UNIDAD 4: VISUALIZACIÓN DE DATOS:1. Visualización, análisis visual de datos

1. UNIDAD 4: VISUALIZACIÓN DE DATOS
1. Visualización, análisis visual de datos
Autor(es): • Mtr. Luis Fernando Aguas

2. Visualizar
• visualización:
– Proveer la habilidad de comprender grandes
volúmenes de datos.
– Permite la percepción de propiedades emergentes que
no eran anticipadas.
– A menudo hace evidentes problemas con los datos
(p.ej.: errores en la recolección y en la precisión).
– Facilita la comprensión de la estructura de las partes y
del los datos como un todo. Permite observar y
comprender a distintas escalas de la apariencia de los
datos.
– Facilita la formación de hipótesis.

3. 5-dimensional visualization: Three walls of spheres
represents the top chief complaints of patients in the
emergency department (chest pain, abdominal pain and
shortness of breath) over the last year. The busiest days are
higher and more intense in color. xp filesystem

4. Etapas de la visualización
de datos
• recoleccion de datos
• preprocesamiento para que los datos sean
comprensibles
• algoritmos gráficos + hardware
• percepción humana

5. Entorno físico
Etapas de la visualización
Datos
Humano
Analista de
Información
Procesamiento
visual y
cognitivo
Preprocesamiento
y transformación
MotorGráfico
Exploración de los datos
Manipulación
de los datos
Entorno social
Recolección de datos

6. ¿ciencia de la visualización?
• La visualización trata acerca de diagramas y cómo ellos
brindan información, contenido, significado.
• Los diagramas se componen de símbolos y los símbolos
son construcciones sociales.
• El significado de un símbolo es creado por convención.
• Los diagramas son arbitrarios y son efectivos de la misma
forma que un texto. Cuando mejor aprendemos las
convenciones, más claros son los diagramas.
• Por tanto, un diagrama es tan bueno como cualquier
otro y por tanto las reglas de la percepción son
irrelevantes.

7. Principio de arbitrariedad
(Saussure)
• No existe relación entre el símbolo y la cosa que es
significada.
• Algo con significado en una cultura puede no tener sentido
en otra. Somos arrogantes al calificar a otras culturas como
“primitivas” ya que esa es sólo una percepción cultural mas.
• Como conclusión, no se puede decir que una representación
sea “mejor” que otra. Todas sirven a aquellos que las
comprenden y están de acuerdo con su significado.
• Esto atenta directamente contra la raíz de tratar de
fundar una ciencia natural de la visualización.

8. • Nelson Goodman:
• “La representación realista, en breve, depende no
de la ilusión o imitación o de la información, sino
que depende de la inculcación. Cualquier imagen
puede representar casi cualquier cosa, esto es,
dado una imagen y un objeto, usualmente existe
un sistema de representación bajo el cual
representa el objeto”.

10. ¿Es verdadero el principio de arbitrariedad y
la visualización como lenguaje aprendido?
• Herkovitz (1948) muestra el desconcierto de personas que
encontrar fotos por primera vez:
• “(la mujer) tomó la fotografía, girándola, tratando de que
el sombreado de grises tuviera algún sentido”
• Kennedy (1974) lo explica por el asombro.
• Hochbers y Brooks (1962) criaron su hija hasta los dos
años en un a casa sin fotos, y evitando todo el
condicionamiento social…

11. ¿Es verdadero el principio de arbitrariedad y
la visualización como lenguaje aprendido?
• Deregowsky (1968) reporta estudios de niños y adultos en
areas remotas de Zambia, que nunca habían visto
fotografías pero pueden interpretarlas y hacerlas
corresponder con objetos reales.
• Otros estudios llegan a iguales conclusiones con dibujos y
fotografías blanco y negro.
• Incluso en los diagramas, hay estructuras que son
naturalmente fáciles de interpretar y otras que no lo son
tanto.

