[论文解读] Juxtaposing Controlled Empirical Studies in Visualization with Topic Developments in Psychology

Alfie Abdul‐Rahman, Rita Borgo+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2019

Data Visualization and Analytics参考文献 204被引用 4

一句话总结

本文对1978年至2017年可视化领域内受控实证研究与心理学领域主题发展的对比分析，揭示了感知与认知现象方面显著的重叠。研究提出了一种跨学科框架，以弥合可视化与心理学之间的鸿沟，识别出两者共享的研究主题，并为感知、认知及可视化有效性方面的联合发现提供了机遇。

ABSTRACT

Empirical studies form an integral part of visualization research. Not only can they facilitate the evaluation of various designs, techniques, systems, and practices in visualization, but they can also enable the discovery of the causalities explaining why and how visualization works. This state-of-the-art report focuses on controlled and semi-controlled empirical studies conducted in laboratories and crowd-sourcing environments. In particular, the survey provides a taxonomic analysis of over 129 empirical studies in the visualization literature. It juxtaposes these studies with topic developments between 1978 and 2017 in psychology, where controlled empirical studies have played a predominant role in research. To help appreciate this broad context, the paper provides two case studies in detail, where specific visualization-related topics were examined in the discipline of psychology as well as the field of visualization. Following a brief discussion on some latest developments in psychology, it outlines challenges and opportunities in making new discoveries about visualization through empirical studies.

研究动机与目标

• 识别并分析1978年至2017年可视化领域内受控实证研究的全景图。
• 绘制同一时期心理学主题的发展轨迹，以识别与可视化领域共享的研究主题。
• 探究可视化领域中的关键感知与认知现象是否已在心理学中得到先前研究。
• 突出可视化研究人员可如何利用心理学研究，以实现对可视化因果关系的发现。
• 倡导发展一门新跨学科领域——可视化心理学，整合两个领域的方法与发现。

提出的方法

• 对可视化文献中的129项受控及准受控实证研究进行了分类分析。
• 通过文献综述与主题聚类，构建了1978年至2017年心理学主题的高层次分类体系。
• 运用可视化分析技术，将可视化研究与心理学主题发展进行并置，以识别主题重叠。
• 对可视化相关主题（如视觉平均、注意力极限等）在心理学与可视化文献中进行了两项深入案例研究。
• 将心理学研究方法（如fMRI、眼动追踪、受控实验）与可视化研究实践进行映射。
• 识别出关于感知与认知的心理学研究与可视化特定实证研究之间的差距与协同效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 1978年至2017年期间，可视化领域的受控实证研究在多大程度上与心理学的主题发展重叠？
• RQ2 可视化领域中哪些感知与认知现象已在心理学中得到研究，其研究结果如何对齐？
• RQ3 受控实证研究在心理学与可视化领域之间，其关键方法论与概念协同点是什么？
• RQ4 可视化研究在理论构建与实验设计方面，如何从心理学研究中获益？
• RQ5 通过跨领域合作，建立一门新跨学科领域——可视化心理学——存在哪些机遇？

主要发现

• 大量在可视化领域研究的感知与认知现象——如视觉平均、注意力极限、相关性感知——在心理学研究中已有深厚基础。
• 本研究识别出129项可视化领域的受控实证研究，其中许多与感知、注意力和认知领域长期存在的心理学研究高度一致。
• 关于正念与认知神经科学等主题的心理学研究，显示出提升可视化任务表现与用户参与度的潜力。
• 尽管功能性神经影像技术（如fMRI与PET）在研究可视化相关脑功能方面具有潜力，但在可视化研究中仍被严重低估。
• 可视化研究人员可借助心理学研究方法，设计出更具严谨性、理论驱动的实证研究，超越单纯的可用性评估。
• 作者倡导通过整合心理学理论与可视化技术，创建一门新领域——可视化心理学，以推进对可视化有效性因果机制的深入理解。