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T. Lammarsch:
"Facets of Time-Making the Most of Time's Structure in Interactive Visualization";
Supervisor, Reviewer: S. Miksch, D. Keim; Institute of Software Technology & Interactive Systems, 2010.

Time-oriented data are ubiquitous in many real-world problems from areas like business, medicine, or ecology. Problems involving time-oriented data need special attention because time data are different from other kinds of data. Time has an inherent structure, most prominently seen in the calendar aspect of time being composed of smaller granularities, like years and seasons. As these granularities influence natural and social aspects found again in the data, explicitly harnessing the structures of time in data analysis methods can greatly improve the amount of information gained.

To develop innovations in how to deal with time-oriented data in Visual Analytics, the project DisCo has been pursued in the context of a certain set of users who handle application scenarios of time-oriented data analysis in different sectors. Those scenarios often involve ill-defined problems, and the structure of time is one of the few tools they have to solve those tasks. The novel visualizations are evaluated regarding the question whether they can fulfill these users´ needs.

The structure of time is already a central focus of research in Temporal Databases. In that context, the concept of granularities was first laid out. Granularities can model several aspects of time´s structure-ordinal vs. discrete scales, linear vs. cyclic time, and above all calendars. We build upon this approved concept, but also add support for different points of view. Introducing the structure of time into the modelling of the visualizaton process is done by expanding established process-oriented frameworks.

The goal in this thesis is to include the structure of time in interactive visualizations. We envision a broad range of any possible users and tasks that have a connection to this area. Many of the users and tasks we had access to stem from the research project DisC$\bar{o}$, though. Still, those are only to be seen as examplary characteristics of the user and task space of Information Visualization in general.

To gain a better understanding of the state of the art, but also to have a better way of describing our novel approaches, we include a detailed analysis how the visual exploration process is performed. The analysis consistes of a process-oriented framework as well as a taxonomy for visualizations that make use of the structure of time. The taxonomy is based on the several levels of the framework. Then, the taxonomy is applied to various state-of-the-art visualizations that make use of the structure of time.

Based on the state of the art and its analysis from a theoretical as well as a usercentered point of view, new interactive visualization methods that are specifically designed to harness the structure of time are presented. These include methods to make use of the calendar aspect as well as showing different points of view. Much research regarding different points of view is focused on different sources, like different persons, who provide different values for the same point in time. Contrary to that, we research different views (usually from one source) that differ over their own timeline (for example, a person changing her mind). Further visualizations contained in this thesis have the task to disclose patterns from Data Mining methods to users, applying the structure of time for a better understanding.

To confirm the usability, utility, and appropriateness of our results, we have performed two user studies and acquired a number of expert assessments. Further evaluation steps as well as the application of the current results are presented in our chapter of future work.

Zeitorientierte Daten sind in vielen praktischen Problemen aus Gebieten wie Gewerbe, Medizin oder Ökologie allgegenwärtig. Probleme, die mit zeitorientierten Daten in Zusammenhang stehen, bedürfen besonderer Aufmerksamkeit, da sich Zeitdaten von anderen Arten an Daten unterscheiden. Zeit hat eine inhärente Struktur, die man vor
allem am Kalenderaspekt ersehen kann: Zeit ist aus Granularitäten wie Jahren oder Jahreszeiten zusammengesetzt. Da diese Granularitäten natürliche wie soziale Aspekte beeinflussen, die sich in den Daten wiederfinden, kann es die Menge gefunder Informationen deutlich vergrößern, wenn man die Struktur der Zeit in Datenanalysemethoden
explizit ausnutzt.

Um Innovationen zu entwickeln, wie man am besten mit zeitorientierten Daten in Visual Analytics umgeht wurde das Projekt DisC¯o durchgeführt, unter Berücksichtigung einer Gruppe von BenutzerInnen, bei deren Tätigkeit es um die Analyse zeitorientierte Daten aus verschiedenen Sektoren geht. Bei diesen Anwendungsszenarien sind oft
ungenau definierte Problemstellungen im Spiel, und die Anwendung der Struktur der Zeit ist eine der wenigen Methoden, die ihnen zur Verfügung stehen, um ihre Aufgaben zu erfüllen. Die neuartigen Visualisierungen, die wir präsentieren werden, wurden in Hinblick darauf evaluiert, ob sie die Bedürfnisse dieser BenutzerInnen erfüllen können.

