A comunicação visual através de diagramas, adesivos, Fachadas, ACM Curitiba, esboços, gráficos, fotografias, vídeo e animação é fundamental para o processo de explorar conceitos e disseminar informações. As visualizações mais eficazes tiram proveito das instalações humanas para processar informações visuais, melhorando assim a compreensão, a memória e a inferência. Essas visualizações ajudam os analistas a encontrar rapidamente padrões ocultos em grandes conjuntos de dados e ajudam o público a entender rapidamente idéias complexas.

Nas últimas duas décadas, vários livros10,15,18,23 coletaram exemplos de exibições visuais eficazes. Uma coisa é evidente ao inspecioná-los: os melhores são cuidadosamente criados por designers humanos qualificados. No entanto, mesmo com a ajuda de computadores, o design manual de visualizações efetivas consome tempo e requer um esforço considerável.

Além disso, a taxa em que as pessoas em todo o mundo geram novos dados está crescendo exponencialmente ano a ano. Gantz et al.5 estimaram que produzimos coletivamente 161 exabytes de novas informações em 2006, e a taxa de crescimento composto entre 2007 e 2011 seria de 60% ao ano. Esperamos, portanto, produzir 1.800 exabytes de informações em 2011, 10 vezes mais do que produzimos em 2006. No entanto, a aquisição e o armazenamento desses dados são, por si só, de pouco valor. Precisamos entendê-lo para produzir valor real e usá-lo para tomar decisões.

O problema é que os designers humanos não têm tempo para projetar manualmente comunicação visual eficazes para essa riqueza de dados. Com muita frequência, os dados são mal visualizados ou nem visualizados. De qualquer maneira, os resultados podem ser catastróficos; por exemplo, a Tufte24 explicou como os engenheiros da Morton Thiokol falharam em comunicar visualmente os riscos de lançar o ônibus espacial Challenger à gerência da NASA em 1986, levando à falha desastrosa do veículo. Enquanto Robison et al.20 argumentaram que os engenheiros não devem ser responsabilizados pelo acidente do Challenger, uma melhor comunicação dos riscos pode ter impedido o desastre.

Os designers visuais qualificados da Comunicação visual Curitiba manipulam a percepção, a cognição e a intenção comunicativa das visualizações aplicando cuidadosamente os princípios do bom design. Esses princípios explicam como as técnicas visuais podem ser usadas para enfatizar informações importantes ou para enfatizar detalhes irrelevantes; por exemplo, as informações mais importantes em um mapa do metrô são a sequência de paradas ao longo de cada linha e as paradas de transferência que permitem que os passageiros mudem de linha. A maioria dos passageiros do metrô não precisa conhecer o verdadeiro caminho geográfico de cada linha. Com base nessa percepção, o designer de mapas Harry Beck redesenhou o mapa do metrô de Londres em 1933 usando dois princípios principais: endireitando as linhas do metrô e espaçando as paradas de maneira uniforme para enfatizar visualmente a sequência de paradas e pontos de transferência (veja a Figura 1).

Tais princípios de design conectam o design visual de uma visualização à percepção e cognição do espectador das informações subjacentes que a visualização deve transmitir. No campo do design, há um longo debate sobre a interação das propriedades estéticas e funcionais dos artefatos projetados. Não procuramos participar deste debate aqui; em vez disso, focamos em como escolhas específicas de design afetam a percepção e a cognição da visualização, não o estilo estético da visualização. Dessa forma, usamos o termo “princípio do design” como uma abreviação de diretrizes que ajudam a melhorar a compreensão dos espectadores das informações codificadas visualmente.

Os princípios de design geralmente não são regras estritas, mas regras práticas que podem até se opor e se contradizer. Por exemplo, Beck não endireitou completamente as linhas do metrô; ele incluiu algumas voltas para dar aos espectadores uma noção do layout espacial geral de uma linha. Designers visuais qualificados aplicam implicitamente os princípios de design relevantes e equilibram as compensações entre eles em um processo iterativo de criação de designs de exemplo, criticando os exemplos e aprimorando os designs com base nas críticas. Os projetistas geralmente não aplicam diretamente um conjunto explicitamente definido de princípios de design. Os princípios são uma forma de conhecimento tácito que os designers aprendem criando e estudando exemplos. É muito mais comum que livros sobre design visual contenham exemplos visuais em vez de princípios explícitos de design.

