stringtranslate.com

Физическая обработка данных

Физикализация данных (или просто физикализация) — это физический артефакт, геометрия или свойства материала которого кодируют данные. [1] Его основные цели — вовлекать людей и передавать данные с использованием поддерживаемых компьютером физических представлений данных. [2] [3] [4]

История

До изобретения компьютеров и цифровых устройств применение физикализации данных уже существовало в древних артефактах в качестве средства для представления абстрактной информации. Одним из примеров является охристая пластина Бломбо , возраст которой оценивается в 70000–80000 лет. [5] Геометрические и иконографические формы, выгравированные на поверхности артефакта, продемонстрировали когнитивную сложность древних людей. Более того, поскольку такие представления были намеренно сделаны и изготовлены, свидетельства предполагают, что геометрическое представление информации является популярной методологией в контексте общества. [6] Хотя исследователи до сих пор не могут расшифровать конкретный тип информации, закодированной в артефакте, существует несколько предложенных интерпретаций. Например, потенциальные функции артефакта делятся на четыре категории: «числовые», «функциональные», «когнитивные» и «социальные». [7] Позже, около 35000 г. до н. э., появился еще один артефакт, кость Лебомбо , и закодированную информацию стало легче читать. На малой берцовой кости павиана вырезано около 29 отдельных насечек. Предполагается, что количество насечек тесно связано с числом лунных циклов. Более того, эта ранняя система счета также считалась рождением исчисления. [8]

Прямо перед изобретением письменности система глиняных жетонов была распространена по всей древней Месопотамии. Когда покупатели и продавцы хотели совершить сделку, они готовили набор жетонов и запечатывали их внутри глиняного конверта после отпечатывания формы на поверхности. [9] Такая физическая сущность широко использовалась в торговле, административных документах и ​​сельскохозяйственных поселениях. [10] Более того, система жетонов является свидетельством ранней системы счета. Каждая форма соответствует физическому значению, такому как представление «овцы», образуя отношение отображения один к одному. Значение жетона заключается в том, что он использует физическую форму для кодирования числовой информации [11] , и он считается предшественником ранней системы письма. [12] Логическая причина заключается в том, что двумерный символ будет записывать ту же информацию, что и отпечаток, созданный глиняным жетоном. [9]

С 3000 г. до н. э. и до 17-го века в Андской Южной Америке была разработана и широко использовалась более сложная визуальная кодировка, кипу . [13] Завязанные веревки, не имеющие отношения к кипу, также использовались для записи информации древними китайцами , тибетцами и японцами . [14] [15] [16] [17] Древняя империя инков использовала ее в военных и налоговых целях. [18] Логико-числовая система Base-10 может записывать информацию на основе относительного расстояния между узлами, цвета узлов и типа узлов. Из-за текстуры (хлопок) кипу сохранилось очень мало из них. Анализируя эти оставшиеся артефакты, Эрланд Норденшельд [19] предположил, что кипу является единственной системой письма, используемой инками, а техника кодирования информации является сложной и отличительной. [20]

Идея физикализации данных стала популярной с 17 века, когда архитекторы и инженеры широко использовали такие методы в гражданском строительстве и управлении городом. Например, с 1663 по 1867 год модель «План-рельеф» использовалась для визуализации французской территориальной структуры и важных военных единиц, таких как цитадели и обнесенные стеной города. Поэтому одной из функций модели «План-рельеф» было планирование обороны или нападения. Стоит отметить, что модель можно отнести к категории военных технологий, и она не кодировала никакой абстрактной информации. [21] Традиция использования осязаемых моделей для представления зданий и архитектур сохраняется и сегодня.