12. Diagramas de relación arbitrarios

13. Símbolos sensoriales y arbitrarios
• Símbolos sensoriales: aquellos que derivan su
poder de expresión de su habilidad de usar la
potencia del procesamiento perceptual natural
de la mente.
Ej: la pintura en la caverna nos significa algo, a pesar de los
milenios transcurridos desde su creación, y de que el autor no
dejó un instructivo de uso.
• Símbolos arbitrarios: aquellos que deben ser
aprendidos, que no tienen base perceptual.
Ej: la palabra “perro” no tiene relación con el animal.
la palabra “ojo”

14. Símbolos arbitrarios y sensoriales
La teoría de los símbolos y lenguajes sensoriales
surge de la idea de que el sistema visual humano ha
evolucionado como un instrumento para percibir el
entorno físico real en el viven los humanos. El s.v.h.
facilita la percepción de dicho entorno, y dificulta otro
tipo de percepciones.
Esta teoría se contrapone a la que manifiesta que
nuestro cerebro se adaptaría indistintamente a
cualquier situación o a cualquier conjunto de leyes
físicas.

15. Maluma y Takete
Wolfgang Köhler, 1929.
Bouba y Kiki.
90% (95% 98%)
2.5 años (sin leer)
similar a la sinestesia. Podría indicar una base
neurológica en el desarrollo del lenguaje.
autistas (60%)
gatos.

16. Estructura visual de un mono
Monos, personas e incluso gatos, poseen estructuras visuales similares.
Corteza visual.

17. Corteza visual
• V1, y V2, V3, V4 y V5
– una en cada hemisferio
• V1 es llamada corteza visual primaria, es el
área más estudiada del cerebro
– ~140 millones de neuronas
– Reconocimiento de patrones.
– Detección de movimiento.
– transmite información por dos rutas , lla Franja
dorsal y la Franja ventral.
• V2. Recibe de V1, envía a todas.
– propiedades básicas, igual que v1 (orientación,
frecuencia, color).
– contornos ilusorios.
– distinción de figura y fondo.
• V3. Quizás movimiento global.
• V4. Quizás color.
• V5. Quizás movimiento singular e integración.

18. • Las neuronas de la Corteza visual disparan
potenciales de acción cuando el estímulo visual
aparece dentro de su campo receptivo. Por
definición , el Campo receptivo es la región dentro del
campo visual el cual educe un potencial de acción.
Pero cada neurona dada puede responder a un
subconjunto de estímulos dentro de su campo
receptivo. Esta propiedad es llamada Sintonía
neuronal. En las áreas visuales altas, la sintonía
neuronal se vuelve más compleja. Por ejemplo en el
cortex temporal inferior, una neurona puede disparar
solamente cuando cierta cara aparece dentro de su
campo receptivo.
• Un potencial de acción o también llamado impulso
eléctrico, es una onda de descarga eléctrica que viaja
a lo largo de la membrana celular .

19. Símbolos arbitrarios y sensoriales
Los aspectos sensoriales de una
visualización están relacionados con el
estímulo del sistema sensorial visual (su
estudio e interpretación se realiza a través de las técnicas
experimentales desarrolladas por la neurociencia)
Los aspectos arbitrarios están relacionados
con el aprendizaje (su estudio e interpretación se
realiza a través de las ciencias sociales)

20. Propiedades de la representación
sensorial
1- Comprensión
inmediata, sin
entrenamiento.
2- Resistencia a
cambiar una
percepción en base
al aprendizaje.

21. 3- Inmediatez sensorial.
Cierta información se procesa
en paralelo.
La evidencia sugiere que esto
se debe a un sistema de
procesamiento temprano.
4- Validez intercultural.
Propiedades de la
representación
sensorial

22. 1- Difícil de aprender.
A B C D E F G H I J K L M N Ñ O P Q R S T U V W X Y Z
A los niños les toma cientos de horas aprender a leer y
escribir. Las formas de las letras, las combinaciones
aceptadas y las prohibidas se discuten y resuelven en
academias de lengua.
2- Fácil de olvidar.
A B C D … (?)
Propiedades de la representación
arbitraria convencional

