Combining fisheye lens and dimensional stacking to visualize high dimensional data

Abstract

As the amount of data stored throughout the world increases, the need to process, analyze and visualize it increases as well. There are many challenges to developing techniques for visualizing large quantities of data, specially in ways that are intuitive and allow for real time interactions. An existing technique to display multivariate data in a 2D space is called dimensional stacking. It maps multiple dimensions inside one another, in a discrete 2D plot. This technique, however, generates an image that increases dramatically in resolution as the number of dimension increases. This limits the number of dimensions plotted concurrently. While it works for a limited dimension amount, it becomes ineffective for more dimensions. In this work, we propose a distortion technique for an image generated by the dimensional stacking, in order to solve the dimension limitation problem. By combining a fisheye lens distortion technique, the dimensional stacking can be used for visualization of data sets with a higher number of dimensions that would be possible without any distortion, or with traditional operations, such as panning, cropping and zooming. We describe the process to generate both techniques and how to combine them, and then implement it in a web application that allows loading multiple datasets, has real-time interactions and parameter configuration. To evaluate the effectiveness of the application, we test and analyze different datasets. Then, we compare how well the application performed in relation to the properties of the datasets, such as the number of data instances and the number of dimensions.

Conforme a quantidade de dados armazenados pelo mundo cresce, a necessidade de processar, analisar e visualizá-los também amplia. Existem diversos desafios para desenvolver técnicas para visualizar grande quantide de dados, especialmente de formas que são intuitivas e permitem interações em tempo real. Uma técnica existente para exibir dados multivariados em um espaço bidimensional é chamada de empilhamento dimensional. Ela mapeia múltiplas dimensões, dentro delas mesmas, em um plano 2D discreto. Essa técnica, porém, gera uma imagem que aumenta de resolução dramaticamente conforme o número de dimensões aumenta. Isso limita o número de dimensões traçadas concorrentemente. Enquanto ela funciona para um número limitado de dimensões, ela se torna ineficiente para mais dimensões. Nesse trabalho, é proposto que seja aplicado uma técnica de distorção em uma imagem gerada pelo empilhamento dimensional, com o objetivo de resolver o problema da limitação de dimensões. Através da combinação da técnica de distorção da lente fisheye, o empilhamento dimensional pode ser usado para a a visualização de conjuntos de dados com um número mais elevado de dimensões do que seria possível sem nenhuma distorção, ou com operações tradicionais, tais como deslocamento, corte e amplificação. Nós descrevemos o processo para gerar ambas técnicas e como combiná-las, e então as implementamos em uma aplicação web que posibilita carregamento de múltiplos conjuntos de dados e possui interações em tempo real e configuração de parâmetros. Para avaliar a efetividade da aplicação, são conduzidos testes e analise utilizando diferentes conjuntos de dados. Então, é comparado como a aplicação se desempenhou com relação às propriedades dos conjuntos de dados, como o número de instâncias e o número de dimensões.