读数据可视化28可视化中的交互(上)

1. 用户交互

1.1. 快速的交互可以从根本上改变用户理解数据的进程

• 1.1.1. 人机交互领域的先驱者Stuart K.Card

1.2. 交互是用户通过与系统之间的对话和互动来操纵与理解数据的过程

1.3. 无法互动的可视化结果，例如静态图片和自动播放的视频，虽然在一定程度上能帮助用户理解数据，但其效果有一定的局限性

1.4. 当数据尺寸大、结构复杂时，有限的可视化空间大大地限制了静态可视化展示数据的有效性

1.5. 用户在解读一个静态的信息图时，也常常会通过靠近、拉远甚至旋转信息图以便更加直观地进行数据理解与分析，这些动作也相当于用户的交互操作

1.6. 被动交互

• 1.6.1. 用户自身对于数据建立的心智模型随着交互不断变化并改进的过程

1.7. 让数据可视化

• 1.7.1. 缓解有限的可视化空间和数据过载之间的矛盾

• 1.7.1.1. 有限的屏幕尺寸不足以显示海量的数据

• 1.7.1.2. 常用的二维显示平面难以对复杂数据进行有效的可视化

• 1.7.1.3. 交互可以帮助拓展可视化中信息表达的空间，从而*解决有限的空间与数据量和复杂度之间的矛盾

• 1.7.2. 交互能让用户更好地参与*对数据的理解和分析

• 1.7.2.1. 目的往往不仅是向用户传递定制好的知识，而且提供了一个工具或平台来帮助用户探索数据，得到结论

1.8. 交互研究属于可视化与人机交互（HCI）的交叉领域

1.9. 交互是用户与系统之间的信息交流

1.10. 从信息流量来说，可视化中交互两端的信息流量通常是不对称的

1.11. 交互的目的是让用户来操作视图和数据，从系统输出到用户的信息量比用户到系统的要多

1.12. 许多交互设备的目的是大量采集用户信息，因此从用户输入系统的信息量更大

1.13. 必须和相应的视图结合在一起才有意义

• 1.13.1. 许多交互技术也是专门设计并服务于特定视图的，帮助理解特定数据

2. 交互准则

2.1. 交互延时

• 2.1.1. 指从用户操作的发生到系统返回结果所经过的*时间

• 2.1.2. 是决定交互有效性的重要因素之一

• 2.1.3. 延时的长短在很大程度上决定了一个可视化系统的*可用性及用户体验

• 2.1.4. 延时是否过长是*一个相对主观的判断

• 2.1.5. 用户对延时的忍耐度随着时间变长而降低，但是这个降低的过程*不是连续渐变的

• 2.1.6. 当延时超过某一个阈值时，用户的忍耐度会突然降低，系统的用户体验也就突然变差

• 2.1.7. 感知处理

• 2.1.7.1. Perceptual Processing

• 2.1.7.2. 用户感知交互效果的过程

• 2.1.7.3. 在旋转三维物体例子中，如果可视化更新延时超过了0.1秒，用户在交互中就会感觉到明显的滞后

• 2.1.8. 立即反应

• 2.1.8.1. Immediate Response

• 2.1.8.2. 用户和可视化系统之间类似对话的交互

• 2.1.8.3. 用户对于延时的忍耐度是*1秒

• 2.1.9. 基本任务

• 2.1.9.1. Unit Task

• 2.1.9.2. 用户在交互中指令系统完成一个*相对复杂的任务

• 2.1.9.3. 在数据中搜索相关的信息，此时用户对于延时的忍耐度大大增加，一般的期望是10秒，在某些情况下甚至是30秒

• 2.1.10. 一次交互的终结点指系统返回信息，提示操作已经完成的时刻

• 2.1.11. 可视化系统通过视觉信号来反馈信息

• 2.1.11.1. 系统需要返回给用户某种视觉信号，确认操作已经完成

• 2.1.11.2. 如果对用户的操作不置可否，用户对于操作是否还在进行将产生困惑，甚至怀疑操作还没有开始

• 2.1.11.3. 当一个交互操作完成所需要的时间比用户预期的更长时，系统应将操作的进度及时地反馈给用户，告知用户交互操作正在进行中

• 2.1.11.4. 更好的方法则是在可能的情况下，将这个交互操作*转变成对应的用户延时期望较大的另一类交互

• 2.1.12. 成功的交互设计取决于所采取的互动机制，以及视觉反馈和用户相应的延时期望之间是否互相匹配

• 2.1.13. 操作延时、反馈延时和系统更新延时

• 2.1.13.1. 可以通过三种不同的操作来实现选择对象的交互，它们的操作延时各不相同

• 2.1.13.2. 反馈延时与操作延时的区别主要在于用户对于不同信息显示机制的反应时间

• 2.1.13.3. 延时的另一个部分是系统更新延时

2.1.13.3.1. 当数据量较小并存放在本地机器上的时候，更新所需的时间通常可以忽略

• 2.1.14. 交互延时也可能来自接收用户输入

• 2.1.15. 延时是必须优先考虑的重要因素之一

• 2.1.16. 选择合适的交互操作以及视觉反馈，并确保延时在可接受的范围之内就能保证用户可以高效平顺地与系统互动，他们不会被其他低阶的操作干扰，从而能更好地完成目标任务