Одним из современных примеров физикализации данных является доска Гальтона , разработанная Фрэнсисом Гальтоном , который продвигал концепцию регрессии к среднему значению . Доска Гальтона, очень полезный инструмент для аппроксимации закона ошибок Гаусса, состоит из равномерно расположенных гвоздей и вертикальных планок в нижней части доски. После того, как большое количество шариков будет выпущено, они осядут внизу, образуя контур Колоколообразной кривой . Большинство шариков будут собираться в центре (меньшее отклонение), а несколько — на краю доски. [22]

В 1935 году три различные электроэнергетические компании (например, Pacific Gas and Electric Company, Commonwealth Edison Company) создали модель физикализации данных об электроэнергии для визуализации потребления электроэнергии их клиентами, чтобы компания могла лучше прогнозировать предстоящий спрос на электроэнергию. [23] Модель имеет одну короткую ось и одну длинную ось. Короткая ось обозначает «день», тогда как длинная ось охватывает весь год. [24] Зрители могут получить представление о том, когда клиенты потребляют электроэнергию больше всего в течение дня и как потребление меняется в разные сезоны. [24] Модель была построена вручную путем разрезания деревянных листов и складывания всех частей вместе.

Исследователи начали понимать, что модели физикализации данных могут не только помочь агентам управлять/планировать определенные задачи, но и могут значительно упростить очень сложные проблемы, позволяя пользователям манипулировать данными в реальном мире. Поэтому, с эпистемической точки зрения, физическая манипуляция позволяет пользователям раскрывать скрытые закономерности, которые не могут быть легко обнаружены. [25] Макс Перуц получил Нобелевскую премию по химии в 1962 году за свою выдающуюся работу по открытию структуры глобулярного белка. Когда узкий рентгеновский луч проходит через молекулу гемоглобина, дифракционная картина может рассмотреть внутреннюю структуру атомных расположений. [6] Одна из работ Перуца в рамках этого исследования включала создание физикализованной молекулы гемоглобина, которая позволяет ему манипулировать и проверять структуру ощутимым образом.

В книге Бертен разработал устройство визуализации матриц под названием Domino, которое позволяет пользователям манипулировать данными строк и столбцов. Комбинацию строк и столбцов можно рассматривать как двумерное пространство данных. В «Семиотики графики» Бертен определил, какие переменные можно переупорядочивать, а какие — нет. Например, время можно рассматривать как однонаправленную переменную. Мы должны сохранять его в естественном порядке. [26] По сравнению с вышеупомянутой работой эта модель подчеркивает аспект визуального мышления при физикализации данных и поддерживает различные типы данных, такие как карты, матрицы и временные шкалы. Настраивая записи данных, аналитик может находить закономерности внутри наборов данных и многократно использовать Domino на разных наборах данных. [24]

Более поздние примеры физикализации включают использование кубиков LEGO для отслеживания прогресса проекта. Например, люди использовали LEGO для записи прогресса написания своих диссертаций. Пользователи могут использовать доску LEGO для задания конкретных шагов перед тем, как перейти к реальным публикациям, таким как анализ данных, сбор данных, разработка и т. д. [27] Другое применение предполагает использование LEGO для отслеживания ошибок. Для инженеров-программистов отслеживание проблем кодовой базы является важнейшей задачей, и LEGO упрощает этот прогресс, физикализируя проблемы. [28]

Конкретное применение физикализации данных включает в себя создание тактильных карт для людей с нарушениями зрения. Примером из прошлого является использование микрокапсульной бумаги для создания тактильных карт. [29] С помощью инструмента цифрового производства, такого как лазерный резак, исследователи из Fab Lab в RWTH Aachen University использовали его для создания рельефной тактильной карты для поддержки пользователей с нарушениями зрения. Некоторые исследователи осязаемого пользовательского интерфейса объединили TUI с тактильными картами для визуализации динамического рендеринга и улучшения взаимодействия между людьми с нарушениями зрения (например, FluxMarkers). [30]