Muitos dos analistas e usuários finais inundados de dados e encarregados de criar visualizações não são designers treinados. Assim, nosso trabalho tem como objetivo identificar princípios de design específicos do domínio, instanciando-os em sistemas de design de visualização automatizados que permitem que não designers criem displays visuais de Letra caixa eficazes. Enquanto outros pesquisadores consideraram maneiras específicas de usar os princípios de design cognitivo para gerar visualizações (consulte o apêndice online), desenvolvemos uma abordagem geral de três estágios para criar sistemas de design de visualização:

Etapa 1. Identifique os princípios de design. Identificamos os princípios de design específicos do domínio, analisando as melhores visualizações desenhadas à mão em um domínio de informações específico. Conectamos essa análise com pesquisas sobre percepção e cognição de visualizações;

Etapa 2. Instancie os princípios de design. Codificamos os princípios de design em algoritmos e interfaces para criar visualizações; e

Etapa 3. Avalie os princípios de design. Medimos melhorias no processamento de informações, comunicação e tomada de decisão resultantes de nossas visualizações. Essas avaliações também servem para validar os princípios de design.

Usamos essa abordagem em três etapas para criar sistemas de design de visualização automatizados em dois domínios: visualização cartográfica e ilustração técnica. No domínio das visualizações cartográficas, desenvolvemos algoritmos automatizados para a criação de mapas de rotas1,3,12 e mapas turísticos das cidades.8

No domínio da ilustração técnica, desenvolvemos técnicas de Letras Caixas automatizadas para gerar instruções de montagem de móveis e brinquedos2,9 e para criar ilustrações interativas em corte e vista explodida de objetos mecânicos, matemáticos e biológicos complexos.11,13,14,19 Aqui, focamos na articulação das técnicas que usamos para identificar e avaliar os princípios de design de cada domínio. Essas técnicas generalizam para outros domínios, e aplicar nossa abordagem em três estágios resultará em uma melhor compreensão das estratégias que as pessoas usam para fazer inferências a partir de visualizações.

Etapa 1. Identificar os princípios de design
Os princípios de design são regras prescritivas que descrevem como as técnicas visuais afetam a percepção e cognição das informações em uma exibição. Em alguns casos, eles são explicitamente descritos em livros; por exemplo, livros sobre técnicas fotográficas explicam as regras para compor fotografias agradáveis ​​(como cortar imagens de pessoas logo abaixo dos ombros ou perto da cintura, em vez de no pescoço ou nos joelhos). Os pesquisadores os aplicaram diretamente para criar uma variedade de algoritmos automatizados de manipulação de fotos (consulte o apêndice on-line para obter exemplos).

No entanto, nossa experiência é que os princípios de design raramente são declarados de maneira explícita. Assim, desenvolvemos três estratégias para extrair e formular princípios de design específicos do domínio: (1) analisar as melhores visualizações desenhadas à mão no domínio, (2) examinar pesquisas anteriores sobre a percepção e cognição das visualizações e, quando necessário, (3) conduzem novos estudos com usuários que investigam como as técnicas visuais afetam a percepção e a cognição.

Visualizações desenhadas à mão. Descobrimos que um primeiro passo útil na identificação de princípios de design é analisar exemplos das melhores visualizações no domínio. Essa análise foi projetada para encontrar semelhanças e padrões recorrentes nos tipos de informações destacadas pelas visualizações, bem como nas técnicas usadas para enfatizar as informações.

