Approche de visualisation et de consultation des évolutions et outil associé

Ces 30 dernières années l’évolution des Technologies de l’Information et de la Communication (TIC) a révolutionné la structuration des Systèmes d’Information. Des supports de visualisation15 efficaces ne se limitent pas à exploiter des données génériques ou statistiques mais permettent un accès plus rapide aux informations en favorisant la compréhension des données, leur comparaison et l’extraction d’informations pertinentes à travers des requêtes dynamiques (S. K. Card et al. 1999). De façon générale, l’exploration des données suit un processus en trois étapes qui comprend la vision d’ensemble du sujet, le zoom et filtrage des données, et enfin l’analyse de détails à la demande (D.A. Keim 2001). Tout particulièrement en patrimoine historique, une collecte variée d’informations permet de décrire le bâtiment et de reconstituer ses évolutions morphologiques et historico-sociétaires : son état actuel est constitué par les informations acquises sur le terrain, et ses états passés sont décrits par les sources documentaires. De telles données sont le support sur lesquels toutes analyses et interprétations sont effectuées. La visualisation d’informations reliées à la maquette spatio-temporelle cherche à donner accès et à explorer rapidement les informations pertinentes ; à mettre en évidence les relations, les analogies et différences entre les données ; enfin, à sélectionner et classifier les informations de manière interactive. Toutefois, actuellement peu de systèmes visent à fournir des outils d’interprétation des données issues des sources documentaires dans une plateforme unique et intégrée. De plus, un nombre encore plus limité de systèmes intègre des dispositifs de visualisation de l’évolutivité à la morphologie des édifices. Dans le but d’atteindre cet objectif, trois axes doivent interagir entre eux : • La structuration des données. La définition d’un modèle sémantique pertinent permet de relier les données spatiales et temporelles très variées afin de pouvoir décrire de manière cohérente le jeu d’informations. Telles données concernent la forme, la position, la datation et l’apparence visuelle de l’artefact. • Les représentations spatiales. En fonction de la résolution géométrique et de la fiabilité de la restitution sur la base des sources, les représentations géométriques peuvent devenir des outils pour répondre à un certain questionnement et pour interpréter les données grâce à l’abstraction. • Le système de notation temporel. Le système de graphes historiques permet de visualiser les évolutions en deux dimensions. Il constitue le cœur de la démarche qui permet de relier les informations géométriques du bâti aux époques temporelles en fonction des sources. A l’aide de cet outil, il est possible d’observer la dynamique des évolutions, de tracer les étapes et de formuler des requêtes transversales afin de descendre dans le détail de l’analyse. Dans ce chapitre, trois aspects seront abordés. Premièrement, est présenté un état de l’art des systèmes décrivant les évolutions temporelles afin de retenir les caractéristiques essentielles pour une visualisation adaptée ; deuxièmement, sont décrits les principes d’une plateforme intégrée permettant la recherche et l’analyse spatiale et temporelle des données (Annexe E), en s’appuyant sur des représentations multiples. Enfin, est exposé le dispositif de visualisation des transformations historiques d’édifices à partir de la scène 3D et de graphes bidimensionnels. Afin de décrire le scénario d’utilisation du système, le terrain d’expérimentation de Château Comtal de Carcassonne est pris comme exemple. En effet, en raison de la richesse évolutive de ce site, cet outil se révèle particulièrement adapté à la compréhension des changements, à la description et à la comparaison des époques. 

Etat de l’art des systèmes de visualisation d’informations temporelles

De manière générale, les évolutions au fil du temps peuvent être affichées de façon explicite ou implicite selon la technique de visualisation utilisée. Diverses classifications des systèmes de visualisation existent, en fonction du point de vue choisi pour l’analyse. Hascoët et Beaudouin-Lafon classifient les systèmes en 4 catégories qui regroupent les données selon le type de représentation : orientée points, orientée lignes, orientée surfaces, et remplissage de surfaces (Hascoët & BeaudouinLafon 2001). Shneiderman et Kleim (Shneiderman, B. 1996) (D.A. Keim & Ward 2002) classifient les systèmes en fonction du nombre de variables : les structures sont donc unidimensionnelles, bidimensionnelles, multidimensionnelles16, hiérarchiques et sous forme de graphes. De plus, certaines techniques sont plus adaptées pour visualiser des données spécifiques ; d’autres techniques plus génériques se prêtent à visualiser des données plus variées (Aigner et al. 2007; Frank 1998; D.A. Keim 2001). Une comparaison détaillée des caractéristiques de chaque système est disponible en Annexe F. Nous proposons un état de l’art qui classifie les structures de visualisation par rapport à la dimension de la représentation et non par rapport à la dimension des variables du système. Cela signifie qu’un système en deux variables ne correspond pas forcément à une représentation 2D. Nous distinguons les systèmes suivants.