23. 3- Embebido en la cultura y en las
aplicaciones.
Los códigos de colores pueden ser específicos de cada
cultura. Para los chinos, el blanco simboliza a la muerte,
mientras que el rojo significa buena suerte.
Hay códigos más universales, como los números
arábigos.
Hay muchos códigos arbitrarios en las profesiones: para
los cartógrafos, es mejor un mapa con curvas de nivel que
una representación sombreada, aunque la última sea más
intuitiva (natural).
Propiedades de la representación
arbitraria convencional

24. Ej: representación arbitraria
Colores en diferentes culturas
Culture Red Blue Green Yellow White
United
States
Danger Masculinity Safety Cowardice Purity
France Aristocracy Freedom
Peace
Criminality Temporary Neutrality
Egypt Death Virtue
Faith
Truth
Fertility
Strength
Happiness
Prosperity
Joy
India Life
Creativity
Prosperity
Fertility
Success Death
Purity
Japan Anger
Danger
Villainy Future
Youth
Energy
Grace
Nobility
Death
China Happiness Heaven
Clouds
Ming Dynasty
Heaven
Clouds
Birth
Wealth
Power
Death
Purity

26. 4- Formalmente poderoso.
Las matemáticas utilizan un lenguaje (código visual) de
una gran potencia expresiva, enorme rigurosidad y
formalismo, para transmitir conceptos abstractos.
Pero es difícil de aprender.
5- Capaz de rápidos cambios.
Los códigos visuales arbitrarios, evolucionan mucho más
rápido que los sensoriales.
Las posibilidades actuales en el dominio de la forma y el
color hace que haya una explosión de nuevos códigos
gráficos.
Propiedades de la representación
arbitraria convencional

27. Psicofísica:
Conocer los límites del sistema visual, revelar procesos sensoriales
tempranos.
Si un fenómeno es fácilmente alterado por aprendizaje, se debe
cuestionar si se debe a un mecanismo sensorial de bajo nivel.
Psicología cognitiva:
La mente suele ser modelada como un conjunto de módulos
interconectados. Se centra en los procesos mentales que rigen el
comportamiento. (percepción, razonamiento, aprendizaje, etc).
P.ej. si al hacer dos tareas distintas, una interfiere la otra, indica que ambas
convergen en algún punto.
A estos métodos se le ha agregado las imágenes de resonancia magnética
(MRI) que muestra las partes activas del cerebro en cada instante.
Elementos para una ciencia de la
visualización

28. Análisis estructural:
Se utilizan entrevistas. Se suele pedir a los sujetos que realicen ciertas
tareas y que reporten su entendimiento y comprensión. Se hace énfasis
en la formación de hipótesis (más descripción y clasificación que
explicación).
Es usado en la evaluación de interacción. Al preguntar a observadores
que asignen números a factores como efectividad, claridad, etc. se
puede comparar entre varias posibles representaciones.
Estudios interculturales:
P.ej. A través de estos estudios se demostró la universalidad de ciertos
colores como rojo, verde, amarillo y azul (no el significado, sino el que
estén presentes en todas las culturas)
Elementos para una ciencia de la
visualización

29. Estudios con niños:
A través de su comportamiento ante formas simples se pueden revelar
los mecanismos básicos de procesamiento.
La motivación de estos estudios es que probablemente el procesamiento
sensorial está en funcionamiento, pero aún no han aprendido las
convenciones sociales respecto a las representaciones gráficas,
especialmente en las áreas de visualización de datos.
Elementos para una ciencia de la
visualización

30. • Percibimos para operar en el entorno.
• Las posibilidades de acción percibidas las llama
potencialidades, (o abordabilidades) o affordances en
inglés.
• Según Gibson no percibimos puntos de luz, sino
superficies para caminar, mangos para agarrar,
espacios para navegar, herramientas para manipular,
etc.
• Por tanto, no hay que preocuparse tanto de los
“detalles” fisiológicos o neurológicos.
Teoría de Gibson de la abordabilidad
(affordance)

31. • Esta teoría cambia la perspectiva respecto
a otros teóricos que consideran que la
visión hay que estudiarla como un proceso
“bottom up”: comenzar por la percepción de
los puntos de luz subir en abtracción hasta
llegar a comprender cómo vemos el mundo
real en que vivimos.
• vemos con el cerebro, no con los ojos.
Teoría de Gibson de la abordabilidad
(affordance)

33. La affordance llevada al IxD
• Para crear una “buena interacción”,
debemos crearla con affordances claras que
faciliten las tareas del usuario.
Si queremos mover un objeto 3D, debemos generar
“mangos” que permitan rotar, empujar, tirar al objeto.

