论文呈现给L’UNIVERSITÉ DE数学与计算机科学博士学院[美]盖尔·鲁基亚著要获得的等级医生专业：计算机科学探索性交互式数据可视化的缩放答辩日期：11月26日编辑：David AUBer和RomainBOU RQUE在审查委员会面前，卡罗琳A99ert。... ... ... ... ..............................................................................................CNRS研究总监报告员弗洛伦斯·S？德斯。... ... ... ... ... ..........................................................................................图卢兹第三大学Paul Sabatier教授盖伊·梅尔·M·奥姆。... ... ... ... ....................................................................................... 波尔多大学教授评审团ArnaudSrllrB错误。 蒙彼利埃第三大学Paul Valéry高级讲师大卫·乌布。... ... ... ... ... ... ... ..................................................................................... 波尔多大学教授兼主任罗马式B或 R。... ... ... ...........................................................................................................波尔多大学高级2OteLrBorrtoErdrccUeEl：LaBRI（UMR58OO），L5tc自由贸易区熊，LL4O5T艾伦ce，Franc eD或 R？e：9月2Ot6日11月2OtetEtre：用于数据交互式可视化的P比例AssageR？我的？ 交互式可视化是探索、理解和分析的重要工具数据。 第一个是视觉的，涉及人类感知和认知的局限性，以及屏幕的局限第二个是计算性的，涉及标准机器的存储器或处理能力的限制在本论文中，我们将研究与这两个困难相关的缩放技术，用于几个对于视觉缩放，我们提出了一种通用的方法，通过应用于多个视图的空间变形和平行坐标的抽象、多尺度表示来突出显示元素的子集。在多个视图上，空间变形旨在解决当图形元素较小时高光效率降低的问题在平行坐标上，多尺度抽象简化了表示，同时允许交互式地访问数据的细节，将数据预聚合到多个为了实现计算规模化，我们正在研究分布式基础设施上的预计算和动态计算方法，这些方法允许在交互式时间内探索超过10亿个元素的 我们提出了一个用于多维数据挖掘的系统，其交互和抽象尊重图形元素数量的预算，这反过来又提供了由于客户端和服务器之间的网络传输而导致的交互延迟的理论限制。出于同样的目的，我们比较了用于重建点集密度图的几何数据约简策略。关键词？s：可视化、缩放、人机界面、海量数据、空间变形、数据抽象tE Ttle：一项研究，旨在应对具有绝对动作和空间失真的交互式视觉化方面的挑战rB strrct：交互式可视化有助于探索、理解和分析数据。然而，令人惊讶的是，庞大而复杂的数据在视觉和计算上都对可视化系统的效率提出了挑战视觉挑战来自人类感知和认知的限制，以及屏幕空间的限制，而计算挑战来自标准计算机的处理和记忆的限制。 在本文中，我们提出了解决几个交互式可视化应用程序的两个可扩展性问题的技术。为了满足视觉可扩展性的要求，我们提出了一种通用的空间失真方法，用于对多个视图的链接强调，以及基于平行坐标的抽象和多尺度表示。当应用于小尺寸视觉元素时，空间失真喜欢减轻弱强调和高光效果多尺度抽象通过在多个细节级别上预聚合数据来简化按需提供细节的为了满足计算可扩展性要求，并在交互式时间内将数据处理扩展到数万亿个项目，我们在远程分布式基础架构上使用预计算和实时计算我们提出了一个用于多维数据探索的系统，其中交互和抽象表示符合可视项目预算，并返回提供对网络相关交互延迟的保证。为了实现同样的目标，我们比较了几种几何简化策略来重建大尺度点集的密度图eswords：信息可视化，人机界面，可扩展性，大规模数据，空间失真，数据抽象给我爷爷的。TeL6RFMFRC IFMF WTS首先，我要感谢卡罗琳·阿佩尔（CarolineAppert）和弗洛伦斯·塞德斯（FlorenceSèdes）同意归还我的手稿，感谢盖伊·梅兰松（GuyMelancon）和阿诺德·萨拉贝里（ArnaudSallaberry）同意参加我的评审团。非常感谢Caroline Appert和Arnaud Sallaberry对手稿的仔细更正 我还要感谢Xavier Blanc和Nicolas Bonichon，感谢他们关注博士课程并提供了很好的也感谢EVADoMe/B L小组的所有成员和前成员、实验室工作人员和我能够见到的IUT教师的支持和同情最后，感谢我以前的老师们在走廊的拐角处零星地鼓励我非常感谢弗雷德里克和阿朗，他们是幸运和不幸的宝贵伙伴，也感谢亚历山大、杰森、诺伯特、米里亚姆和所有其他与我分享讨论、游戏、咖啡或散步的人大卫是要感谢创造了火花开始超过1000公里的运动鞋在还要感谢Marthe的食物，Vincent的游戏和Rémi的冒险。最后，我想到了忠实的夜间棋盘游戏团队（Aurélien、Benoît、Simon、Nicolas等），特别是Gaëtan，他终于重读了这份手稿的几页生命是短暂的，信息是无穷无尽的：没有人有时间做任何事情。缩写是一种必要的罪恶，缩写者的工作就是把一份工作做得最好，尽管这份工作本质上是糟糕的，但总比什么都没有好他必须学会简化，但不要到了证伪的地步。奥尔德斯·赫胥黎，《美丽新世界》iii.TABLFDFS垫 IRBFST 我是TRODCTEOTTt.tProblematic。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...tT.2研究重点和贡献。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...LT.L文档的组织。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...42V ESRLESRTEEM E R T E S R MDS E ERM DD ES52.t交互式信息可视化... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...52.t.t图形表示。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...52.2相互作用。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...72.t.L可视化应用程序模板... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...TT2.2挑战和扩大规模。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...TL2.2.t视觉极限。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...TL2.2.2交互性的计算限制... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...T42.2可扩展性。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ...t62.L可缩放可视化技术和系统。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...T72.L.t视觉可扩展性。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ...T72.L.2 计算可扩展性。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...