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Considere o problema de descrever a estrutura interna de objetos mecânicos, matemáticos, anatômicos e arquitetônicos complexos. Os ilustradores costumam usar cortes e vistas explodidas para revelar essa estrutura. Eles escolhem cuidadosamente o tamanho e a forma dos cortes, bem como o posicionamento das peças entre si, para expor e destacar a estrutura interna e as relações espaciais entre as peças. Analisamos um grande conjunto de cortes e vistas explodidas para identificar os princípios e convenções que os ilustradores especialistas costumam usar para gerar essas imagens.11,13,14,19 Nosso processo para identificar esses princípios é baseado em três objetivos principais:

Independência de estilo. Para identificar um conjunto geral de princípios que poderíamos aplicar a uma variedade de objetos 3D complexos, procuramos técnicas visuais comuns em diferentes estilos artísticos e tipos de objetos;

Regras generativas. Para garantir que pudéssemos aplicar os princípios de maneira generativa para criar vistas descontroladas ou explodidas, formamos regras explícitas e bem definidas que descrevem quando e como cada princípio deve ser aplicado. Nós projetamos as regras para serem o mais gerais possível, mantendo a consistência com as evidências das ilustrações de exemplo; e

Raciocínio perceptivo / cognitivo. Motivamos cada princípio com a hipótese de uma lógica perceptiva ou cognitiva, explicando como a convenção ajuda os espectadores a entender melhor a estrutura do objeto 3D representado.

Por meio dessa análise, identificamos um conjunto de princípios gerais de design com percepção perceptiva para criar cortes e vistas explodidas. Por exemplo, o tamanho e a forma dos cortes em uma ilustração em corte geralmente são projetados não apenas para revelar partes internas, mas também para ajudar os espectadores a reconstruir mentalmente qualquer geometria oclusiva que foi removida.

Assim, os ilustradores cortam objetos radialmente simétricos com entalhes em forma de cunha que enfatizam a estrutura cilíndrica do objeto. Da mesma forma, objetos retangulares são cortados com planos de corte alinhados a objetos ou cortes de caixa; superfícies de cobertura semelhantes à pele são cortadas usando cortes de janelas; e estruturas tubulares longas são cortadas usando cortes de tubos transversais.

Ilustrações de superfícies matemáticas complexas geralmente usam vistas explodidas nas quais cada fatia é posicionada para revelar características geométricas locais (como simetrias, interseções automáticas e pontos críticos). Também examinamos ilustrações de “como as coisas funcionam”, projetadas para mostrar o movimento e a interação de peças dentro de uma montagem mecânica.

As ilustrações desenhadas à mão costumam usar setas de movimento esquemáticas e seqüências de quadros para ajudar os espectadores a entender as cadeias causais de movimento que transformam uma força motriz em movimento mecânico. Após identificar os princípios do projeto, os implementamos algoritmicamente em sistemas interativos para gerar cortes, vistas explodidas e ilustrações de como as coisas funcionam (veja as Figuras 2, 3 e 4).

Aplicamos uma abordagem semelhante para identificar os princípios de design para representar mapas de rotas que fornecem rotas de um local para outro1,3 e mapas de destino que mostram várias rotas de toda a região para um único local (como um aeroporto ou um restaurante popular) .12 Analisamos uma variedade de mapas desenhados à mão e descobrimos que eles geralmente são muito mais úteis do que as instruções de direção geradas por computador (disponíveis em sites como mapas. Bing.com e maps.google.com) porque enfatizam estradas, pontos de virada e marcos locais.

Esses mapas projetados à mão distorcem significativamente a distância, o ângulo e a forma das estradas, eliminando muitos detalhes que serviriam apenas para desorganizar o mapa. Tufte23 apontou que os triptiks e os mapas do metrô distorcem de maneira semelhante o formato das rotas e eliminam detalhes desnecessários.

Os mapas de destino desenhados à mão incluem apenas as principais rotas para um local, e não todas as rotas possíveis. Esses mapas aumentam progressivamente o nível de detalhe, mostrando apenas as rodovias distantes do destino, incluindo estradas arteriais e, finalmente, as estradas residenciais próximas ao destino. Os mapas de rota e destino normalmente usam a renderização em múltiplas perspectivas, na qual as estradas são traçadas em vista de cima para baixo, enquanto importantes edifícios de referência são desenhados em uma vista lateral para que suas fachadas sejam visíveis.

