云计算的不断发展,数据也越趋于复杂,其中不乏很多高维数据。对高维数据进行有效的可视化处理是降低用户认知负荷与提高数据传输效率的重要方法,可视化处理方式主要是对数据进行视觉编码,视觉变量作为视觉呈现的媒介,对信息传递具有重要意义。由于视觉变量多为成对使用,而目前大部分的视觉变量研究都仅仅关注于独立视觉变量,不利于提高视觉编码效率,因此,本文着重对基于高维数据可视化的独立变量与多重变量进行系统性的研究,梳理视觉变量与高维数据特征的表征关系,结合用户的认知特性,利用视觉感知实验探究多重视觉变量有效性并根据实验所得规律指导案例设计。本文首先结合高维数据的静动态属性特点与用户的认知特性,对静动态视觉变量进行深入剖析,同时依据高维数据的可视化特征提出视觉变量分类新方案。其次,基于可视化界面的认知特性及认知负荷理论基础,分析多重视觉变量的认知特性及视觉感知效果,从多重视觉变量的“联想—分离”特性出发探究差别变量与等级变量多种组合形式带来的视觉感知特征,并在充实的理论铺垫下,提出多重视觉变量视觉感知的序列性概念,同时基于此概念研究多重视觉变量的编码策略。视觉变量不仅运用在视觉呈现上,本...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
网状关联及示例[17]
第二章高维数据可视化的视觉变量特征分析9图2-4色彩固有明度示意（5）色彩变量色彩变量定义范围较广，有彩色与无彩色都包含于该变量之中，并且色彩受多种视觉属性影响（色相、纯度、亮度、透明度），变量的视觉感知有较大差异，色彩的表达虽依附于图形，但色彩变量却具有直观独立的属性特征，对数据及属性的表征具有独特意义。色彩变量包含多种视觉属性，其次级属性在视觉表征上与其他变量一样具有重要作用，因此在划分变量时，不宜将色彩变量统称为一个变量，应将色彩的多种视觉属性分类为独立变量。（6）纹理变量纹理变量表示视觉符号的内部结构，与形状变量相似，纹理变量可以区分为两种：具象纹理变量与抽象纹理变量。如图2-5所示，具象纹理变量为具有事物属性并与物理世界的事物人文有直接关联符号构成的纹理变量，抽象纹理变量则为符号的内部结构由不具有事物属性意义符号构成的纹理变量。纹理变量不仅与纹理构成符号相关，纹理的排列方式与排列密度对整个视觉符号的视觉感知有明显影响。排列方式的不同会造成内部结构方向的差异，排列密度的不同会造成视觉混合产生的亮度性差异，这些方式引发的视觉感知的差异性可以用来传达不同的语义。图2-5纹理变量示例（7）密度变量密度变量指的是符号总体平均亮度不变的情况下改变表面像素（个体元素或线条）尺寸与数量，造成像素密度变化或多个数据节点的位置排列疏密引起的密度变化。密度变量可以看作是视觉符号的内部纹理排列和个体位置分布的微小变化。（8）结构变量结构变量指的是符号内部各个组成部分的搭配和排列方式的变化。有些学者将结构作为一种基本变量，但结构变量可看作多种视觉变量编码后的视觉符号经由一定规律的布局构成的整体结构，即可视化中的结构变量是多重视觉变量的构建与
第二章高维数据可视化的视觉变量特征分析11[10]。时空属性表示数据随时间发展变化的过程。数据的时空属性隐含数据的个体属性特征及潜在数据间关联性，通过时空属性也可观测高维数据的变化趋势。如图2-7所示，音乐的历史变迁可视化，该案例描述了1950年至2010年间各个音乐类型的流行度。图2-71950-2010年各个音乐类型的流行度图片来源：https://music-timeline.appspot.com/#时空属性描述数据在某个时间范围内的发展历程，可以反映事物发展变化的过程及趋势。相较于静态高维数据，动态高维数据的复杂性更高数据量更广，因此在对高维数据的时空属性进行可视化视觉表达时，注意视觉变量的选用，以平衡用户的认知负荷。2.2.2动态视觉变量的分类与含义具有时空属性的高维数据，可以建立数据的时间属性与空间属性的关联性，并通过这种关联性察觉、理解和预测某一特定阶段的态势特征[45]。静态视觉变量表征现象的空间位置和属性特征的时空变化，容易造成用户认知负荷超载现象，即用户难以接受和理解时空动态信息。而通过动态变量则可以传达数据和事物类型的时空属性，使用户更直观的感受时间与空间维度的变化。动态变量的应用，标记着可视化进入一个动态可观的时代[48]。动态变量是时空变量概念，前期对视觉变量的定义多为图形变量概念，两者之间看似具有较大差异，但对于可视化构建来说，两者都会引起视觉感知上直观的变化。所以动态变量可以称为动态视觉变量，与静态视觉变量一起参与构建信息可视化。Diseble提出动态视觉变量主要有三个：持续时间、变化速率和显示次序。可以用来表示空间域中的变化、时间域中的变化以及总体时空的变化。（1）持续时间持续时间是指用户在感知一个视觉符号或一种事物现象从显现到消失的时间长短。持续时间可以反应