Ссылки

  1. ^ Янсен, Ивонн (2014). «Возможности и проблемы физикализации данных» (PDF) .
  2. ^ Драгичевич, Пьер; Янсен, Ивонн; Ванде Муре, Эндрю (2021). «Физиализация данных» (PDF) . Справочник по взаимодействию человека с компьютером . стр. 1–51. doi :10.1007/978-3-319-27648-9_94-1. ISBN 978-3-319-27648-9. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  3. ^ Ванде Муре, Эндрю (2010). «Физическая визуализация информации: проектирование скульптур данных в образовательном контексте» (PDF) . Визуальная информационная коммуникация .
  4. ^ Сигнер, Бит (2018). «На пути к структуре для динамической физикализации данных» (PDF) .
  5. ^ Хеншилвуд, Кристофер С.; д'Эррико, Франческо; Йейтс, Ройден; Джейкобс, Зенобия; Триболо, Шанталь; Даллер, Джефф А.Т.; Мерсье, Норберт; Сили, Джудит К.; Валладас, Элен; Уоттс, Ян; Винтл, Энн Г. (15 февраля 2002 г.). «Появление современного человеческого поведения: гравюры среднего каменного века из Южной Африки». Наука . 295 (5558): 1278–1280. Бибкод : 2002Sci...295.1278H. дои : 10.1126/science.1067575. ISSN  0036-8075. PMID  11786608. S2CID  31169551.
  6. ^ ab Хеншилвуд, Кристофер С.; д'Эррико, Франческо; Уоттс, Ян (2009-07-01). "Гравированные охры из уровней среднего каменного века в пещере Бломбос, Южная Африка". Журнал эволюции человека . 57 (1): 27–47. doi :10.1016/j.jhevol.2009.01.005. ISSN  0047-2484. PMID  19487016.
  7. ^ Кейн, Честер Р. (2006-08-01). «Значение маркированных артефактов среднего каменного века Африки». Current Anthropology . 47 (4): 675–681. doi :10.1086/506287. ISSN  0011-3204. S2CID  143150907.
  8. ^ Phakeng, Mamokgethi Setati (2010). Африканская математика: от костей до компьютеров. Абдул Карим Бангура. Ланхэм, Мэриленд: University Press of America. ISBN 978-0-7618-5349-7. OCLC  698590244.
  9. ^ ab Видимый язык: изобретение письменности на древнем Ближнем Востоке и за его пределами. Кристофер Вудс, Джефф Эмберлинг, Эмили Титер, Чикагский университет. Восточный институт. Чикаго, Иллинойс: Восточный институт Чикагского университета. 2010. ISBN 978-1-885923-76-9. OCLC  664327312.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  10. ^ Энглунд, Роберт К. (2011-09-22). Бухгалтерский учет в протоклине. Oxford University Press. С. 32–50. doi :10.1093/oxfordhb/9780199557301.013.0002. ISBN 978-0199557301.
  11. ^ Шмандт-Бессера, Дениз (1996). Как возникла письменность. Дениз Шмандт-Бессера (1-е изд.). Остин: Издательство Техасского университета. ISBN 0-585-23438-8. OCLC  45727266.
  12. ^ Уайлдинг, Дениз; Роуэн, Клэр; Маурер, Билл; Шмандт-Бессера, Дениз; Уайлдинг, Дениз; Роуэн, Клэр; Маурер, Билл; Шмандт-Бессера, Дениз (27 октября 2017 г.). «Жетоны, письмо и (ак)счет: разговор с Дениз Шмандт-Бессера и Биллом Маурером». Обмены: Журнал междисциплинарных исследований . 5 (1): 1–14. дои : 10.31273/eirj.v5i1.196 . ISSN  2053-9665.
  13. ^ Ньюман, Уильям (2 января 2016 г.). «Распутывание бухгалтерского инструмента и древней тайны инков». New York Times . Получено 8 января 2016 г.
  14. ^ "平成29年度 琉球大学附属図書館・琉球大学博物館(風樹館)企画展石垣市制施行70周年記念企画展». www.lib.u-ryukyu.ac.jp . Архивировано из оригинала 4 июня 2021 г. Проверено 4 июня 2021 г.