34. La affordance llevada al IxD

35. • Gibson sostiene que la affordance es la
percepción directa de las propiedades
físicas del entorno.
Problema 1: La percepción de los datos a
través de la computación gráfica no es
directa.
Problemas con la teoría de Gibson

36. Problema 2: No existe una affordance física
real en ninguna interfaz gráfica.
Por ejemplo, los “botones gráficos” son
convenciones sociales. Debemos
aprender que la imagen de un botón puede
ser “apretada” utilizando el ratón, el cursor u
otro botón.
Problemas con la teoría de Gibson

37. Problema 3: Rechazar los mecanismos de
la visión puede ser un problema.
Es necesario conocer cómo funciona el ojo
para poder diseñar monitores o impresoras.
Pero la idea general es útil. Usarla significa
diseñar botones virtuales para presionar, pestillos
virtuales que girar, etc. Tomamos prestados las
abordabilidades de los objetos representados.
Utilizamos metáforas.
Problemas con la teoría de Gibson

38. Un modelo de procesamiento perceptual
Procesamientotemprano:
color,contornos,textura
ycuestionesespaciales. Percepción para
la acción
Esquema espacial
Identificación de objetos,
memoria de trabajo visual
Almacenamiento de
largo plazo, memoria de
objetos, escenas, etc.
Salida motora,
incluyendo mem.
motora de
largo plazo
Subsistemas de
lenguaje natural
Etapa 1
Etapa 2

39. Grandes conjuntos de neuronas del ojo y de
la corteza procesan las imágenes.
• Cada neurona procesan cierta clase de información,
como orientación de los ojos o el color de una zona.
Grupos de neuronas trabajan en paralelo. El
procesamiento es automático, rápido e inevitable.
• Si queremos que los usuarios comprendan
rápidamente la información, debemos presentarla
de forma que sea fácilmente detectable en esta
etapa.
Etapa 1: procesamiento paralelo.

40. Características de la etapa:
1- Procesamiento paralelo y rápido.
2- Extracción de formas, orientación, color,
textura y patrones de movimiento.
3- La información es de naturaleza transitoria,
la cual es brevemente almacenada en una
memoria visual.
4- Procesamiento ascendente (botton-up).
Etapa 1: procesamiento paralelo.

41. Consideramos dos subsistemas:
1- especializado en el reconocimiento
(manipulación simbólica de objetos).
2- especializado en la interacción con el
entorno (locomoción y acción).
Etapa 2: procesamiento orientado a objetivos
y secuencial.

42. Características de la etapa:
1- Procesamiento serial lento.
2- Se trabaja con memoria de corto plazo y de largo
plazo.
3- Mayor énfasis en los aspectos arbitrarios de los
símbolos.
4- Procesamiento descendente (top-down).
5- Diferentes caminos para reconocimiento y
coordinación motora.
Etapa 2: procesamiento orientado a objetivos
y secuencial.

43. Un modelo cuantitativo de la
percepción
• EL Principio de Helmholtz,
– Pretende cuantificar la teoría del a Gestalt.
– propuesto en 1985 por D. Lowe,
– establece que, en una imagen, las
estructuras que vemos son aquellas que
tienen una probabilidad muy baja de
aparecer en el ruido

44. Un modelo cuantitativo de la
percepción
– Una estructura geométrica observada es
percibida como significativa, cuando su
numero esperado de ocurrencias en una
situación aleatoria es extremadamente
bajo.
– Estas estructuras pertenecen a una clase
dada de objetos geométricos predefinidos:
las clases de “Gestalts" definidas por la
escuela gestáltica de sicofisiología.