Embora a análise de visualizações desenhadas à mão seja frequentemente uma boa abordagem inicial para identificar os princípios de design, essa estratégia também envolve limitações. Em alguns casos, pode ser tentador formar regras generativas muito específicas e que não se apliquem fora do intervalo de exemplos analisados. Em outros casos, as regras podem ser tão gerais que não está claro como aplicá-las a exemplos específicos. Tais dificuldades geralmente surgem quando a lógica perceptiva ou cognitiva por trás de uma determinada técnica visual não é clara. No contexto dos mapas de rotas, por exemplo, embora nossa análise tenha revelado que os cartógrafos distorcem frequentemente o comprimento, o ângulo e a forma da estrada, não ficou claro imediatamente como essas distorções melhoraram a percepção e a cognição dos mapas de rotas.

Da mesma forma, descobrimos que um dos desafios na análise de visualizações desenhadas à mão é fatorar diferenças devido ao estilo artístico. Os designers podem escolher atributos visuais (como tipo de fonte, paleta de cores e largura da linha) por motivos estéticos, nos quais uma fonte pode parecer mais agradável que a outra para o designer. Embora essas escolhas de design estético sejam considerações importantes, o objetivo de nossa análise é determinar como as escolhas de design melhoram a percepção e a cognição das informações, e não como essas escolhas melhoram a estética. A dificuldade é que essas escolhas de design freqüentemente afetam tanto a estética da tela quanto a percepção e cognição da informação; como separar os dois efeitos nem sempre é claro.

À luz dessas limitações e desafios, descobrimos que muitas vezes é útil conectar nossas observações e hipóteses da análise de exemplos desenhados à mão com trabalhos relevantes da percepção e da psicologia cognitiva. Essas conexões servem para esclarecer a lógica perceptiva ou cognitiva dos princípios de design.

Trabalho prévio em percepção e cognição. Em alguns casos, pesquisas anteriores em percepção e cognição sugerem ou formalizam os princípios de design apropriados; por exemplo, psicólogos cognitivos mostraram que as pessoas pensam nas rotas como uma sequência de curvas25 e que, ao seguir uma rota, o comprimento exato de uma estrada é muito menos importante do que executar as curvas adequadamente. A topologia da rota é mais importante que sua geometria absoluta. Esse insight ajuda a explicar por que os mapas desenhados à mão frequentemente distorcem a geometria – distância, ângulo e forma das estradas – para garantir que todas as estradas e pontos de virada sejam visíveis, mas quase nunca modificam a topologia da rota.

Nesse caso, a pesquisa anterior confirmou e formalizou a lógica perceptiva / cognitiva das técnicas visuais que notamos ao analisar mapas de rotas desenhados à mão. Com base nos princípios de design resultantes, desenvolvemos o LineDrive (http://vis.berkeley.edu/LineDrive), um sistema totalmente automatizado para renderizar mapas de rotas no estilo de mapas desenhados à mão.3 O LineDrive está acessível ao público desde outubro de 2000 , e pesquisas mostraram que, para tarefas de navegação, os usuários preferem fortemente os mapas do LineDrive aos mapas gerados por computador, desenhados em uma escala fixa (consulte a Figura 5).

Os pesquisadores também descobriram que os navegadores familiarizados com uma área geográfica (como motoristas de táxi) planejam rotas hierarquicamente.4 Eles primeiro selecionam as estradas necessárias para chegar perto do destino, depois as artérias e, finalmente, as ruas residenciais. Esse planejamento hierárquico corresponde ao aumento progressivo nos detalhes da estrada que primeiro identificamos nos mapas de destino desenhados à mão.

