Visualización o visualización (ver diferencias ortográficas ) es cualquier técnica de creación de imágenes , diagramas o animaciones para comunicar un mensaje. La visualización a través de imágenes visuales ha sido una forma eficaz de comunicar ideas tanto abstractas como concretas desde los albores de la humanidad. de la historia se incluyen pinturas rupestres , jeroglíficos egipcios , geometría griega y los revolucionarios métodos de dibujo técnico de Leonardo da Vinci con fines científicos y de ingeniería.
Hoy en día, la visualización tiene aplicaciones en constante expansión en ciencia, educación, ingeniería (por ejemplo, visualización de productos), multimedia interactiva , medicina , etc. Una aplicación típica de visualización es el campo de los gráficos por computadora . La invención de los gráficos por computadora (y los gráficos por computadora en 3D ) puede ser el desarrollo más importante en visualización desde la invención de la perspectiva central en el período del Renacimiento . El desarrollo de la animación también ayudó a avanzar en la visualización.
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El uso de la visualización para presentar información no es un fenómeno nuevo. Se ha utilizado en mapas, dibujos científicos y gráficos de datos durante más de mil años. Ejemplos de cartografía incluyen la Geographia de Ptolomeo (siglo II d. C.), un mapa de China (1137 d. C.) y el mapa de Minard (1861) de la invasión de Rusia por Napoleón hace un siglo y medio. La mayoría de los conceptos aprendidos al diseñar estas imágenes se trasladan de manera sencilla a la visualización por computadora. Edward Tufte ha escrito tres libros aclamados por la crítica que explican muchos de estos principios. [1] [2] [3]
Los gráficos por computadora se han utilizado desde sus inicios para estudiar problemas científicos. Sin embargo, en sus inicios la falta de potencia gráfica a menudo limitaba su utilidad. El reciente énfasis en la visualización comenzó en 1987 con la publicación de Visualization in Scientific Computing, un número especial de Computer Graphics. [4] Desde entonces, ha habido varias conferencias y talleres, copatrocinados por IEEE Computer Society y ACM SIGGRAPH , dedicados al tema general y áreas especiales en el campo, por ejemplo, visualización de volúmenes.
La mayoría de la gente está familiarizada con las animaciones digitales producidas para presentar datos meteorológicos durante los informes meteorológicos en la televisión , aunque pocos pueden distinguir entre esos modelos de la realidad y las fotografías de satélite que también se muestran en dichos programas. La televisión también ofrece visualizaciones científicas cuando muestra reconstrucciones animadas y dibujadas por computadora de accidentes de tránsito o de avión. Algunos de los ejemplos más populares de visualizaciones científicas son imágenes generadas por computadora que muestran naves espaciales reales en acción, en el vacío mucho más allá de la Tierra o en otros planetas . [ cita necesaria ] Las formas dinámicas de visualización, como la animación educativa o las líneas de tiempo , tienen el potencial de mejorar el aprendizaje sobre sistemas que cambian con el tiempo.
Aparte de la distinción entre visualizaciones interactivas y animación, la categorización más útil es probablemente entre visualizaciones científicas abstractas y basadas en modelos. Las visualizaciones abstractas muestran construcciones completamente conceptuales en 2D o 3D. Estas formas generadas son completamente arbitrarias. Las visualizaciones basadas en modelos colocan superposiciones de datos sobre imágenes de la realidad reales o construidas digitalmente o crean una construcción digital de un objeto real directamente a partir de los datos científicos.
La visualización científica generalmente se realiza con software especializado , aunque existen algunas excepciones, que se detallan a continuación. Algunos de estos programas especializados se han lanzado como software de código abierto , teniendo muy a menudo su origen en las universidades, dentro de un entorno académico donde es común compartir herramientas de software y dar acceso al código fuente. También existen muchos paquetes de software propietarios de herramientas de visualización científica.
Los modelos y marcos para crear visualizaciones incluyen los modelos de flujo de datos popularizados por sistemas como AVS, IRIS Explorer y el kit de herramientas VTK , y modelos de estado de datos en sistemas de hojas de cálculo como la Hoja de cálculo para visualización y la Hoja de cálculo para imágenes.
Como materia de informática , la visualización científica es el uso de representaciones sensoriales interactivas, típicamente visuales, de datos abstractos para reforzar la cognición , la construcción de hipótesis y el razonamiento . La visualización científica es la transformación, selección o representación de datos provenientes de simulaciones o experimentos, con una estructura geométrica implícita o explícita, para permitir la exploración, análisis y comprensión de los datos. La visualización científica se centra y enfatiza la representación de datos de orden superior utilizando principalmente gráficos y técnicas de animación. [5] [6] Es una parte muy importante de la visualización y quizás la primera, ya que la visualización de experimentos y fenómenos es tan antigua como la ciencia misma. Las áreas tradicionales de la visualización científica son la visualización de flujo , la visualización médica , la visualización astrofísica y la visualización química . Existen varias técnicas diferentes para visualizar datos científicos, siendo las más comunes la reconstrucción de isosuperficies y la representación directa de volúmenes .
