Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

No description available.

Yes / Population Health Management (PHM) relies on the analysis of data from several sources to account for the complex interaction of factors that contribute to the health and well-being of a population, while considering biases and inequalities across sub-populations. Visualisation is emerging as an essential tool for insight generation from data shared and linked across services including healthcare, education, housing, policing, etc. However, visualisation design is challenged by poor data connectivity and quality, high dimensionality and complexity of real-world routinely collected data, in addition to the heterogeneity of users’ backgrounds and tasks. The Creative Visualisation Opportunities (CVO) framework provides a structured approach for working with diverse communities of visualisation stakeholders and defines a set of participatory activities for the effective elicitation of requirements and visualisation design alternatives. We conducted three workshops, applying variations of the CVO framework, with over one hundred participants from the PHM domain, including clinicians, researchers, government and private sector representatives, and local communities. In this paper, we present the results of preliminary analysis of these activities and report on the perceived impact of visualisation in this domain from a stakeholders’ perspective. We report real-world successes and limitations of applying the framework in different formats (through online and in-person workshops), and reflect on lessons learned for task analysis and visualisation design in the PHM domain.

En biologie structurale, l’étude théorique de structures moléculaires comporte quatre activités principales organisées selon le processus séquentiel suivant : la collecte de données expérimentales/théoriques, la visualisation des structures 3d, la simulation moléculaire, l’analyse et l’interprétation des résultats. Cet enchaînement permet à l’expert d’élaborer de nouvelles hypothèses, de les vérifier de manière expérimentale et de produire de nouvelles données comme point de départ d’un nouveau processus.L’explosion de la quantité de données à manipuler au sein de cette boucle pose désormais deux problèmes. Premièrement, les ressources et le temps relatifs aux tâches de transfert et de conversion de données entre chacune de ces activités augmentent considérablement. Deuxièmement, la complexité des données moléculaires générées par les nouvelles méthodologies expérimentales accroît fortement la difficulté pour correctement percevoir, visualiser et analyser ces données.Les environnements immersifs sont souvent proposés pour aborder le problème de la quantité et de la complexité croissante des phénomènes modélisés, en particulier durant l’activité de visualisation. En effet, la Réalité Virtuelle offre entre autre une perception stéréoscopique de haute qualité utile à une meilleure compréhension de données moléculaires intrinsèquement tridimensionnelles. Elle permet également d’afficher une quantité d’information importante grâce aux grandes surfaces d’affichage, mais aussi de compléter la sensation d’immersion par d’autres canaux sensorimoteurs.Cependant, deux facteurs majeurs freinent l’usage de la Réalité Virtuelle dans le domaine de la biologie structurale. D’une part, même s’il existe une littérature fournie sur la navigation dans les scènes virtuelles réalistes et écologiques, celle-ci est très peu étudiée sur la navigation sur des données scientifiques abstraites. La compréhension de phénomènes 3d complexes est pourtant particulièrement conditionnée par la capacité du sujet à se repérer dans l’espace. Le premier objectif de ce travail de doctorat a donc été de proposer des paradigmes navigation 3d adaptés aux structures moléculaires complexes. D’autre part, le contexte interactif des environnements immersif favorise l’interaction directe avec les objets d’intérêt. Or les activités de collecte et d’analyse des résultats supposent un contexte de travail en "ligne de commande" ou basé sur des scripts spécifiques aux outils d’analyse. Il en résulte que l’usage de la Réalité Virtuelle se limite souvent à l’activité d’exploration et de visualisation des structures moléculaires. C’est pourquoi le second objectif de thèse est de rapprocher ces différentes activités, jusqu’alors réalisées dans des contextes interactifs et applicatifs indépendants, au sein d’un contexte interactif homogène et unique. Outre le fait de minimiser le temps passé dans la gestion des données entre les différents contextes de travail, il s’agit également de présenter de manière conjointe et simultanée les structures moléculaires et leurs analyses et de permettre leur manipulation par des interactions directes.Notre contribution répond à ces objectifs en s’appuyant sur une approche guidée à la fois par le contenu et la tâche. Des paradigmes de navigation ont été conçus en tenant compte du contenu moléculaire, en particulier des propriétés géométriques, et des tâches de l’expert, afin de faciliter le repérage spatial et de rendre plus performante l’activité d’exploration. Par ailleurs, formaliser la nature des données moléculaires, leurs analyses et leurs représentations visuelles, permettent notamment de proposer à la demande et interactivement des analyses adaptées à la nature des données et de créer des liens entre les composants moléculaires et les analyses associées. Ces fonctionnalités passent par la construction d’une représentation sémantique unifiée et performante rendant possible l’intégration de ces activités dans un contexte interactif unique. / In structural biology, the theoretical study of molecular structures has four main activities organized in the following scenario: collection of experimental and theoretical data, visualization of 3D structures, molecular simulation, analysis and interpretation of results. This pipeline allows the expert to develop new hypotheses, to verify them experimentally and to produce new data as a starting point for a new scenario.The explosion in the amount of data to handle in this loop has two problems. Firstly, the resources and time dedicated to the tasks of transfer and conversion of data between each of these four activities increases significantly. Secondly, the complexity of molecular data generated by new experimental methodologies greatly increases the difficulty to properly collect, visualize and analyze the data.Immersive environments are often proposed to address the quantity and the increasing complexity of the modeled phenomena, especially during the viewing activity. Indeed, virtual reality offers a high quality stereoscopic perception, useful for a better understanding of inherently three-dimensional molecular data. It also displays a large amount of information thanks to the large display surfaces, but also to complete the immersive feeling with other sensorimotor channels (3D audio, haptic feedbacks,...).However, two major factors hindering the use of virtual reality in the field of structural biology. On one hand, although there are literature on navigation and environmental realistic virtual scenes, navigating abstract science is still very little studied. The understanding of complex 3D phenomena is however particularly conditioned by the subject’s ability to identify themselves in a complex 3D phenomenon. The first objective of this thesis work is then to propose 3D navigation paradigms adapted to the molecular structures of increasing complexity. On the other hand, the interactive context of immersive environments encourages direct interaction with the objects of interest. But the activities of: results collection, simulation and analysis, assume a working environment based on command-line inputs or through specific scripts associated to the tools. Usually, the use of virtual reality is therefore restricted to molecular structures exploration and visualization. The second thesis objective is then to bring all these activities, previously carried out in independent and interactive application contexts, within a homogeneous and unique interactive context. In addition to minimizing the time spent in data management between different work contexts, the aim is also to present, in a joint and simultaneous way, molecular structures and analyses, and allow their manipulation through direct interaction.Our contribution meets these objectives by building on an approach guided by both the content and the task. More precisely, navigation paradigms have been designed taking into account the molecular content, especially geometric properties, and tasks of the expert, to facilitate spatial referencing in molecular complexes and make the exploration of these structures more efficient. In addition, formalizing the nature of molecular data, their analysis and their visual representations, allows to interactively propose analyzes adapted to the nature of the data and create links between the molecular components and associated analyzes. These features go through the construction of a unified and powerful semantic representation making possible the integration of these activities in a unique interactive context.