【参考文献】：
期刊论文
[1]静态地图符号视觉变量的分类及作用[J]. 凌善金,王晓铃,丁园园. 安徽师范大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]面向GDP数据时空多维属性的可视分析方法[J]. 周志光,徐杨炳,刘芳,陈伟锋,陶煜波,林海,苏为华. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(05)
[3]中国人口迁移的变化趋势及空间格局[J]. 王宁. 城市与环境研究. 2016(01)
[4]动态地理现象可视化方法研究[J]. 李响,王丽娜,杨佳. 测绘通报. 2012(S1)
[5]飞机空中交会显示格式对情境意识与认知绩效的影响[J]. 傅亚强,许百华. 人类工效学. 2012(02)
[6]利用透明度进行时空信息可视化[J]. 艾波,唐新明,艾廷华,汪汇兵. 武汉大学学报(信息科学版). 2012(02)
[7]改革以来中国流动人口管理理念变迁及发展趋势[J]. 王道勇,郧彦辉. 城市观察. 2011(05)
[8]可视化研究前沿及展望[J]. 袁晓如,张昕,肖何,郭翰琦. 科研信息化技术与应用. 2011(04)
[9]视觉符号思维与地图符号设计[J]. 吕建芬,马晨燕,杨燕. 江西测绘. 2011(02)
[10]地图学认知实验方法研究[J]. 吴增红,陈毓芬. 测绘科学. 2010(01)
博士论文
[1]基于用户认知的大数据可视化视觉呈现方法研究[D]. 周小舟.东南大学 2018
[2]均衡认知负荷的人机界面信息编码方法[D]. 李晶.东南大学 2015
[3]中学地理电子教学地图设计研究[D]. 苏小兵.华东师范大学 2011
[4]地图可视化中动态与交互特性的认知研究[D]. 苗蕾.武汉大学 2004
硕士论文
[1]基于粒子系统的流场动态制图方法研究[D]. 冯文君.山东科技大学 2017
[2]高维数据可视化结构模型分析与设计[D]. 张守雪.东南大学 2017
[3]高维数据可视化界面交互设计研究[D]. 王俊超.东南大学 2016
[4]基于时态GIS的统计地图动态可视化研究[D]. 刘谨萍.西南交通大学 2015
[5]大数据信息显示界面交互设计研究[D]. 郑佳佳.东南大学 2015
[6]二维地质信息可视化及面向对象符号库[D]. 范建福.中国地质科学院 2005
本文编号：3571021
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
网状关联及示例[17]
第二章高维数据可视化的视觉变量特征分析9图2-4色彩固有明度示意（5）色彩变量色彩变量定义范围较广，有彩色与无彩色都包含于该变量之中，并且色彩受多种视觉属性影响（色相、纯度、亮度、透明度），变量的视觉感知有较大差异，色彩的表达虽依附于图形，但色彩变量却具有直观独立的属性特征，对数据及属性的表征具有独特意义。色彩变量包含多种视觉属性，其次级属性在视觉表征上与其他变量一样具有重要作用，因此在划分变量时，不宜将色彩变量统称为一个变量，应将色彩的多种视觉属性分类为独立变量。（6）纹理变量纹理变量表示视觉符号的内部结构，与形状变量相似，纹理变量可以区分为两种：具象纹理变量与抽象纹理变量。如图2-5所示，具象纹理变量为具有事物属性并与物理世界的事物人文有直接关联符号构成的纹理变量，抽象纹理变量则为符号的内部结构由不具有事物属性意义符号构成的纹理变量。纹理变量不仅与纹理构成符号相关，纹理的排列方式与排列密度对整个视觉符号的视觉感知有明显影响。排列方式的不同会造成内部结构方向的差异，排列密度的不同会造成视觉混合产生的亮度性差异，这些方式引发的视觉感知的差异性可以用来传达不同的语义。图2-5纹理变量示例（7）密度变量密度变量指的是符号总体平均亮度不变的情况下改变表面像素（个体元素或线条）尺寸与数量，造成像素密度变化或多个数据节点的位置排列疏密引起的密度变化。密度变量可以看作是视觉符号的内部纹理排列和个体位置分布的微小变化。（8）结构变量结构变量指的是符号内部各个组成部分的搭配和排列方式的变化。有些学者将结构作为一种基本变量，但结构变量可看作多种视觉变量编码后的视觉符号经由一定规律的布局构成的整体结构，即可视化中的结构变量是多重视觉变量的构建与
