Semantic figurative metaphors in information visualization

Tese de doutoramento em Ciências e Tecnologias da Informação, apresentada ao Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraVisual metaphors are an intrinsic part of visualization. They structure information in order to provide an interpretation framework. Semantic figurative metaphors are an approach to information visualization that carries the weight of authorial intent. This approach is suitable for application in the context of casual visualizations, aimed at contemplative and momentary usages. Implementing semantic figurative metaphors encompasses two steps: the adaption of the structural model chosen for a visualization, and the introduction of figurative visual cues. These steps add non-data aspects to the visualizations, introducing inaccuracies that are used for figurative representations of data. These non-data aspects are not gratuitous – they have a semantic meaning for the designer’s interpretation of the data. Here, this approach is applied across three visualizations, ranging from topics such as the decline of major empires, traffic in cities, and political-corporate relations in Portugal. The objective is to show the exploration of visual metaphors with the distortion of visualization models to the point of deliberately inserting inaccuracies in data representation, which can be used to emotionally connect with an audience while being clear and faithful to data. The Empires’ Decline visualization uses a system of colliding soft bodies to display the growth and disintegration of four empires that vary in size through time. The system was designed to carry metaphors of disintegration, competition, ephemerality and fragility. These visualizations received wide adoption and engagement. The system portrays the empires’ areas with an error that is negligible. The city traffic work contributes with a new model for implementing edge-based cartograms. These cartograms are used to depict traffic conditions based on the simulation of a mesh of interconnected springs, using a time-distance metaphor. The edges representing the road network of Lisbon and London expand when velocities are low and contract when velocities are high. The model was tested for several parameterizations in order to obtain results with the best errors. Two additional visualizations were developed and applied on top of the deformed traffic map: the visualization of trajectories that shows vehicles’ trails, colored according to their velocities, and a figurative visualization that turns the city into a living organism made of pulsing blood vessels. The Ecosystem of Corporate Politicians shows the relations among Portuguese politicians and companies in an interactive way and adopts a satirical tone. Here, politicians are living organisms that frenetically jump between companies. Data for this visualization was collected and made publicly available. Users can explore companies, catch politicians, and build their own discourses from the data. The visualization reached a large audience and users were engaged by the added metaphorical cues. Finally, these works contribute to a general reflection on the usage of semantic figurative metaphors: designers should make it what reflects their own interpretations, clear; non-data metaphorical aspects should be specifically tailored for a data-message and thus are not usually generalizable; the approach should be part of the design process since its inception – it is not an add-on; figurative representations should be subtle and not obfuscate data.As metáforas visuais são uma parte intrínseca da visualização, estruturando informação para a interpretação. Metáforas semânticas e figurativas são uma abordagem à visualização de informação que contemplam intenções autorais. Esta abordagem é apropriada para aplicações no contexto de visualizações casuais que se dirigem a usos momentâneos e contemplativos. Implementar esta abordagem, passa por dois passos: a adaptação do modelo estrutural escolhido para uma visualização, e a introdução de pistas visuais e figurativas. Estes passos adicionam aspetos não relacionados com os dados às visualizações, inserindo imprecisões que são usadas para a representação figurativa dos dados. Estes aspetos não são gratuitos e têm um significado semântico em relação à interpretação que o designer faz dos dados. Aqui, a abordagem é aplicada transversalmente a três trabalhos que englobam tópicos como o declínio de grandes impérios, o tráfego em cidades, e as relações político-empresariais em Portugal. O objetivo é mostrar que a exploração de metáforas visuais juntamente com a distorção de modelos visualização, até ao ponto em que se introduzem inexatidões na representação, pode ser usada de forma a conectar emotivamente a visualização com uma audiência, mas mantendo-se fiel aos dados. A visualização do Declínio dos Impérios usa um sistema de corpos moles que colidem entre si de forma a mostrar o crescimento e a desintegração de quatro impérios, que variam em tamanho ao longo do tempo. O sistema foi desenhado de forma a mostrar metáforas de desintegração, competição, efemeridade e fragilidade. Estas visualizações tiveram uma adoção alargada e mostraram um envolvimento por parte do público. O sistema mostra as áreas dos impérios com um erro que é negligenciável. O trabalho sobre o tráfego em cidades contribui com um modelo novo que implementa cartogramas baseados em arestas. Estes cartogramas são usados para mostrar estados de tráfego, usando para isso uma rede de molas interconectadas, e recorrendo a uma metáfora de distância-tempo. As arestas representam a rede de estradas de Lisboa e Londres, expandindo quando as velocidades são baixas, e comprimindo quando as velocidades são altas. O modelo foi testado para várias parametrizações de forma a obter os resultados com os melhores erros. Mais duas visualizações foram desenvolvidas e aplicadas sobre o mapa deformado das cidades: a visualização de trajetórias que mostra rastos de veículos coloridos de acordo com as suas velocidades, e uma visualização figurativa que transforma a cidade num organismo vivo feito de artérias pulsantes. O Ecossistema Político-Empresarial: mostra as relações entre políticos e empresas portuguesas de forma interativa e adotando um tom satírico. Os políticos são organismos vivos que saltam freneticamente entre empresas. Os dados foram coletados e tornados públicos. Os utilizadores podem explorar empresas, apanhar políticos, e construir os seus próprios discursos sobre os dados. A visualização chegou a uma audiência alargada que se mostrou envolvida pelas pistas metafóricas que foram inseridas. Finalmente, estes trabalhos contribuem para uma reflexão geral sobre o uso de metáforas semânticas e figurativas: o designer deve tornar claro o que é que reflete as suas próprias interpretações; aspetos não relacionados com os dados devem ser adaptados especificamente para uma mensagem autoral, e por isso não são geralmente generalizáveis; a abordagem não é posterior ao processo de design, mas deve ser incorporado nele desde o início; as representações figurativas devem ser subtis e não devem ofuscar os dados.FCT - SFRH/BD/77133/201