An increasing use of smartphones and other mobile devices puts pressure on user interfaces to work as well on small touch-screens as on desktop computers, and information visualisation interfaces are no exception. Even though there has been a demand for research on mobile information visualisation for many years, relatively little has been accomplished in this area, and the research that has been conducted is often narrow and oriented toward to a certain design. Therefore, this paper aims to give more general recommendations regarding the design of information visualisation interfaces for mobile devices. A qualitative user study was conducted to find weaknesses and strengths in existing information visualisation interfaces when interacted with on a smartphone. For this study, five prototypes were made by which different visualisations and interaction methods were tested by the participants of the study. The participants were given tasks based on the Visual Information Seeking Mantra, which focuses on four types of interaction with information visualisations (overview, zoom, filter and details-on-demand). The results indicate that the interaction with a visualisation is more important than visualisation itself to achieve a useful and efficient information visualisation interface. Other aspects to consider is to have an adequate zoom function, to not have interactive objects that are too small and to avoid over-cluttering. The latter aspect can be solved by either taking advantage of gestures or using more layers in the interface. However, what visualisations and interaction methods that work best is heavily dependent on the data and purpose of the visualisation / En ökande användning av smartphones och andra mobila enheter sätter press på användargränssnitt att fungera lika bra på små pekskärmar som på stationära datorer, och gränssnitt för informationsvisualisering är inget undantag. Trots att det har funnits en efterfrågan på forskning om mobil informationsvisualisering under många år har relativt lite uppnåtts inom detta område, samt att den forskning som har utförts ofta är smal och inriktad mot en viss design. Därför är syftet för denna forskningsartikel att ge mer allmänna rekommendationer om utformningen av gränssnitt för informationsvisualisering på mobila enheter. En kvalitativ användarstudie genomfördes för att hitta svagheter och styrkor i befintliga gränssnitt vid interaktion med en smartphone. För denna studie gjordes fem prototyper genom vilka olika visualiseringar och interaktionsmetoder testades av deltagarna i studien. Deltagarna fick uppgifter baserade på et mantra kallat ”the Visual Information Seeking Mantra”, som fokuserar på fyra typer av interaktion med informationsvisualiseringar. Resultaten indikerar att interaktionen med en visualisering är viktigare än själva visualiseringen för att uppnå ett användbart och effektivt informationsvisualiseringsgränssnitt. Andra aspekter att tänka på är att ha en effektiv zoomfunktion, att inte ha interaktiva objekt som är för små och att undvika att ha för många objekt på ett litet område. Den senare aspekten kan lösas genom att antingen dra fördel av gester eller använda fler lager i gränssnittet. Vilka visualiseringar och interaktionsmetoder som fungerar bäst är dock starkt beroende av data och syftet med visualiseringen.