2.2. 交互成本

• 2.2.1. 交互可以提高可视化系统的效率，帮助用户处理更多的数据，完成更复杂的任务

• 2.2.2. 实现交互本身也有额外成本

• 2.2.3. 用户需要花费更多的时间与精力去浏览和探索数据

• 2.2.4. 可视化系统应当采用数据挖掘或机器学习算法，使得系统在一定程度上能够自动发现用户可能会关心的数据或者模式，并通过可视化呈现给用户，用户在这个基础上通过互动进行更深入的挖掘

• 2.2.5. 7种主要的交互成本

• 2.2.5.1. 达成目的选择花费的*决策成本

2.2.5.1.1. 用户在选择数据子集和交互选项时需要花费的精力

• 2.2.5.2. 生成系统操作花费的*系统资源成本

2.2.5.2.1. 当用户从一系列可行的操作，或者从系统提供的大量可视化表达方案中选取恰当对象时所花费的时间

• 2.2.5.3. 多重输入模式引发的*交互流程阻滞

2.2.5.3.1. 不一致的输入方式、不加提示地改变输入模式，或者是过量地增加控制操作方式引发的交互障碍

• 2.2.5.4. 人体物理动作占据的流程*执行时间

2.2.5.4.1. 用户在展示屏幕上做出例如鼠标拖拽等动作时花费的时间

• 2.2.5.5. 视觉混叠引起的*感知阻碍

2.2.5.5.1. 由于对象重叠混乱，或者鼠标悬停弹出提示框等因素造成的用户认知困难、精力分散等交互障碍

• 2.2.5.6. 视图变换花费的*解读时间

2.2.5.6.1. 用户在进行交互后出现了预期之外的结果，或者对象变化过于不连贯，抑或在多视图对象复杂关联的情况下导致的用户解读障碍

• 2.2.5.7. 评估解释中的*状态转换成本

2.2.5.7.1. 用户从不同的可视化表达中评估其意义并继续挖掘的过程中需要花费的精力，在这样的探索过程中，当交互无法回退到某一次的结果（或称之为状态）上时，用户会在重构状态中浪费时间

2.3. 交互场景变化

• 2.3.1. 交互操作将引发可视化场景的变化，此时需要依赖于用户的视觉和感知记忆避免交互出错

• 2.3.2. 动画也常被用来帮助减轻交互中场景变化对用户造成的负担

• 2.3.3. 有效的方法是让用户能自主地在场景之间来回切换

• 2.3.4. 变化盲视

• 2.3.4.1. Change Blindness

3. 交互分类

3.1. 按低阶交互操作分类

• 3.1.1. 最常见的分类方法的着眼点是低阶的基本交互操作

• 3.1.2. 概览（Overview）​、缩放（Zoom）​、过滤Filter）​、按需提供细节（Details-on-Demand）​、关联（Relate）​、记录（History）和提取（Extract）

• 3.1.3. 高亮（highlight）与焦点、上下翻页和超链接、概况与上下文、同一表示的不同参数、时间轴的过渡5个大类

• 3.1.4. 5类交互模式：投影、过滤、缩放、失真变形和链接与刷动等

3.2. 按交互操作符与空间分类

• 3.2.1. 三类交互操作符包括：导航（Navigation）​、选择（Selection）和变形（Distortion）​

• 3.2.2. 六种操作空间指：屏幕空间（Screen-space）​、数据值空间（Data Value-space）​、数据结构空间（Data Structure-space）​、属性空间（Attribute-space）​、对象空间（Object-space）和可视化结构空间（Visualization Structure-space）​

• 3.2.3. 引入操作符与操作空间的概念对可视分析系统尤其有帮助

• 3.2.4. 在可视分析中，用户通常通过交互来实现数据的变换和探索

3.3. 按交互任务分类

• 3.3.1. 操作模式不同，但用于完成同一个任务的交互技术被归于同一类

• 3.3.2. 关系型可视化任务、直接的视觉布局任务和编码任务

• 3.3.3. 选择：标记感兴趣的数据对象、区域或特征

• 3.3.4. 导航：展示不同的数据部分或属性

• 3.3.5. 重配：展示一个不同的可视化配置

• 3.3.6. 编码：展示一个不同的视觉表现

• 3.3.7. 抽象/具象：展示数据概览或更多细节

• 3.3.8. 过滤：根据过滤条件展示部分数据

• 3.3.9. 关联：展示相关数据