La visualización de datos es una subcategoría relacionada de visualización que se ocupa de gráficos estadísticos y datos geoespaciales (como en la cartografía temática ) que se resumen en forma esquemática. [7]
La visualización de información se concentra en el uso de herramientas informáticas para explorar grandes cantidades de datos abstractos. El término "visualización de información" fue acuñado originalmente por el Grupo de Investigación de Interfaz de Usuario de Xerox PARC e incluía a Jock Mackinlay. [ cita necesaria ] La aplicación práctica de la visualización de información en programas de computadora implica seleccionar, transformar y representar datos abstractos en una forma que facilite la interacción humana para la exploración y la comprensión. Los aspectos importantes de la visualización de información son la dinámica de la representación visual y la interactividad. Técnicas sólidas permiten al usuario modificar la visualización en tiempo real, brindando así una percepción incomparable de patrones y relaciones estructurales en los datos abstractos en cuestión.
La visualización educativa consiste en utilizar una simulación para crear una imagen de algo para poder enseñarlo. Esto es muy útil cuando se enseña sobre un tema que de otra manera es difícil ver, por ejemplo, la estructura atómica , porque los átomos son demasiado pequeños para estudiarlos fácilmente sin equipos científicos costosos y difíciles de usar.
El uso de representaciones visuales para transferir conocimientos entre al menos dos personas tiene como objetivo mejorar la transferencia de conocimientos mediante el uso complementario de métodos de visualización informáticos y no informáticos. [8] Por lo tanto, la visualización diseñada adecuadamente es una parte importante no solo del análisis de datos sino también del proceso de transferencia de conocimientos. [9] La transferencia de conocimientos puede mejorarse significativamente utilizando diseños híbridos, ya que mejora la densidad de la información, pero también puede disminuir la claridad. Por ejemplo, la visualización de un campo escalar 3D se puede implementar utilizando isosuperficies para la distribución del campo y texturas para el gradiente del campo. [10] Ejemplos de tales formatos visuales son bocetos , diagramas , imágenes , objetos, visualizaciones interactivas, aplicaciones de visualización de información y visualizaciones imaginarias como en las historias . Mientras que la visualización de información se concentra en el uso de herramientas informáticas para obtener nuevos conocimientos, la visualización del conocimiento se centra en la transferencia de conocimientos y la creación de nuevos conocimientos en grupos . Más allá de la mera transferencia de hechos , la visualización del conocimiento tiene como objetivo transferir aún más conocimientos , experiencias , actitudes , valores , expectativas , perspectivas , opiniones y predicciones mediante el uso de varias visualizaciones complementarias. Ver también: diccionario ilustrado , diccionario visual
La visualización de productos implica tecnología de software de visualización para la visualización y manipulación de modelos 3D, dibujos técnicos y otra documentación relacionada de componentes fabricados y grandes conjuntos de productos. Es una parte clave de la gestión del ciclo de vida del producto . El software de visualización de productos suele proporcionar altos niveles de fotorrealismo para que se pueda ver un producto antes de fabricarlo. Esto admite funciones que van desde el diseño y el estilo hasta las ventas y el marketing. La visualización técnica es un aspecto importante del desarrollo de productos. Originalmente, los dibujos técnicos se hacían a mano, pero con el auge de los gráficos por computadora avanzados, el tablero de dibujo ha sido reemplazado por el diseño asistido por computadora (CAD). Los dibujos y modelos CAD tienen varias ventajas sobre los dibujos hechos a mano, como la posibilidad de modelado 3D , creación rápida de prototipos y simulación . La visualización de productos en 3D promete experiencias más interactivas para los compradores en línea, pero también desafía a los minoristas a superar los obstáculos en la producción de contenido en 3D, ya que la producción de contenido en 3D a gran escala puede ser extremadamente costosa y consumir mucho tiempo. [11]
La comunicación visual es la comunicación de ideas a través de la visualización visual de información . Asociado principalmente a imágenes bidimensionales , incluye: alfanuméricos , arte , signos y recursos electrónicos . Investigaciones recientes en este campo se han centrado en el diseño web y la usabilidad orientada gráficamente .
El análisis visual se centra en la interacción humana con los sistemas de visualización como parte de un proceso más amplio de análisis de datos. La analítica visual se ha definido como "la ciencia del razonamiento analítico respaldado por una interfaz visual interactiva". [12]
Su atención se centra en el discurso (interacción) de información humana dentro de espacios de información masivos y que cambian dinámicamente. La investigación en análisis visual se concentra en el soporte de operaciones cognitivas y perceptivas que permiten a los usuarios detectar lo esperado y descubrir lo inesperado en espacios de información complejos.