La compréhension de la structure d’un logiciel est une première étape importante dans la résolution de tâches d’analyse et de maintenance sur celui-ci. En plus des liens définis par la hiérarchie, il existe un autre type de liens entre les éléments du logiciel que nous appelons liens d’adjacence. Une compréhension complète d’un logiciel doit donc tenir compte de tous ces types de liens. Les outils de visualisation sont en général efficaces pour aider un développeur dans sa compréhension d’un logiciel en lui présentant l’information sous forme claire et concise. Cependant, la visualisation simultanée des liens hiérarchiques et d’adjacence peut donner lieu à beaucoup d’encombrement visuel, rendant ainsi ces visualisations peu efficaces pour fournir de l’information utile sur ces liens. Nous proposons dans ce mémoire un outil de visualisation 3D qui permet de représenter à la fois la structure hiérarchique d’un logiciel et les liens d’adjacence existant entre ses éléments. Notre outil utilise trois types de placements différents pour représenter la hiérarchie. Chacun peut supporter l’affichage des liens d’adjacence de manière efficace. Pour représenter les liens d’adjacence, nous proposons une version 3D de la méthode des Hierarchical Edge Bundles. Nous utilisons également un algorithme métaheuristique pour améliorer le placement afin de réduire davantage l’encombrement visuel dans les liens d’adjacence. D’autre part, notre outil offre un ensemble de possibilités d’interaction permettant à un usager de naviguer à travers l’information offerte par notre visualisation. Nos contributions ont été évaluées avec succès sur des systèmes logiciels de grande taille. / Understanding the structure of software is an important first step in solving tasks of analysis and maintenance on it. However, in addition to the links defined by the hierarchy, there exists another type of links between elements of software that are called adjacency links. A complete understanding of software must take account of all these types of links. Visualization tools are generally effective in helping a developer in his understanding of software by presenting the information in a clear and concise manner. However, viewing these two types of links generate in general a lot of visual clutter, making these visualizations inefficient to provide useful information on these links. We propose in this M.Sc. thesis a 3D visualization tool that can represent both the hierarchical structure of an application and the adjacency relationships between its elements. Our tool uses three different types of layout to represent the hierarchy. Each layout can support efficiently the display of adjacency links. To represent adjacency links, we propose a 3D version of the Hierarchical Edge Bundles algorithm. We also use a metaheuristic algorithm to improve our layouts to further reduce visual clutter in the adjacency links. Moreover, our tool provides a set of interaction possibilities that allows a user to navigate through the information provided by our visualization. Our contributions have been evaluated successfully on large software systems.

