Visualization to Support Multi-Criteria Decision-making in Agronomy
Visualisation pour soutenir la prise de décision multi-critères en agronomie
Résumé
The increasing complexity of agricultural systems necessitates sophisticated decision-making tools that can handle multiple criteria and accommodate complex trade-off analysis tasks. This thesis develops visualizations that facilitate decision-making processes in agronomy. This work has three main contributions: (i) understanding how provenance can support trade-off analysis, (ii) articulating high-level design and visualization needs to support group comparison in trade-off scenarios, and (iii) understanding how different visualizations can affect comparisons and decision-making in trade-off analysis. After an introductory chapter and a chapter on related work, the thesis details these three main contributions.The 3rd chapter of the thesis investigates how analytic provenance mechanisms can assist experts in recalling and tracking complex trade-off analyses. We developed VisProm, a web-based system integrating in-visualization provenance views to help experts track trade-offs and their objectives when exploring complex simulation results. Observation sessions with groups of experts revealed eight key tasks supported by our designs, highlighting new opportunities for provenance-driven trade-off analysis, such as monitoring trade-off space coverage and tracking alternative scenarios. One key outcome was the need to consider conflicting objectives and compare how different solutions or trade-off spaces fare under these objectives.Building on this, the 4th chapter explores the needs and challenges experts face when comparing trade-off spaces (that are often expressed as groups of data points, e.g., groups of simulation results) that optimize different objectives. Through workshops with domain experts and visualization designers, we identified high-level design and visualization needs to support group comparison in trade-off scenarios. This chapter lays the groundwork for developing effective visualization techniques for comparing groups that represent different trade-offs in terms of what objectives they optimize. They led to the implementation of a visualization prototype that visually encodes a variety of trade-off metrics. These encode and visually communicate experts' priorities in terms of objectives, the notion of ideal solutions, and how far current groups of solutions are from those ideals.The 5th chapter focuses on the evaluation of visualization techniques for comparing groups of points (solutions) when they represent different trade-offs. Motivated by the visualization needs and design requirements of the previous chapter, we selected three promising tabular-based visualization techniques to study. These techniques encode trade-off priorities and ideal solutions in different ways: coupling or decoupling the trade-off metrics and presenting them visually. We conducted a user study to understand how visualizations affected comparison decisions and quality of decision explanations. The findings from this study highlight that techniques that visually separate the encoding of priorities and ideal solutions lead to higher mental load and lower self-reported trust but may support more varied decision strategies than integrated visualizations. But they were always preferred over a baseline visualization.We conclude the thesis with a list of discussions and perspectives for future directions stemming from the results of this work.
L'augmentation de la complexité des systèmes agricoles nécessite des outils d'aide à la prise de décision sophistiqués capables de gérer plusieurs critères et d'accommoder des tâches complexes d'analyse des compromis. Cette thèse développe des visualisations qui facilitent les processus de prise de décision en agronomie, avec trois contributions principales : (i) comprendre comment la provenance peut soutenir l'analyse des compromis, (ii) articuler des besoins de conception et de visualisation pour soutenir la comparaison de groupes dans des scénarios de compromis, et enfin (iii) comprendre comment différentes visualisations peuvent affecter les comparaisons et la prise de décision dans l'analyse des compromis. Après un chapitre d'introduction et un chapitre sur les travaux connexes, la thèse détaille ces trois contributions.Le 3ème chapitre examine comment les mécanismes de provenance analytique peuvent aider les experts à se souvenir et à suivre des analyses de compromis complexes. Nous avons développé VisProm, un outil web intégrant des vues de provenance dans les visualisations pour aider les experts à suivre les compromis et leurs objectifs lors de l'exploration de résultats de simulation complexes. Des sessions d'observation avec des experts ont révélé huit tâches clés soutenues par nos conceptions, mettant en lumière de nouvelles opportunités pour l'analyse des compromis guidée par la provenance, telles que le suivi de la couverture de l'espace de compromis et l'exploration de scénarios alternatifs. Un résultat clé a été la nécessité de considérer les objectifs conflictuels et de comparer comment différentes solutions ou espaces de compromis se comportent face à ces objectifs.Le 4ème chapitre explore les besoins et les défis auxquels sont confrontés les experts lorsqu'ils comparent des espaces de compromis (souvent exprimés sous forme de groupes de points de données, par exemple, des groupes de résultats de simulation) qui optimisent différents objectifs. À travers des ateliers avec des experts du domaine et des concepteurs de visualisations, nous avons identifié des besoins de conception et de visualisation pour soutenir la comparaison de groupes dans des scénarios de compromis. Ce chapitre met les bases pour développer des techniques de visualisation capables de comparer des groupes représentant différents compromis en fonction des objectifs qu'ils optimisent. Cela a mené à la mise en œuvre d'un prototype de visualisation qui encode visuellement diverses métriques de compromis, en communiquant les priorités des experts, la notion de solutions idéales, et la distance des groupes de solutions par rapport à ces idéaux.Le 5ème chapitre se concentre sur l'évaluation des techniques de visualisation pour comparer des groupes de points (solutions) lorsqu'ils représentent différents compromis. S'inspirant des besoins identifiés dans le chapitre précédent, nous avons sélectionné trois techniques prometteuses de visualisation pour les étudier. Ces techniques encodent visuellement les priorités des compromis et les solutions idéales de différentes manières, soit en couplant, soit en découplant les métriques de compromis. Nous avons mené une étude utilisateur pour comprendre comment ces visualisations influencent les décisions de comparaison et la qualité des explications de ces décisions. Les résultats montrent que les techniques qui séparent visuellement l'encodage des priorités et des solutions idéales entraînent une charge cognitive plus élevée et une confiance auto-évaluée plus faible, mais soutiennent des stratégies de décision plus variées par rapport aux visualisations intégrées. Elles étaient cependant toujours préférées par rapport à la visualisation de référence.La thèse conclut avec des discussions et des perspectives sur les directions futures issues de ce travail.
Domaines
Interface homme-machine [cs.HC]Origine | Version validée par le jury (STAR) |
---|