Las tecnologías resultantes del análisis visual encuentran su aplicación en casi todos los campos, pero están siendo impulsadas por necesidades críticas (y financiación) en biología y seguridad nacional.
La visualización interactiva o visualización interactiva es una rama de la visualización gráfica en informática que implica estudiar cómo los humanos interactúan con las computadoras para crear ilustraciones gráficas de información y cómo este proceso puede hacerse más eficiente.
Para que una visualización se considere interactiva debe cumplir dos criterios:
Un tipo particular de visualización interactiva es la realidad virtual (VR), donde la representación visual de la información se presenta mediante un dispositivo de visualización inmersivo, como un proyector estéreo (ver estereoscopía ). La realidad virtual también se caracteriza por el uso de una metáfora espacial, donde algún aspecto de la información se representa en tres dimensiones para que los humanos puedan explorar la información como si estuviera presente (en lugar de ser remota), con el tamaño apropiado (en lugar de ser remota). en una escala mucho más pequeña o más grande de lo que los humanos pueden sentir directamente), o tenía forma (donde en cambio podría ser completamente abstracto).
Otro tipo de visualización interactiva es la visualización colaborativa, en la que varias personas interactúan con la misma visualización de computadora para comunicarse sus ideas entre sí o explorar información de manera cooperativa. Con frecuencia, la visualización colaborativa se utiliza cuando las personas están físicamente separadas. Utilizando varios ordenadores conectados en red, se puede presentar la misma visualización a cada persona simultáneamente. Luego, las personas hacen anotaciones en la visualización y se comunican mediante mensajes de audio (es decir, teléfono), vídeo (es decir, una videoconferencia) o texto (es decir, IRC ).
El Sistema de gráficos interactivos jerárquicos del programador ( PHIGS ) fue uno de los primeros esfuerzos programáticos en visualización interactiva y proporcionó una enumeración de los tipos de entrada que proporcionan los humanos. La gente puede:
Todas estas acciones requieren un dispositivo físico. Los dispositivos de entrada van desde los comunes ( teclados , ratones , tabletas gráficas , trackballs y paneles táctiles ) hasta los esotéricos ( guantes con cable , brazos articulados e incluso cintas de correr omnidireccionales) .
Estas acciones de entrada se pueden utilizar para controlar tanto la información única que se representa como la forma en que se presenta la información. Cuando se altera la información que se presenta, la visualización suele ser parte de un circuito de retroalimentación . Por ejemplo, considere el sistema de aviónica de un avión donde el piloto ingresa balanceo, cabeceo y guiñada y el sistema de visualización proporciona una representación de la nueva actitud del avión. Otro ejemplo sería el de un científico que cambia una simulación mientras se está ejecutando en respuesta a una visualización de su progreso actual. Esto se llama dirección computacional .
Con mayor frecuencia, se cambia la representación de la información que la información en sí.
Los experimentos han demostrado que la mayoría de las personas notan un retraso de más de 20 ms entre el momento en que se proporciona la entrada y la actualización de una representación visual [ cita requerida ] . Por lo tanto, es deseable que una visualización interactiva proporcione una representación basada en aportaciones humanas dentro de este marco de tiempo. Sin embargo, cuando se deben procesar grandes cantidades de datos para crear una visualización, esto se vuelve difícil o incluso imposible con la tecnología actual. Por lo tanto, el término "visualización interactiva" generalmente se aplica a sistemas que brindan retroalimentación a los usuarios dentro de varios segundos de la entrada. El término velocidad de fotogramas interactiva se utiliza a menudo para medir qué tan interactiva es una visualización. Los framerates miden la frecuencia con la que un sistema de visualización puede generar una imagen (un fotograma). Una velocidad de fotogramas de 50 fotogramas por segundo (fotogramas/s) se considera buena, mientras que 0,1 fotogramas/s se considera deficiente. Sin embargo, el uso de framerates para caracterizar la interactividad es ligeramente engañoso, ya que el framerate es una medida del ancho de banda, mientras que los humanos son más sensibles a la latencia . Específicamente, es posible lograr una buena velocidad de fotogramas de 50 fotogramas/s, pero si las imágenes generadas se refieren a cambios en la visualización que una persona realizó hace más de 1 segundo, no le resultará interactivo.
El rápido tiempo de respuesta requerido para la visualización interactiva es una limitación difícil de cumplir y se han explorado varios enfoques para proporcionar a las personas una retroalimentación visual rápida basada en sus aportaciones. Algunos incluyen
Se llevan a cabo muchas conferencias donde se presentan y publican artículos académicos sobre visualización interactiva.