La compréhension de la structure d’un logiciel est une première étape importante dans la résolution de tâches d’analyse et de maintenance sur celui-ci. En plus des liens définis par la hiérarchie, il existe un autre type de liens entre les éléments du logiciel que nous appelons liens d’adjacence. Une compréhension complète d’un logiciel doit donc tenir compte de tous ces types de liens. Les outils de visualisation sont en général efficaces pour aider un développeur dans sa compréhension d’un logiciel en lui présentant l’information sous forme claire et concise. Cependant, la visualisation simultanée des liens hiérarchiques et d’adjacence peut donner lieu à beaucoup d’encombrement visuel, rendant ainsi ces visualisations peu efficaces pour fournir de l’information utile sur ces liens. Nous proposons dans ce mémoire un outil de visualisation 3D qui permet de représenter à la fois la structure hiérarchique d’un logiciel et les liens d’adjacence existant entre ses éléments. Notre outil utilise trois types de placements différents pour représenter la hiérarchie. Chacun peut supporter l’affichage des liens d’adjacence de manière efficace. Pour représenter les liens d’adjacence, nous proposons une version 3D de la méthode des Hierarchical Edge Bundles. Nous utilisons également un algorithme métaheuristique pour améliorer le placement afin de réduire davantage l’encombrement visuel dans les liens d’adjacence. D’autre part, notre outil offre un ensemble de possibilités d’interaction permettant à un usager de naviguer à travers l’information offerte par notre visualisation. Nos contributions ont été évaluées avec succès sur des systèmes logiciels de grande taille. / Understanding the structure of software is an important first step in solving tasks of analysis and maintenance on it. However, in addition to the links defined by the hierarchy, there exists another type of links between elements of software that are called adjacency links. A complete understanding of software must take account of all these types of links. Visualization tools are generally effective in helping a developer in his understanding of software by presenting the information in a clear and concise manner. However, viewing these two types of links generate in general a lot of visual clutter, making these visualizations inefficient to provide useful information on these links. We propose in this M.Sc. thesis a 3D visualization tool that can represent both the hierarchical structure of an application and the adjacency relationships between its elements. Our tool uses three different types of layout to represent the hierarchy. Each layout can support efficiently the display of adjacency links. To represent adjacency links, we propose a 3D version of the Hierarchical Edge Bundles algorithm. We also use a metaheuristic algorithm to improve our layouts to further reduce visual clutter in the adjacency links. Moreover, our tool provides a set of interaction possibilities that allows a user to navigate through the information provided by our visualization. Our contributions have been evaluated successfully on large software systems.

Évaluer en continu la qualité d'un logiciel doit être une activité importante permettant de diagnostiquer et d'éviter des problèmes. Une caractéristique commune dans une bonne conception est la distribution correcte de responsabilités entre les composants. La cohésion et le couplage sont des caractéristiques d'un logiciel servant d'indicateurs de cette distribution. Ces propriétés peuvent être mesurées et ainsi avoir une idée de la qualité du logiciel. Pour mesurer la cohésion et le couplage, différentes métriques ont été proposées. Plusieurs outils ont été développés également pour donner au programmeur la possibilité de mesurer le code. Généralement, ces outils présentent les résultats des métriques avec des chiffres qui ne sont, pas suffisamment intuitifs ou faciles à interpréter par un programmeur. Une façon efficace de présenter les métriques appliquées sur un logiciel est d'utiliser des techniques de visualisation. Celle-ci sert à présenter plusieurs informations en peu d'espace, ainsi un développeur peut examiner des données d'une manière pratique et, flexible. Ce mémoire propose une manière de visualiser la cohésion et le couplage. À cet effet, nous avons développé un outil qui utilise des graphiques pour représenter les relations entre les éléments à l'intérieur d'une classe et les relations entre les classes. L'approche présentée dans ce mémoire a été appliquée à des systèmes logiciels orientés objet, codés en Java et de taille moyenne. Les résultats obtenus démontrent l'utilité de visualiser l'information, plutôt que de la présenter uniquement sur des tableaux.

De nos jours, les logiciels sont de plus en plus complexes. La complexité des logiciels augmente avec leur taille et de ce fait, parfois la bonne structure originale est perdue. En conséquence, la vérification continue de la qualité du développement de ces logiciels est devenue indispensable. Elle nécessite un contrôle continu de la qualité du code tout au long du processus de développement. Plusieurs métriques ont été proposées afin de quantifier cette qualité, dans beaucoup de cas, ces métriques interviennent une fois le logiciel fini, or le contrôle de qualité serait plus efficace s'il intervenait tout au long de la phase de codage. Les métriques logicielles renseignent sur la qualité du code. Elles sont généralement présentées sous forme de tableau de données et sont donc difficilement exploitables. L'objectif général en développement de logiciels est de maintenir un produit de bonne qualité, qui soit extensible, d'une maintenance facile et réutilisable. Un grand problème en logiciel est constitué par les dépendances entre classes et paquets: c'est le couplage. On parlera d'architecture à couplage faible, lorsqu'elle est flexible, les changements sont simples et leurs coûts ne sont pas très élevés. Par contre, l'architecture devient rigide lorsque le ``couplage fort'' rend l'ajout de nouvelles fonctionnalités et la maintenance d'un logiciel très difficile. Les coûts de cette maintenance deviennent donc très élevés. Un autre problème connu est le manque de cohésion d'une classe, une classe est dite de bonne cohésion, si tous ses attributs sont utilisés par toutes ses méthodes. Dans le cas contraire, les méthodes et attributs ne communiquent pas suffisamment pour se retrouver dans une seule classe, et devrait être subdivisés en plusieurs classes. L'objectif de notre projet est de visualiser des indicateurs capables de distinguer une architecture flexible d'une architecture rigide. Pour mener à bien notre projet, une étude des différentes métriques déjà proposées est nécessaire, en considérant les métriques ayant un impact sur l'architecture, telle que les métriques de couplage entre classes et paquets. Pour ensuite proposer une visualisation, afin de faciliter l'interprétation des résultats obtenus par les métriques facilitant ainsi le travail du développeur. Au final, cette visualisation devrait permettre d'identifier les problèmes d'architecture. Ces zones critiques seront donc affichées à l'écran. Ainsi cette visualisation permettra de mieux guider le développeur dans sa maintenance.