Die Struktur der Zeit ist bereits ein zentraler Faktor in der Forschung des Bereichs Temporale Datenbanken. In diesem Kontext wurde auch der Konzept der Granularitäten erstmalig beschrieben. Mit Granularitäten können verschiedene Aspekte der Struktur der Zeit modelliert werden- ordinale vs. diskrete Skalen, lineare vs. zyklische Zeit, und vor allen Dingen Kalender. Wir bauen daher auf diesem bewährten Konzept auf, behandeln aber auch den Aspekt verschiedener Ansichten. Die Struktur der Zeit wird in den Visualisierungsprozess integriert, indem wir etablierte Modelle erweitern.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Struktur der Zeit in interaktive Visualisierungen zu integrieren. Wir erwarten, dass ein großer Bereich potentieller BenutzerInnen mit vielfältigen Aufgaben davon profitieren wird. Viele der BenutzerInnen und Aufgabenstellungen,
die wir bereits berücksichtigen konnten, stammen indess aus dem Projekt DisC$\bar{o}$. Allerdings sind diese nur als Beispiele für den weit größeren Bereich von BenutzerInnen und Aufgabenstellungen zu betrachten, der vom Gebiet der Informationvisualisierung
abgedeckt wird.

Um ein besseres Verständnis vom Stand der Technik zu gewinnen, aber auch um unsere neuartigen Ansätze besser beschreiben zu können, beinhaltet die Arbeit eine detaillierte Analyse davon, wie der Visualisierungsprozess vonstatten geht. Diese Analyse besteht aus einem prozessorientierten Modell sowie eine Taxonomy von Visualisierungen, die die Struktur der Zeit verwenden. Die Taxonomie basiert auf den verschiedenen Stufen des Prozessmodells. Im folgenden wird die Taxonomie auf verschiedene Visualisierungen des aktuellen Stands der Technik, die die Struktur der Zeit berücksichtigen,
angewandt.

Basierend darauf, dass wir den Stand der Technik von konzeptueller wie benutzerInnenorientierter Seite analysiert haben, werden im Anschluss neue interaktive Visualisierungen präsentiert, die spezifisch entwickelt wurden, um die Struktur der Zeit auszunutzen.
Das beinhaltet Methoden, die den Kalenderaspekt verwenden, wie auch Methoden, die darauf abzielen, verschiedene Ansichten zu zeigen. Viel Forschung in Hinblick auf das Zeigen verschiedener Ansichten konzentriert sich auf verschiedene Ansichten aus verschiedenen Quellen, wie z.B. verschiedenen Personen, wobei die einzelnen
Angaben oderWerte sich auf den selben Punkt in der Zeit beziehen. Im Gegensatz dazu haben wir erkundet, wie es möglich ist, verschiedene Ansichten (die gewöhnlich von der selben Quelle stammen) zu zeigen, die sich über eine weitere Zeitlinie hinwer verändern (z.B. eine Person, die ihre Ansichten ändert). Weitere Visualisierungen in
dieser Arbeit sind dazu da, Muster zu visualisieren, die von Methoden aus dem Bereich Data Mining gefunden wurden. Dabei verwenden wir die Struktur der Zeit, um BenutzerInnen ein besseres Verständnis zu ermöglichen.

Um die Bedienbarkeit, Brauchbarkeit, und Angemessenheit (engl. "usability, utility, and appropriateness") unserer Ergebnisse zu bestätigen haben wir zwei Studien mit BenutzerInnen durchgeführt und außerdem eine Reihe von Einschätzungen durch Experten eingeholt. Weitere Schritte der Evaluierung sowie die Umsetzung unserer aktuellen
Ergebnisse werden in unserem Kapitel über zukünftige Tätigkeit (engl. "future work") aufgezeigt.

http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_217966.pdf