Recentemente, aplicamos esse princípio de nível de detalhe em conjunto com os princípios de distorção para criar um sistema automatizado para gerar mapas de destino.12 Como no LineDrive, produzimos um mapa que parece desenhado à mão, mas elimina a desordem, preservando as informações necessárias para qualquer pessoa na região circundante para chegar ao destino. Nossos mapas de destino estão disponíveis no site do Bing Maps (http://vis.berkeley.edu/DestMap) (veja a Figura 6).

Aplicamos uma abordagem semelhante para gerar automaticamente mapas para turistas que visitam uma nova cidade.8 Trabalhos anteriores sobre representações mentais das cidades16 mostraram que as pessoas consideram cinco elementos principais: marcos, caminhos, distritos, nós e arestas. No entanto, um mapa com todas as instâncias de tais elementos seria confuso com detalhes excessivos.

Os mapas turísticos mais eficazes incluem apenas os elementos que são semanticamente significativos (como a casa de um escritor conhecido), visualmente distintos (como um prédio de formato ou cor estranha) ou colocados em um local estruturalmente importante (como Depois de escolher os elementos a serem incluídos no mapa, os cartógrafos geralmente aplicam uma variedade de técnicas de generalização cartográfica, incluindo simplificação, deslocamento, deformação e seleção. Psicólogos e cartógrafos cognitivos que estudam a cognição de mapas mostraram que essas generalizações melhoram a clareza, porque enfatizam os elementos mais importantes do mapa, preservando as relações espaciais entre esses elementos.17

Nosso sistema de design de mapas turísticos é baseado nesses princípios de design. A entrada consiste em um modelo geométrico de uma cidade, incluindo ruas, corpos de água, parques e edifícios (com texturas). O sistema determina automaticamente a importância dos elementos do mapa usando técnicas de extração de informações baseadas na Web de cima para baixo para calcular a importância semântica e análise de imagem / geometria baseada na visão de baixo para cima para calcular a importância visual e estrutural. Em seguida, gera um mapa que enfatiza os elementos mais importantes do mapa, usando uma combinação de renderização em múltiplas perspectivas e generalização cartográfica para destacar os pontos de referência, caminhos, distritos, nós e arestas importantes, sem enfatizar os elementos menos importantes (consulte a Figura 7 )

Experiências sobre percepção e cognição. Em alguns domínios, novas pesquisas sobre percepção e cognição são necessárias para fornecer a justificativa para os princípios de design. Trabalhando com a psicóloga cognitiva Barbara Tversky, desenvolvemos uma metodologia para a realização de experimentos com seres humanos para entender como as pessoas pensam e comunicam as informações em um domínio. Primeiro, aplicamos essa metodologia para identificar os princípios de design para criar instruções de montagem para objetos do cotidiano (como móveis e brinquedos) .2,9 Os experimentos são realizados em três fases:

Produção. Os participantes criam visualizações para um determinado domínio. No contexto das instruções de montagem, eles montaram um suporte de TV sem instruções, usando apenas uma fotografia do suporte montado como guia. Eles então desenharam um conjunto de instruções mostrando como montá-lo;

Preferência. Os participantes avaliam a eficácia das visualizações. No projeto de instruções de montagem, um novo conjunto de participantes montou o suporte da TV, sem instruções. Eles então classificaram a qualidade das instruções criadas pelo primeiro conjunto de participantes, redesenhadas para controlar a clareza, a legibilidade e a estética; e

Compreensão. Os participantes usam as visualizações classificadas e testamos melhorias no aprendizado, compreensão e tomada de decisão. No projeto de instruções de montagem, mais um conjunto de participantes montou o suporte de TV, desta vez usando as instruções classificadas na fase de preferência. Os testes mostraram que as instruções altamente classificadas eram mais fáceis de usar e seguir; os participantes gastaram menos tempo montando o suporte da TV e cometeram menos erros.