Switching between windows on a computer is a frequent activity, but finding and switching to the target window can be inefficient. This thesis aims to better understand and support window switching. It explores two issues: (1) the lack of knowledge of how people currently interact with and switch between windows and (2) how window switching can be supported better. Having a good understanding of how users interact with windows is important for informing the design of new and improved window management tools. However, there have been relatively few empirical studies of window manipulation on commonly used operating systems, and those that do exist may no longer reflect current use. To address this lack of knowledge a three week log-based longitudinal study of window use by 25 participants was conducted using the custom-made tool PyLogger, which recorded actual window switching behaviour. However, the analysis of longitudinal log data, such as the data gathered by PyLogger, is problematic as it is difficult to extract meaningful characterisations. Therefore, this thesis also presents a visualisation tool called Window Watcher that assists understanding and interpreting the low level event logs of window use generated by PyLogger. Window Watcher’s design objectives are described, and examples demonstrate the ways that it summarises and elucidates window use. The results of the PyLogger study provide an empirical characterisation of interaction with windows, and results include the following: (1) the participants had fewer windows open and visible than in previous studies; (2) window switching is a frequent activity; (3) several findings related to specific window switching tools, including that acquiring a particular window by navigating through application-grouped items on the Taskbar is slow, and that Alt+Tab is seldom used for retrieving anything other than the most recently used window; (4) an updated classification of stereotypical window management styles (pilers, maximisers, near maximisers, and splatterers); and (5) there are strong window and application revisitation patterns. Finally, implications of the results of the log study for the design of window switching tools are discussed. The findings from the PyLogger study led to the development of a new window switcher called SCOTZ (for Spatially Consistent Thumbnail Zones). SCOTZ is a window switching interface which shows all windows grouped by application and allocates more space to the most frequently revisited applications. The two design objectives of SCOTZ are (1) to provide a spatially stable layout of applications and windows, and (2) to support revisitation to recently and frequently used windows. Additional design objectives are to support various display sizes, to support both keyboard and mouse input, to provide possibilities for application launching and to provide options for end-user customisation. The design and features of SCOTZ are described, followed by theoretical and empirical validation of its underlying design principles. Findings include that (1) spatially stable layouts allow for faster acquisition of targets than recency and random layouts, (2) the instability inevitably caused by size morphing does not severely impact user performance, (3) size morphing leads to an overall performance advantage because of the Fitts’ Law targetting time advantage of increased target size, and (4) size morphing facilitates finding items because of guided search. Also, findings from an empirical study demonstrate that SCOTZ yields performance and preference benefits over existing window switching tools. Finally, as SCOTZ employs a treemap algorithm to generate the layout of the application zones the suitability of various treemap algorithms for the purpose of SCOTZ is explored, particularly in terms of spatial stability. In previous work, many different treemap algorithms have been proposed, often with the aim being to optimise performance across several criteria, including spatial stability. However, none of the existing treemaps are stable when data updates, and when items are added/deleted, and when many changes have taken place (i.e., the cumulative effect of data changes). Therefore, this thesis introduces the novel ‘Hilbert’ and ‘Moore’ treemap algorithms, which are designed to achieve high spatial stability. Their performance is theoretically assessed in comparison to other treemaps by using various metrics, including a novel ‘location drift’ metric to better capture spatial stability than the commonly used ‘distance change’ metric. The theoretical evaluation demonstrates that Hilbert and Moore treemaps perform well across all stability metrics. An empirical study examines the validity and usefulness of the location drift metric, showing that location drift can explain some effects on user performance that distance change alone can not.