  15. ^ "Das Arithmeum »Frühere Veranstaltungen» Warazan – Datenspeicher aus Stroh . 06 февраля 2006 г. Архивировано из оригинала 6 февраля 2006 г. Проверено 4 июня 2021 г.
  16. ^ "Древняя китайская версия кипу - традиция завязывания узлов восходит к древности". MessageToEagle.com . 2017-03-15 . Получено 2021-06-04 .
  17. ^ "新唐書/卷216上" [Новая книга Тан]. Викиисточник . Архивировано из оригинала 14 июля 2020 года . Проверено 14 июля 2020 г.
  18. ^ D'Altroy, Terence N. (2002). Инки. Malden, Mass.: Blackwell. ISBN 0-631-17677-2. OCLC  46449340.
  19. ^ Ашер, Марсия; Ашер, Роберт (1972-01-01). «Числа и отношения из древних андийских кипу». Архив для History of Exact Sciences . 8 (4): 288–320. doi :10.1007/BF00328435. ISSN  1432-0657. S2CID  121290006.
  20. ^ Эшер, Марсия (июль 1983 г.). «Логико-числовая система инков кипу». IEEE Annals of the History of Computing . 5 (3): 268–278. doi :10.1109/MAHC.1983.10090. ISSN  1058-6180. S2CID  16957684.
  21. ^ Эллис, Патрик (2018-01-02). «Пастереорама: модели городов в эпоху воздушных шаров». Imago Mundi . 70 (1): 79–93. doi :10.1080/03085694.2018.1382116. ISSN  0308-5694. S2CID  134912917.
  22. ^ Козлов, Валерий В.; Митрофанова, М.Ю. (2003). "Доска Гальтона". Регулярная и хаотическая динамика . 8 (4): 431. doi :10.1070/RD2003v008n04ABEH000255. ISSN  1560-3547.
  23. ^ Янсен, Ивонн; Драгичевич, Пьер; Фекете, Жан-Даниэль (2013-04-27). «Оценка эффективности физических визуализаций». Труды конференции SIGCHI по человеческому фактору в вычислительных системах (PDF) . CHI '13. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Ассоциация вычислительной техники. стр. 2593–2602. doi :10.1145/2470654.2481359. ISBN 978-1-4503-1899-0. S2CID  8476089.
  24. ^ abc Brinton, Willard (1939). Графическое представление . Нью-Йорк, Brinton Associates.
  25. ^ Кирш, Дэвид; Маглио, Пол (октябрь 1994 г.). «О различении эпистемического и прагматического действия». Когнитивная наука . 18 (4): 513–549. doi :10.1207/s15516709cog1804_1. S2CID  963901.
  26. ^ Гриффин, Тревор (1987-03-01). «Семиология графики: диаграммы, сети, карты». Бертен, Жак (перевод В. Дж. Берга). Издательство Висконсинского университета, Мэдисон, 1983. 416 страниц. ISBN 0 299 09060 4. 75,00 долл. США, ткань». Картография . 16 (1): 81–82. doi :10.1080/00690805.1987.10438353. ISSN  0069-0805.
  27. ^ "Доска для дипломного проекта, совместимая с Lego".
  28. ^ Т. Какеда. Отслеживание реальных ошибок с использованием кубиков Lego, конференция Agile 2008, 2008 г.
  29. ^ Эдман, Полли (1992). Тактильная графика. Американский фонд слепых. Нью-Йорк: Американский фонд слепых. ISBN 0-89128-194-0. OCLC  25675045.
  30. ^ Suzuki, Ryo; Stangl, Abigale; Gross, Mark D.; Yeh, Tom (2017-10-19). "FluxMarker". Труды 19-й Международной конференции ACM SIGACCESS по компьютерам и доступности . ASSETS '17. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Ассоциация вычислительной техники. стр. 190–199. doi :10.1145/3132525.3132548. ISBN 978-1-4503-4926-0. S2CID  12207549.