Após essas experiências, procuramos pontos em comum nas visualizações altamente classificadas para identificar os princípios de design. No contexto das instruções de montagem, identificamos três princípios principais: (1) use uma sequência passo a passo de diagramas mostrando uma ação primária em cada diagrama; (2) use diretrizes e setas para descrever as ações necessárias para encaixar as peças; e (3) garantir que as partes adicionadas em cada etapa sejam visíveis. Nosso sistema automatizado de projeto de instruções de montagem é baseado nesses princípios (veja a Figura 8). Tversky e Lee25 estudaram representações mentais de mapas usando uma metodologia semelhante, onde os sujeitos primeiro desenham mapas para locais familiares, depois outros avaliam a eficácia dos mapas.

Etapa 2. Instanciar princípios de design
Projetar uma visualização geralmente requer a escolha de propriedades ou atributos visuais para cada elemento na exibição; por exemplo, para criar um mapa de rota, o designer deve escolher atributos, incluindo posição, tamanho e orientação para cada estrada, ponto de referência e etiqueta que aparece no mapa. Da mesma forma, para criar uma ilustração em corte, o designer deve escolher como e onde cortar cada estrutura que oclui a parte de destino.

Como existem muitas opções possíveis para cada atributo, o espaço de design de possíveis visualizações geralmente é bastante grande. Para criar sistemas de design de visualização automatizados, tratamos os princípios de design relevantes como diretrizes para tomar essas decisões de design. Os princípios nos ajudam a navegar pelo espaço de design e obter um design eficaz.

A maioria dos princípios de design é definida como diretrizes qualitativas, e não como procedimentos que podemos instanciar diretamente em um algoritmo de design automatizado. O desafio é transformar esses princípios de alto nível em algoritmos implementáveis.

Os princípios de design geralmente se enquadram em duas categorias: regras de design e critérios de avaliação. As regras de design separam o espaço de design em regiões que contêm designs efetivos e aquelas que contêm designs inviáveis. São essencialmente restrições rígidas no espaço do design. Na criação de mapas de rotas, por exemplo, os designers geralmente ajustam o ângulo de virada para enfatizar a orientação da virada, para a esquerda ou para a direita. No entanto, ajustar tanto o ângulo de rotação que uma curva à esquerda parece ser uma curva à direita ou vice-versa é inaceitável. Essa regra de design coloca uma restrição rígida quanto os designers são capazes de ajustar o ângulo de virada.

Os critérios de avaliação quantificam a eficácia de algum aspecto da visualização. Podemos avaliar a eficácia geral de uma visualização considerando um conjunto de critérios de avaliação que abrangem todos os principais aspectos do design visual. Ao criar uma vista explodida, por exemplo, os projetistas devem equilibrar dois desses critérios: separação de peças e compacidade.

Uma boa vista explodida separa as partes para que todas elas fiquem visíveis, mas a visualização também deve permanecer compacta e manter uma proporção quadrada para fazer o melhor uso do espaço disponível na tela. Para quantificar a eficácia geral de uma vista explodida, medimos a visibilidade de cada peça, bem como a compactação da visualização geral. Da mesma forma, ao projetar mapas de rotas, os projetistas devem garantir que todas as estradas sejam visíveis. Para quantificar esse critério, calculamos a extensão de cada estrada no mapa e verificamos se a extensão é maior que um limite mínimo de visibilidade. O número de estradas maiores que o comprimento do limiar é uma medida quantitativa da eficácia do mapa em relação a esse critério.

Dado um conjunto de regras de design e critérios de avaliação quantitativa, podemos usar técnicas de procedimento para criar um sistema de design de visualização automatizado; por exemplo, nosso sistema para projetar cortes e vistas explodidas é conduzido exclusivamente por técnicas processuais. Nesse caso, codificamos as regras de projeto como uma árvore de decisão que descreve como cortar ou explodir peças oclusas com base em sua geometria.