第二章高维数据可视化的视觉变量特征分析11[10]。时空属性表示数据随时间发展变化的过程。数据的时空属性隐含数据的个体属性特征及潜在数据间关联性，通过时空属性也可观测高维数据的变化趋势。如图2-7所示，音乐的历史变迁可视化，该案例描述了1950年至2010年间各个音乐类型的流行度。图2-71950-2010年各个音乐类型的流行度图片来源：https://music-timeline.appspot.com/#时空属性描述数据在某个时间范围内的发展历程，可以反映事物发展变化的过程及趋势。相较于静态高维数据，动态高维数据的复杂性更高数据量更广，因此在对高维数据的时空属性进行可视化视觉表达时，注意视觉变量的选用，以平衡用户的认知负荷。2.2.2动态视觉变量的分类与含义具有时空属性的高维数据，可以建立数据的时间属性与空间属性的关联性，并通过这种关联性察觉、理解和预测某一特定阶段的态势特征[45]。静态视觉变量表征现象的空间位置和属性特征的时空变化，容易造成用户认知负荷超载现象，即用户难以接受和理解时空动态信息。而通过动态变量则可以传达数据和事物类型的时空属性，使用户更直观的感受时间与空间维度的变化。动态变量的应用，标记着可视化进入一个动态可观的时代[48]。动态变量是时空变量概念，前期对视觉变量的定义多为图形变量概念，两者之间看似具有较大差异，但对于可视化构建来说，两者都会引起视觉感知上直观的变化。所以动态变量可以称为动态视觉变量，与静态视觉变量一起参与构建信息可视化。Diseble提出动态视觉变量主要有三个：持续时间、变化速率和显示次序。可以用来表示空间域中的变化、时间域中的变化以及总体时空的变化。（1）持续时间持续时间是指用户在感知一个视觉符号或一种事物现象从显现到消失的时间长短。持续时间可以反应
【参考文献】：
期刊论文
[1]静态地图符号视觉变量的分类及作用[J]. 凌善金,王晓铃,丁园园. 安徽师范大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]面向GDP数据时空多维属性的可视分析方法[J]. 周志光,徐杨炳,刘芳,陈伟锋,陶煜波,林海,苏为华. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(05)
[3]中国人口迁移的变化趋势及空间格局[J]. 王宁. 城市与环境研究. 2016(01)
[4]动态地理现象可视化方法研究[J]. 李响,王丽娜,杨佳. 测绘通报. 2012(S1)
[5]飞机空中交会显示格式对情境意识与认知绩效的影响[J]. 傅亚强,许百华. 人类工效学. 2012(02)
[6]利用透明度进行时空信息可视化[J]. 艾波,唐新明,艾廷华,汪汇兵. 武汉大学学报(信息科学版). 2012(02)
[7]改革以来中国流动人口管理理念变迁及发展趋势[J]. 王道勇,郧彦辉. 城市观察. 2011(05)
[8]可视化研究前沿及展望[J]. 袁晓如,张昕,肖何,郭翰琦. 科研信息化技术与应用. 2011(04)
[9]视觉符号思维与地图符号设计[J]. 吕建芬,马晨燕,杨燕. 江西测绘. 2011(02)
[10]地图学认知实验方法研究[J]. 吴增红,陈毓芬. 测绘科学. 2010(01)
博士论文
[1]基于用户认知的大数据可视化视觉呈现方法研究[D]. 周小舟.东南大学 2018
[2]均衡认知负荷的人机界面信息编码方法[D]. 李晶.东南大学 2015
[3]中学地理电子教学地图设计研究[D]. 苏小兵.华东师范大学 2011
[4]地图可视化中动态与交互特性的认知研究[D]. 苗蕾.武汉大学 2004
硕士论文
[1]基于粒子系统的流场动态制图方法研究[D]. 冯文君.山东科技大学 2017
[2]高维数据可视化结构模型分析与设计[D]. 张守雪.东南大学 2017
[3]高维数据可视化界面交互设计研究[D]. 王俊超.东南大学 2016
[4]基于时态GIS的统计地图动态可视化研究[D]. 刘谨萍.西南交通大学 2015
[5]大数据信息显示界面交互设计研究[D]. 郑佳佳.东南大学 2015
[6]二维地质信息可视化及面向对象符号库[D]. 范建福.中国地质科学院 2005
本文编号：3571021
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