Interactive visual exploration of large bipartite graphs using firework plots

Abstract

In dieser Arbeit präsentieren wir eine webbasierte interaktive Explorations-Schnittstelle für die breite Masse, die das Untersuchen von großen, gewichteten, bipartiten Graphen ermöglicht. Unsere Hauptmotivation ist die österreichische Medientransparenz-Datenbank, welche aufgrund eines Gesetzes von der österreichischen Bundesregierung erstellt wurde. Das Gesetz schreibt Rechtsträgern vor Werbe- und Subventionszahlungen an Medienunternehmen zu veröffentlichen. Es gibt bereits viele interaktive Explorationswerkzeuge, jedoch verwenden die meisten oft sehr komplexe Visualisierungen, die für Experten aus den entsprechenden Domänen gedacht sind. Da es jedoch auch viele Datensätze gibt, die für ein großes Publikum von Interesse sind, wie zum Beispiel die Medientransparenz-Datenbank, stellen wir ein Rahmenwerk zur Verfügung, welches nicht nur für Fachleute, sondern auch für Laien gedacht ist. Daher haben wir eine Web-Applikation entwickelt, die für die breite Masse zugänglich ist. Außerdem haben wir systematisch den State-of-the-Art von webbasierten Rendering-Technologien untersucht, welche uns die aktuellen Limitierungen dieser Technologien aufgezeigt haben. Darüber hinaus haben wir auch die Leistung von verschiedenen Bibliotheken analysiert, um die effizienteste Lösung für unsere Implementierung zu finden.Wir stellen unser Konzept der Firework Plots vor, welches eine gut skalierbare, gewohnte Darstellung ermöglicht. Dieses Konzept basiert auf Node-Link Diagrammen in Kombination mit unterschiedlichen Visualisierungs- und Interaktions-Konzepten. Wir verwenden hierarchische Aggregation, um Skalierbarkeit sicherzustellen. Außerdem verwenden wir kraftbasierte Graphenanordnungen, welche schichtenweise mithilfe von Restriktionen berechnet werden, um das Verfolgen von Knoten über die unterschiedlichen Hierarchiestufen zu ermöglichen. Dieser Prozess wird durch Animationen und stufenloses Zooming unterstützt. Darüber hinaus haben wir auch eine effiziente Verwaltung von sichtbaren Geometrien implementiert, um visuelle Überladung zu reduzieren und das Laufzeitverhalten zu verbessern.Basierend auf den Analysen der webbasierten Rendering-Technologien haben wir ein Rahmenwerk und die Firework Plots implementiert. Wir zeigen die Brauchbarkeit unserer Implementierung mithilfe verschiedener Anwendungsfälle und vergleichen sie auch mit einem verwandten Ansatz. Außerdem haben wir mehrere Analysen durchgeführt, um die Effizienz unseres Programms zu zeigen

In this thesis, we introduce a web-based interactive exploration interface for a broad audience to investigate large, weighted, bipartite graphs. The motivation of this work is based on the Media Transparency Database which arises from an Austrian law that compels legal entities to announce their advertisement spendings to media organizations and meets the specified characteristics. Most current interactive exploration tools use complex visualizations because they were developed for domain experts. As the Media Transparency Database is of potential interest to a broad audience, we provide a framework not just for domain experts but also for inexperienced users. Therefore, we conducted systematic benchmarks to compare state-of-the-art web-based rendering techniques. Furthermore, we compared the performance of different libraries to determine the most efficient rendering solution and current limitations of web-based rendering. We introduce the concept of Firework Plots, which aims to provide a common visualization that scales well with the size of the data. Our visualization concept is based on intuitive node-link visualization in combination with multiple visualization and interaction concepts. Hierarchical aggregation is used to improve scalability. Constrained, layered, force-based graph layouts, as well as firework animations and seamless zoom, are used to allow inexperienced users to drill down the graph hierarchy and track nodes through the hierarchy. Moreover, visibility management is used to reduce clutter and improve performance. Based on the insights of our web-based graph rendering analysis, we implemented our framework and the concept of Firework Plots. We show the usefulness of the implementation by discussing different use cases and comparing it to related work. Moreover, we conducted multiple benchmarks to show the rendering performance and calculation times.