Research pages of Connie Blok

Connie A. Blok

Inleiding

Wij leven in een dynamische wereld. Er treden voortdurend veranderingen op in bijna alle verschijnselen die zich aan of op het aardoppervlak bevinden. Het bestuderen van deze dynamiek om daarin ruimtelijk-temporele patronen, relaties en trends te ontdekken is een belangrijke stap naar de oplossing van veel globale, regionale en lokale problemen (voorbeelden zijn de opwarming van de aarde, verwoestijning, vervuiling, gebrek aan voedselzekerheid). Gegevens waaruit de dynamiek afgeleid kan worden zijn tegenwoor-dig ruim voorhanden, zo ruim dat ze zelfs nog niet volledig benut kunnen worden. Dit geldt met name voor satellietgegevens, die meestal worden geanalyseerd met behulp van rekenkundige methoden. Het menselijk vermogen om snel vormen, patronen, relaties, trends en beweging te zien is echter bijzonder krachtig. Als kwalitatieve, visuele metho-den en technieken kunnen worden geïntegreerd met rekenkundige methoden, bij voor-keur binnen eenzelfde werkomgeving, ontstaat een rijke verscheidenheid aan mogelijkhe-den om gegevens te exploreren en te analyseren.

Probleemstelling

Het onderzoek had betrekking op het gebruik van animaties ter ondersteuning van het monitoren van ruimtelijke verschijnselen. Specialisten die zich met ‘monitoring’ bezig-houden willen de dynamiek van bepaalde fenomenen kunnen volgen. Animaties zijn van nature dynamisch, gebruikers kunnen daarmee gemakkelijk ruimtelijke veranderingen, zelfs kleine, waarnemen. Maar animaties hebben ook beperkingen; ze kunnen de kijker overweldigen met een snelle, vluchtige opeenvolging van veranderingen. Is het mogelijk om kennis te vergaren en relevante informatie op te doen met een animatie? Onderzoek in de geowetenschappen levert gemengde resultaten op; er is bovendien weinig bekend over het gebruik van animaties in de praktijk. Slocum et al. (2000) geven aan dat meer onderzoek nodig is, met name naar animatieontwerp en -gebruik. Mijn onderzoek was op beide aspecten gericht, maar het beperkte zich qua ontwerp tot variabelen van de dimen-sie tijd (dynamische visualisatievariabelen) van een animatie: weergavemoment, volgorde, duur en frequentie. Een van de belangrijkste doelstellingen was om methoden en tech-nieken te ontwikkelen om de variabelen zodanig in het animatieontwerp te gebruiken dat er informatie uit te halen is die voor ‘monitoring’ relevant is. Een tweede belangrijke doelstelling was inzicht te verkrijgen in de strategieën en denkwijzen van specialisten in ‘monitoring’ tijdens het gebruik van deze variabelen in een geanimeerde, exploratieve werkomgeving. Hiermee hoopte ik inzicht te verkrijgen in methoden en technieken die animaties effectief kunnen maken. Bovendien werd verwacht dat deze aanpak zou leiden tot aanbevelingen voor het ontwerp van animaties en tot een theoretisch kader voor de toepassing van de dynamische visualisatievariabelen.

Onderzoeksmethode

Het onderzoek bestond uit vier fasen. De eerste drie fasen worden hieronder kort be-schreven. De laatste fase, het formuleren van de resultaten, wordt in de paragraaf ‘Be-langrijkste resultaten’ behandeld.

Analyse van taken van gebruikers. Het algemene doel, meer specifieke doelstellingen en vra-gen van geowetenschappers die monitoren zijn ontleend aan literatuurstudie en inter-views met vakspecialisten. Als voorbeeld is uitgegaan van satellietgegevens met een veel gebruikte vegetatie-index (NDVI-gegevens). Tijdens deze fase is ook vastgesteld welke aspecten van ruimtelijk-temporele veranderingen belangrijk zijn voor het monitoren.

