Techniques de visualisation dynamique

En 2014, un état de l’art très complet a été réalisé dans le cadre de la conférence annuelle Eu-roVis (Beck et al.,2014). La taxonomie des techniques de visualisation des graphes dynamiques – pour la représentation node-link – proposée par les auteurs dans cet article est donné dans la figure3.20, avec une indication du nombre de publications par technique. Elle est composée de deux grandes catégories, l’animation et la timeline (ligne de temps), qui sont présentées dans la suite du document.

Figure 3.20 – Taxonomie hiérarchique illustrée des techniques de visualisation dynamique de graphes. La couleur de fond des cellules du tableau indique le nombre de techniques publiées par catégorie (Beck et al.,2014)

Figure 3.21 – Étapes d’une animation pendant laquelle les changements sont mis en relief : a) État initial du graphe, b) Éléments qui vont être supprimés (contour rouge), c) Éléments restants, d) Layout d’adaptation de la position des nœuds aux nouvelles caractéristiques topo-logiques du graphe, e) Nouvelle position des nœuds, f) Ajout des nouveaux éléments (contour bleu) et g) État final du graphe (Bach et al.,2014a)

Animation Dans une séquence de graphe dynamique animé, les nœuds et les arêtes qui sont ajoutées et enlevées de l’image sont effacées et affichés progressivement. Les trajectoires des mouvements des nœuds sont interpolées afin que les utilisateurs puisse suivre plus facilement les changements du graphe. La figure 3.21 montre un exemple d’animation, étapes par étapes, appliqués à un layout node-link (Bach et al.,2014a).

L’animation peut être appliquée à de nombreux layouts, par exemple un layout radial pour les arbres ou des graphes à la densité faible (les nœuds sont positionnés sur des cercles concen-triques), comme illustré dans la figure3.22(Yee et al.,2001).Tekušová & Schreck(2008) propose d’animer un graphe hiérarchique agencé en trois dimensions, comme présenté dans la figure3.23.

Timeline Dans les interfaces small multiples, les moments temporels sont tous représentés à l’écran de façon individuelle (Tufte,1991). Les approches small multiples permettent à l’utilisa-teur une vue globale du temps à travers la séquence complète des moments statiques (Tversky

et al.,2002). Pour les diagrammes node-link,Beck et al.(2014) identifie trois sous-ensembles de techniques : la juxtaposition de nœuds, la superposition de moments temporels (figure3.24.a), la timeline intégrée (figure3.24.a) et les techniques hybrides.

Pohl et al. (2008) ont développé le système DGD, un outil de visualisation et d’analyse de réseaux dynamiques qui permet par exemple de visualiser l’évolution du degré (degree centrality) normalisé d’un nœud sur une sélection de nœuds, au cours du temps. Le logiciel StoryFlow permet de visualiser les parcours et les interactions des personnages d’un film avec les événements importants qui s’y rapportent (Liu et al.,2013) ; un exemple est présenté en figure3.25.

Figure 3.22 – Le nœud est sélectionné pour devenir le nouveau focus du layout radial. Les changements sont animés. (Yee et al.,2001)

Figure 3.23 – Animation temporelle montrant les transitions entre deux moments temporel sur un layout hiérarchique circulaire (Tekušová & Schreck,2008)

(a) (b)

Figure 3.24 – (a) Approche node-link de superposition, chaque couche représentant un moment temporel (b) Approches node-link de timelines (Beck et al.,2014)

Figure 3.26 – Séquence avec application de la méthode de pliage (^{Reitz et al.,2009)}

Figure 3.27 – Comparaison de matchs de football entre les équipes nationales de l’Europe centrale et de l’Amérique du sud (Burch & Diehl,2008)

Des techniques particulières ont été développées pour les graphes composés à partir du principe de small multiples. La méthode de pliage de Reitz et al. (2009) permet par exemple de plier et déplier des groupes de nœuds en fonction des événements, comme illustré dans la figure3.26: si un groupe est identique d’un moment temporel sur l’autre, alors une vue réduite du groupe (symbole) est utilisée pour les moments suivants, et inversement si un changement intervient dans un groupe qui était représenté par une vue réduite. Burch & Diehl(2008) ont développé TimeRadar pour visualiser des graphes composés pondérés : un layout radial présente la hiérarchie et des sections de cercle représentent les changements temporels au niveau des arêtes. Un exemple est présenté dans la figure 3.27.

Cartes des différences Les cartes des différences (difference map) montrent les différences en termes de nœuds et d’arêtes, entre deux graphes. L’union des nœuds et des arêtes est souvent mis en exergue par rapport aux autres nœuds, grâce à une couleur par exemple. Un exemple de carte des différences est présenté en figure3.28.

Les cartes de différences sont encore peu utilisées pour visualiser les graphes dynamiques (Archambault et al., 2011b). La combinaison des cartes des différences et des hiérarchies des graphes permettent de montrer les zones de changements sur des grands graphes (Archambault, 2009). Les cartes de différences ont également été utilisées pour accentuer les zones communes entre des réseaux biologiques (Bourqui & Jourdan, 2008). Bach et al. (2014a) propose Graph-Diaries qui utilise les cartes de différences pour attirer l’attention de l’utilisateur avant, pendant,

Figure 3.28 – ^{Deux moments temporels (a) et (b), et la carte des différences associée (c)} (Archambault et al.,2011b)

et après l’animation entre deux moments temporels.

Esthétique des graphes Dynamiques Trois types de critères peuvent être utilisés pour évaluer les qualités d’une visualisation dynamique de graphes et trouver la bonne technique de visualisation pour un jeu de tâches et de données (Beck et al.,2009,2013) :

– Critères esthétiques généraux : réductions de la pagaille, réduction des confusions spatiales, cohérence de la représentation de motifs similaires, minimisation de l’espace utilisé. – Critères esthétiques dynamiques : préservation de la carte mentale, réduction de la charge

cognitive, minimisation des confusions temporelles.

– Critères esthétiques d’adaptation (scalability) : préservation de la lisibilité quelque soit le nombre de nœuds, d’arêtes, de graphes.

Quelle technique choisir ? Robertson et al.(2008) a comparé les techniques de l’animation, du small multiples et des timelines sur des données multidimensionnelles évolutives et a montré que les small multiples donnaient de meilleures performances. Lorsque la carte mentale est préservée, pour Archambault et al. (2011a) l’analyse des small multiples est plus rapide que l’animation, sauf quand à la fois les nœuds et les arêtes subissent des changements simultanés, c’est alors l’animation qui présente de meilleures performances. Farrugia & Quigley (2011) a comparé deux séries de graphes dynamiques, et ce sont les small multiples qui semblent les plus adaptés dans la majorité des tâches testées.

Pour Beck et al.(2014), il reste difficile de dire quelle technique de visualisation de graphes dynamiques – entre l’animation et les timelines – permet de meilleures performances de la part des utilisateurs. En effet, les résultats publiés jusqu’ici montrent que les performances dépendent avant tout des tâches effectuées, et que chacune des techniques a ses avantages et ses défauts. Des approches hybrides peuvent sous certaines conditions produire de meilleurs résultats que l’une des deux techniques séparément (Rufiange & McGuffin,2013) ; une illustration du principe des techniques hybride est présenté dans la figure3.29.