Outra abordagem é considerar o design de visualização como um problema de otimização para minimizar a energia. Nesse caso, tratamos as regras de design como restrições rígidas que definem os limites do espaço de design e os critérios de avaliação como restrições flexíveis que guiam o sistema para a visualização ideal. Embora essa abordagem baseada em otimização seja geral, achamos essencial desenvolver um conjunto de regras de design e critérios de avaliação que limitem suficientemente o espaço de design, para que seja possível concluir a otimização. O LineDrive e nosso sistema de design de instruções de montagem usam essa otimização para minimizar a energia.

Etapa 3. Avaliar os princípios de design
O estágio final de nossa abordagem é medir a utilidade das visualizações produzidas por nossos sistemas de design automatizados. Consideramos várias dessas medidas, incluindo feedback dos usuários na forma de entrevistas qualitativas e estatísticas quantitativas de uso. Em alguns casos, também realizamos estudos mais formais do usuário para verificar até que ponto as visualizações melhoram o processamento, a comunicação e a tomada de decisão das informações.

Feedback do usuário. Consideramos fundamental envolver os usuários desde o início e realizar entrevistas e pesquisas qualitativas para verificar suas impressões gerais das visualizações produzidas por nossos sistemas. Esse feedback é essencial para identificar problemas e garantir que nossos princípios de design e as visualizações converjam em projetos eficazes. As entrevistas e pesquisas fornecem verificações de alto nível da eficácia de nossos princípios de design e nos permitem ajustar os princípios quando não estão certos; por exemplo, no início da criação do LineDrive, pedimos aos usuários que classificassem os designs de mapas de rotas de protótipos artesanais, descobrindo que 79 dos 90 participantes preferiam os protótipos distorcidos do LineDrive aos mapas desenhados em escala1 e confirmando que os usuários pensavam que os mapas distorcidos eram úteis. O feedback e a avaliação contínuos produzem algoritmos e ferramentas mais eficazes.

Outra abordagem é liberar a visualização na Web e verificar as estatísticas de uso; por exemplo, no auge, o LineDrive servia mais de 750.000 mapas por dia e se tornou o estilo de mapeamento de rota padrão para o Map-Blast, um dos primeiros fornecedores de mapas de rotas baseados na Web. Esse feedback público é um forte teste de eficácia, pois soluções ineficazes são rapidamente rejeitadas.

Também reconhecemos que as estatísticas de uso são, na melhor das hipóteses, uma medida indireta de eficácia. Muitas soluções excelentes permanecem pouco utilizadas devido a uma variedade de forças externas que têm pouco a ver com a utilidade ou eficácia de uma visualização.

Estudos de usuários. Para avaliar quantitativamente a eficácia de uma visualização, realizamos estudos com usuários comparando visualizações criadas com nossos algoritmos de design com as melhores visualizações desenhadas à mão no domínio; por exemplo, comparamos nossas instruções projetadas por computador com instruções produzidas em fábrica e instruções desenhadas à mão para montar um suporte de TV, descobrindo que os usuários concluíram a tarefa de montagem cerca de 35% mais rápido e cometeram 50% menos erros usando nossas instruções.

Além do tempo de conclusão e da taxa de erro, também é possível usar o rastreamento ocular para determinar como uma visualização afeta a maneira como as pessoas digitalizam e processam as informações.6,21 Esses estudos de rastreamento ocular nos ajudam a avaliar a eficácia do design de baixo nível escolhas na criação de visualizações. Estudos rigorosos com usuários são especialmente importantes porque também servem para validar a eficácia dos princípios de design nos quais as visualizações são baseadas.

Muitos outros domínios da informação podem se beneficiar de uma compreensão mais profunda das maneiras pelas quais as técnicas de exibição visual afetam a percepção e a cognição das informações.

No entanto, nem sempre é claro como planejar tais estudos quantitativos. Como uma visualização deve ser comparada com outra visualização? Por exemplo, no domínio das ilustrações anatômicas, não está claro como comparar nossas ilustrações em corte com as ilustrações desenhadas à mão. Que tarefa devemos pedir aos usuários que executem usando as duas ilustrações? Uma abordagem pode ser medir a rapidez e precisão com que os espectadores localizam um órgão específico do corpo.