你LC或R FESK：MEE EEM？SEDEMCESCRLRBLE9LESMLTESL ES2升L.T有问题且存在。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...2升L.t.由视图组成的视图。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24L.t.2空间变形和鱼眼视图。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25L.T.L 协调突 出 显示 。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25L.t.4预期属性和比较。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...27L.2实体相关的空间变形。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...第二L.2.t变形的预期特性。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...LOL.2.2 管道：将视图分解为tD域。. . . . . . . . . . . . . . . . . . ...LTL.2.L空间tD的变形函数。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...L2L.2.4变形调整。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...L4L.L. 应用于各种形式的可视化。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...L6L.L.t实体移动。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...L6... ... ...L.L.2搬迁和扩建的协调。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...L7L.L.L返回目标：组合突出显示。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...L8L.L.4原型实现。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4OL.4讨论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4OL.4.t视觉可伸缩性的变形。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4OL.4.2 2D视图的tD方法。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4TL.4.L平滑的兴趣图和 参数 。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4TL.5结论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...424CoReDeM：SEm9l lERctEom？还是M？你是9还是9？你是9还是9？454.t上下文。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...454.t.t作为视觉缩放的密度图... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...454.t.2用于交互式远程可视化的抽象金字塔... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...464.2简化数据的密度图。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...484.2.t采样。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...484.2.2汇总。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ...第四次4.1初步准备。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5O4.L.t保守方法。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5OV4.L.2通过质量测量进行自动评估。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5T4.4简化和保守的密度图。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5L4.4.t保守简化几何。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5L4.4.2几何图形的大小... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5L4.4.L保存信息的渲染... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...544.5几何压缩策略。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...564.5一般方法。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...564.5.2分（At）。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...574.5.L加权几何形状表示（A2）。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...584.5.4通过Voronoi图（B2-L）进行裁剪重建。. . . . . . . . . . . ...584.6几何压缩策略的评估。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...第五4.6.t按指标比较策略。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...6O4.6.2用户策略比较。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...674.7讨论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ...704.8结论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ...725H EPrCO：COOrd OMM？9RRRLL？LESK E？RRRC EQueSRBSTR ETTS755.t有问题且存在。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...755.t.t视觉可扩展性。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ...765.t.2计算可扩展性。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...775.2形式主义和实施环境... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...785.2.t定义和符号。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...785.2.2常规平行坐标的形式化。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8O5.2.L实施环境。