Het creëren van een werkomgeving waarbinnen antwoorden op monitoringvragen kunnen worden gezocht met behulp van visuele exploratie van animaties. Problemen die gepaard kunnen gaan met het vertrouwen op visuele indrukken van veranderingen (verkregen uit dynamische beelden) zijn onderzocht. Gevaren zoals ‘blindheid’ voor verandering en het niet zien van veran-deringen omdat de aandacht zich moeilijk op verschillende wijzigingen tegelijk kan rich-ten, zijn beschreven. De conclusie was dat er, ondanks beperkingen in het menselijk ver-mogen om verandering te zien, opties zijn om de problemen tenminste gedeeltelijk te voorkomen, met name als de gebruiker over interactiegereedschappen kan beschikken. Om de eerder vastgestelde belangrijke aspecten van verandering voor het monitoren in een animatie te kunnen zien, is onderzocht welke karakteristieken van verandering in algemene zin visueel waarneembaar zijn. Dit heeft geleid tot een raamwerk van concepten, in algemene termen beschreven. Op basis daarvan is aangenomen dat het zien van verandering in een animatie kennis kan oproepen die relevant is bij het beant-woorden van monitoringvragen. De belangrijkste cognitieve taken die worden gebruikt bij visuele exploratie van patronen op kaarten (identificatie en vergelijking) zijn vastge-steld. Daarna zijn de dynamische visualisatievariabelen diepgaand onderzocht. De vier (al genoemde) variabelen en hun onderlinge relaties zijn eerst beschreven. Vervolgens richt-te het onderzoek zich op het gebruik van deze variabelen om ruimtelijke gegevens weer te geven en om de animatie er door interactie mee te controleren. Verondersteld werd dat dynamische visualisatievariabelen bepaalde effecten oproepen. Als je weet welke effecten een gebruiker wenst – en bij voorkeur ook voor welke vraag of taak – dan is het misschien mogelijk om gereedschappen te maken of methoden te ontwikkelen die deze effecten genereren. De ideeën over toepassing van de dynamische visualisatievariabelen zijn verwerkt in een prototype animatieomgeving (aNimVis). Daarvoor zijn voorbewerkte NDVI -beelden gebruikt (SPOT 4 VEGETATION) van een deel van Iran.

Empirische toetsing. De eerste versie van het prototype is geëvalueerd in een sessie met vak-specialisten (een ‘focus groep’). Op basis daarvan zijn enkele aanpassingen gedaan. Daar-na volgde een gedetailleerde evaluatie van het gebruik van het aangepaste prototype met potentiële gebruikers. Evaluatiegegevens zijn verzameld tijdens individuele sessies waarin de deelnemers hardop dachten terwijl ze kennis maakten met het prototype en tijdens het uitvoeren van een taak. Uit de geïntegreerde video-opnamen die van elke sessie werden gemaakt, zijn verbale- en actieprotocollen verkregen. Daarnaast werden nog gegevens verzameld via interviews en een enquête, die onmiddellijk na de test plaats vonden De belangrijkste resultaten worden hieronder samengevat.