No entanto, se a tarefa é aprender a localização do órgão, as duas ilustrações rotulariam o órgão e, com rótulos, velocidade e precisão provavelmente não diferirão significativamente. Nossos cortes e vistas explodidas também são projetados para transmitir a relação de camadas entre as peças. Portanto, uma tarefa alternativa pode ser pedir aos espectadores que indiquem as relações de camadas entre as partes. Mas como podemos pedir que eles concluam essa tarefa sem levá-los a uma resposta? Para muitos domínios, como ilustrações anatômicas, é necessário desenvolver uma nova metodologia para avaliar a eficácia das visualizações e validar os princípios subjacentes do projeto.

Conclusão
A abordagem que descrevemos para identificar, instanciar e avaliar os princípios de design para comunicação visual é uma metodologia geral para combinar descobertas sobre percepção e cognição humanas com algoritmos de design automatizados. Os sistemas que construímos para gerar mapas de rotas, mapas turísticos e ilustrações técnicas demonstram que essa metodologia pode ser usada para desenvolver sistemas eficazes de design de visualização automatizados. No entanto, há muito espaço para estender nossa abordagem proposta, e esperamos que os pesquisadores melhorem os métodos que descrevemos. Trabalhos futuros podem tomar várias direções:

Muitos outros domínios da informação podem se beneficiar de uma compreensão mais profunda das maneiras pelas quais as técnicas de exibição visual afetam a percepção e a cognição das informações. Geralmente encontramos uma variedade de tipos diferentes de informações, incluindo receitas culinárias, orçamentos e dados financeiros, passos de dança, tutoriais sobre o uso de software, explicações de estratégias e peças esportivas e números de pesquisas políticas. Visualizações eficazes dessas informações cotidianas podem capacitar os cidadãos a tomar melhores decisões.

Nosso trabalho foi focado na identificação de princípios de design específicos do domínio. Um desafio aberto é generalizá-los em vários domínios. Uma abordagem pode ser identificar primeiro os princípios de design específicos de domínio em domínios muito diferentes e, em seguida, procurar pontos em comum entre os princípios específicos de domínio; por exemplo, desenvolvemos recentemente um sistema automatizado para gerar tutoriais explicando como manipular fotografias usando o Photoshop e o GIMP.7 Os princípios de design para tutoriais de manipulação de fotos são semelhantes aos que identificamos para instruções de montagem e incluem sequências passo a passo de capturas de tela e destacar ações através de setas e outros elementos diagramáticos. Encontrar tais semelhanças nos princípios de design em vários domínios pode indicar que princípios mais gerais estão funcionando.

Embora tenhamos apresentado três estratégias para identificar os princípios de design, outras estratégias também podem ser possíveis. As estratégias que apresentamos exigem um esforço humano significativo para identificar pontos comuns em visualizações desenhadas à mão, sintetizar os estudos anteriores relevantes em percepção e cognição e conduzir esses estudos.

Além disso, a Internet disponibiliza publicamente uma grande quantidade de conteúdo visual, geralmente com milhares de exemplos de visualizações em um domínio de informação individual. Assim, uma estratégia alternativa viável para identificar princípios de design pode ser aprendê-los com uma grande coleção de exemplos usando técnicas estatísticas de aprendizado de máquina.

Demos um passo inicial nessa direção, com um projeto desenvolvido para aprender a rotular diagramas a partir de alguns exemplos.26 Uma vantagem dessa abordagem é que designers especializados costumam achar mais fácil criar visualizações de exemplo do que descrever explicitamente os princípios de design.

Técnicas para avaliar a eficácia das visualizações e validar os princípios de design também podem ser aprimoradas. Os princípios de design são essencialmente modelos que prevêem como as técnicas visuais afetam a percepção e a cognição. No entanto, como observamos, nem sempre é claro como verificar a eficácia de uma visualização. Uma metodologia de avaliação mais sofisticada poderia fornecer evidências mais fortes para esses modelos e, assim, validar experimentalmente os princípios de design.

 

Referência