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...825.L抽象平行坐标。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...825.L.t视觉编码交互。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...825.L.2图 形 形 式 主 义 中 的 聚合 。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8L5.L.L相互作用的评价。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...855.L.4实施和绩效评估。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...865.4层次平行坐标。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...EO5.4.t多尺度导航交互的设计空间... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...EO5.4.2图形形式主义中细节层次的变化。. . . . . . . . . . . . . ...和5.4相互作用评估。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...和5.4.4实施和绩效评估。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...E55.5案例研究... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...EE5.6结论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ...tOt6COMClUsEOM9ers9ec T SstOL6.t捐款余额。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ......tOL6.2前景。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ...tO4D或MM？E是D？srlUrt EOM9或rCOReDeMtO7BETMEKE rrrckesdr MsHePrCOttLB EBLEOSR9K EETT7E EEEDES9UBLECRT EOMST2E他的名字是"S ' TeeeS'Ree s't"LEEEDESTRBLERUXTL5Gl Ossr ErtL7六2Uctiow的 IwtroL’évolution des composants électroniques (processeurs, mémoire) et le développement desréseaux informatiques a conduit à une augmentation exponentielle de la quantité de donnéesgénérées et stockées au cours des quarante dernières années [在2OtL中，存储的数据量估计为1200EB [tt2]，在2Ot5 [ttO]中每秒生成的数据量估计为超过tO TB这一趋势直接反映在数据库存储空间的演变上，如欧洲生物信息学研究所EMBL-EBI（2 Ot 2为20PB，2 Ot 5 [4 t]为近80 PB），但也反映在所例如，在天文学中，LSST望远镜计划在10年内收集大约500PB，以形成15PB的最终数据集[8L]。Web是一个巨大且不断增长的网络的例子，据估计，今天有这种增长是一种资产，因为此外，50年代计算机的出现和图形界面计算机的民主化允许创建图形计算机领域，从而创建信息可视化。后者由数据的自动图形表示组成，并继承了自18世纪以来使用的手绘图形表示[t58]，如图t.2中的MEM rrd图，该图表示t862中运河各路段之间的货物运输量。Crrdet al. [26]将可视化定义为"使用计算机辅助数据的视觉表示来增强认知"。这种增强涉及认知过程的几个方面，例如记忆、模式识别L’e£ficacité dela visualisation d’information pour analyser des données provient des capacités de perceptionsvisuelles humaines, ainsi les choix d’abstraction visuelle 例如颜色或大小）是基于神经心理学理论，如模式感知的格式塔定律和投射效应的前注意处理[t55]交互性是可视化的重要组成部分，它使用户参与图像生成过程，并允许用户通过视觉表示的成功改变来探索数据。当可视化工具的目的不是呈现、通知或观察数据，而是探索数据以分析和理解数据时，这种机制尤其重要。这种相互作用已经存在于20世纪使用的物理可视化格式中，如图t中的Bert em可重排序矩阵所示。矩阵中的每一行都画在一张卡片上，这样就可以很容易地对行2.2问题当用于更大的数据集时，用于一个数据集的有效可视化探索工具可能会由于降低表示效率的主要因素FEsUret.t：BertEM[t4] 的 物 理可重排序矩阵，每行使用一个索引，允许通过重新排列索引来手动重新分类行。t. 大型天气巡天望远镜2. 根据互联网档案馆的档案：S570亿页最后一次t2EMTRODCTEOMFE sU ret.2：查尔斯-约瑟夫·米纳德（Charles-Joseph Minard）绘制的中央运河货物运输图表每个构件的高度对应于负载（以桶数为单位），宽度对应于台阶距离（以公里为单位隐藏信息的图形交互的响应性的降低从延迟阈值开始变得有害事实上，500 ms的额外延迟会显著减少用户记录的观察量，并对其分析范围产生虽然在某种程度上是计算机硬件的技术进步导致了所收集和分析的数据量的指数级增长，但这些进步并不总是足以共同实现数据的交互式处理对于可视化来说，被认为是大型的数据集包含数百万到超过第一个锁是视觉的：当数据实体的数量超过屏幕的定义时，为每个数据元素表示一个图形元素的原子范例第二个锁是计算性的：目前的标准机器没有足够的资源来处理这样的交互式数据集。因此，为了允许t.2rxesdereckercketcOMtrEBt EOMsL计算极限视觉限制超过像素超过RAM的大小。超过数据大小1Sh本论文的贡献（1CorFesk，hCoReDeM，SHePrCo）与所研究的主要问题（选择和导航）和所考虑的缩放问题（视觉和计算）有关。2.S研究领域和贡献在这篇论文中，我们将集中在确定的方法，以扩大规模用于大型或复杂数据集的探索性可视化技术。我们的研究是由视觉和计算边界这两个科学锁驱动的，我们考虑了三个研究轴，即：1复杂数据的多视图，h大点云的密度图和多维数据的聚合平行坐标。 图T.L显示了这三个轴的概览，以及它们相对于两个梯间锁的排列方式。在多个视图中，因此，即使在没有关于交互性的计算限制的情况下，用于将视图链接在一起的突出显示交互的有效性在视觉上也是有限的。我们提出了一种空间变形的方法1，其允许重新排列图形元素以补偿屏幕空间的限制，并且放大感兴趣的元素以允许它们的有效突出显示。我们通过七个例子展示了该方法如何应用于多种形式的视觉表示。为了能够在这种情况下，需要在客户端和服务器之间交换的交互时间我们提出了一种几何h压缩方法，以低存储和传输成本减少重建非常大的点集的密度图所需的数据，同时允许一定程度该方法使用点的分割来形成一组加权的覆盖几何形状，这些形状被渲染以保留密度图的基本属性我们使用这种方法实施了几种策略，并研究了它们在给定存储预算下重建忠实于原始密度图的有效性 我们表明，这些策略中的许多在效率上与标准合并方法相当，同时具有非规则的优点。导航选择4EMTRODCTEOM为了以并行数据的形式实现海量多维数据的探索，我们使用聚合抽象和分布式计算基础设施来同时解决可扩展性的两个锁，即可视化和计算。 表示的抽象程度还提供了关于在每次选择或导航交互中在服务器和客户端我们提出了一种用于在平行坐标中聚合的形式化2.文件这篇论文手稿分为四个主要章节，在下面的段落中总结第2章（第5页）介绍
我的内容管理
展开