Belangrijkste resultaten

Het ‘probleemoplossend gedrag’ van potentiële gebruikers die enkele typische monito-ringvragen trachtten te beantwoorden, werd op verschillende manieren geanalyseerd. Uit analyse van de probleemoplossende fasen bleek dat ‘selectie van tijd’ het vaakst werd gebruikt, gevolgd door ‘identificatie en vergelijking’, dan ‘vergelijking’. De deelnemers waren in staat om relevante informatie uit de animatie te halen. Er konden drie gebruiks-strategieën van animaties worden onderscheiden. Sommigen beperken de hoeveelheid gegevens om zich te kunnen richten op gedeeltes die relevant zijn voor verdere explora-tie. Anderen laten de animatie bijna voortdurend lopen; ze nemen de tijd om patronen te ontdekken zonder veel verdere interactie, want dat leidt vaak af. Daar tussenin bevinden zich gebruikers die de animatie spelen, of spelen en er doorheen stappen, maar die ook frequent gebruik maken van diverse interactiemogelijkheden met de animatie. ‘Gebruiks-paden’ of ‘-trajecten’ laten overeenkomsten en verschillen in het gebruik van interactie-mogelijkheden tussen deelnemers zien. Analyse van de interacties wijst uit dat alle deel-nemers gebruik maken van basisfuncties, zoals de controlemechanismen die mediaspelers ook bieden (spelen, stoppen, voor- en achteruit) en interacties met de topografische on-dergrond. Hetzelfde geldt voor temporele selectiemogelijkheden (zie ook de probleem-oplossende fasen) en voor ‘tuning’, de optie om twee animaties tegelijk te bekijken. Voor ‘tuning’ is dat opmerkelijk, want het zien van twee gelijktijdig zichtbare animaties is in perceptueel en conceptueel opzicht moeilijk. Feitelijk gebruik van de mogelijkheden werd vergeleken met een model dat het gebruik voorspelt op basis van de effecten die de dynamische visualisatievariabelen genereren. Er is onderscheid gemaakt tussen impliciete effecten (die automatisch optreden als een animatie wordt gespeeld) en speciale effecten (die bewust worden veroorzaakt door interactie). De impliciete effecten ‘dynamisch gedrag’ en ‘mate van verandering’ kwamen veelvuldig voor: de meerderheid speelt de animatie (minstens eenmaal per vraag in de gegeven taak). Analyse van het gebruik van speciale effecten maakte duidelijk dat ‘visuele isolatie’ en ‘opnieuw zien’ de belangrijkste effecten zijn die gebruikers willen genereren. Dit kan worden verklaard door het overweldigende karakter van een animatie. Als vergelijkingen in de tijd moeten worden gemaakt, dan is ‘synchronisatie’ van twee animaties (in ‘tuning’) ook zeer belangrijk. Een van de eerder voorgestelde theoretische effecten, ‘wisseling’, kan van de lijst met speciale effecten worden afgevoerd. Tenslotte leverde de terugkoppeling via de evaluatiesessies nog gegevens op: problemen met het prototype, goede en slechte aspecten eraan, algemene (hoge) gebruikswaardering en wenselijk geachte verbeteringen en uitbreidingen. De meest voorkomende wens was om de functionaliteit van ‘tuning’ uit te breiden. Alle deelnemers zouden aNimVis als complementaire visuele werkomgeving willen gebruiken als het geïntegreerd zou worden met een GIS- of een beeldbewerkingprogramma.

Er is een start gemaakt met de opstelling van een theoretisch kader voor toepassing
van de dynamische visualisatievariabelen. Uitgaan van de effecten die gebruikers willen genereren lijkt een vruchtbaardere benadering dan kijken naar meetniveau’s van de gegevens. Deze laatste benadering, door Bertin geïntroduceerd voor de grafische variabelen, kan niet automatisch worden overgenomen voor de dynamische visualisatie-variabelen. In mijn onderzoek heb ik geprobeerd om gewenste effecten te verbinden aan (monitoring-)taken. Sommige verbindingen zijn tot stand gebracht, maar meer onder-zoek is nodig om verdere relaties uit te bouwen. Gezien de verschillende strategieën die tijdens dit onderzoek zijn gehanteerd, lijkt het erop dat gebruikers die visueel een deel van de complexe inhoud van de representatie willen isoleren het meest geholpen zijn met aanvullende interactiemogelijkheden, die verder gaan dan de mogelijkheden die in dit onderzoek zijn gebruikt. Interactiemogelijkheden die de complexe inhoud kunnen redu-ceren zijn in elk geval wenselijk om problemen zoals ‘blindheid’ voor verandering te voorkomen. Dergelijke interactiemogelijkheden maken effectief gebruik van animaties mogelijk. Aanbevelingen voor het ontwerp van animaties kunnen ook worden ontleend aan de terugkoppeling van gebruikers van het prototype. De aanwijzingen voor ‘tuning’ in het bijzonder zijn duidelijk.