Systèmes linéaires de représentation

 Ces systèmes sont généralement des structures unidimensionnelles, c’est-àdire des compositions de données ayant une seule variable. Toutefois dans certains cas, des graphes  peuvent être couplés avec une représentation linéaire du temps (Aigner et al. 2005; Reinders et al. 2001). A cette catégorie appartiennent par exemple les données temporelles, les données de type liste alphabétique18, des listes de documents, les résultats d’une recherche, l’historique des données supprimées ou les événements discrets. Les représentations sont très variées et elles comprennent les frises chronologiques, les approches basées sur des flux de données ou sur des symboles, les diagrammes en arc, le mur en perspective (lifestream). Les frises chronologiques désignent toutes représentations des événements selon une disposition parallèle à un axe temporel. Les barres temporelles sont utilisées dans des domaines variés tels que la conception des systèmes, le traitement du son et le montage vidéo, en histoire et archéologie, dans le domaine médical ou dans le cas de traitement de données personnelles (Plaisant et al. 1996). Ces systèmes19 ont l’avantage de gérer diverses granularités temporelles, selon les besoins du domaine (Viégas et al. 2007). Par exemple dans le projet Simile20, à l’intérieur de bandes temporelles synchronisées (le déplacement de la barre principale conditionne le déplacement de la barre secondaire), les événements sont visualisés par des diagrammes ou des cercles selon leur durée. Parmi les outils numériques, les éditeurs audio/vidéo ont des interfaces très appropriées au défilement temporel. En effet, elles permettent de chevaucher les traces sonores, supprimer des bruits, isoler, couper, accélérer ou ralentir les traces. La barre temporelle est adaptée à l’affichage de l’ensemble des données sonores ou seulement une portion, la granularité étant multiple. Les boutons classiques du magnétoscope permettent d’écouter les traces sonores, de les avancer ou d’arrêter la progression. L’interface est mixte : la barre temporelle affiche la position temporelle relative dans le montage et permet d’analyser, manipuler et modifier le montage qui est vérifié en temps réel dans une fenêtre adjacente.

Systèmes bidimensionnels de représentation

Ces systèmes sont définis généralement par des axes cartésiens. Par conséquent ces données sont visualisées à travers deux composantes qui varient selon le domaine d’appartenance : dans le cas de données géographiques, les deux variables sont constituées par la longitude et la latitude, dans le cas de photographies, les paramètres sont la longueur et la largeur, enfin pour les diagrammes il s’agit de deux variables rattachées aux deux axes. Diverses techniques s’appuient sur une visualisation bidimensionnelle : cartes, atlas géographiques et géopolitiques, graphiques et diagrammes. Les graphiques et les diagrammes permettent de simplifier les concepts, de décrire les phénomènes et de mettre en évidence certaines corrélations. Différents types de diagrammes existent21 (à ligne, en aire22, camembert ou secteur, à barre, en anneaux, cycliques23, radiaux24, etc.). De plus, les représentations bidimensionnelles permettent de simplifier la visualisation des données multidimensionnelles25. Dans le cas de cartes, d’atlas géographiques et géopolitiques, la représentation de l’espace géographique met en valeur les formes du territoire, les phénomènes géographiques, leur localisation relative par rapport aux espaces voisins, des études variées sur le territoire, la population, l’histoire ou d’autres genres d’évolutions. Ces systèmes exploitent deux techniques afin de visualiser les évolutions : l’interactivité et les animations. Les cartes dynamiques interactives permettent de comparer des données spatiales, d’effectuer des études statistiques, d’effectuer des sélections interactives des données tout en gardant une vision globale du sujet. Dans ce cas, les évolutions sont visualisées grâce à des cartes représentant les différents instants temporels (Eckert & Jégou 2004). La technique des animations consiste à afficher une séquence d’images 2D ou 3D dans le but de créer une illusion de mouvement26. Cette technique est couramment utilisée en cartographie (Kaddouri 2008) : l’espace géographique étant animé par des évolutions, les animations sont devenues les moyens pour faire comprendre les évolutions d’un site et consulter plusieurs niveaux d’informations. Toutefois, même si pour certaines applications les animations se révèlent un outil efficace de communication de sujets complexes (Astrachan & Rodger 1998), le résultat est une illusion de mouvement ou d’un changement d’état. En effet, l’application d’animations au domaine des SIG a une grande limite : les animations, par leur nature chronologiques, ne permettent pas d’afficher les discontinuités et faussent donc la compréhension des évolutions d’un site.