From Exploratory to Explanatory Interactive Visualization of Spatio-Temporal Conflict Data

Abstract

Violent conflicts cause human suffering and devastation worldwide. Conflict research studies the causes, dynamics, and impact of such conflicts, as well as ways to prevent them. Interactive data visualization can support conflict researchers in exploring cor responding data. However, so far, barely any studies have been conducted analyzing how to provide this kind of exploratory support in the field of conflict research. In contrast, interactive data visualization is already commonly used in online stories reporting on conflicts, as it can help to explain space- and time-dependent devel opments more clearly. However, there is little structured research of how such data driven visual storytelling can be performed for stories with a spatio-temporal context, like those about conflicts. Exploratory and explanatory approaches can also be combined, allowing users to get a deeper understanding of the conveyed information. While this approach is more commonly used to target broad audiences in the context of science communication, it can also be used to communicate scientific information to researchers. However, little research has been performed in this direction as well. To address the listed issues, we collaborated with a conflict researcher to conduct three main studies. They are positioned along a spectrum between exploration and explanation to answer the question: “How can interactive visualization be used to support the exploration and explanation of spatio-temporal conflict data?” In the first study, we investigated how to design an application that allows conflict researchers to explore the results of a process in which multiple conflict data sets are integrated into one holistic set. We abstracted the underlying domain problems and derived a workflow and application design to solve the identified problems. An evaluation involving five conflict researchers showed that the application helped them to better understand and validate the results of the data integration. However, it also showed that even experts require a considerable amount of explanation to properly use such exploratory applications. In the second study, we investigated how to combine exploration and explanation to communicate the workings of a scientific method to conflict researchers, based on a visual data story. We distilled the story creation process and evaluated the story with eight conflict researchers. It showed that they accepted the storytelling approach well, and their feedback allowed us to derive a set of guidelines for performing such exploratory explanation for experts. In the third study, we collected 130 data stories with a spatio-temporal context to investigate how visual storytelling was applied in them for explaining the underlying messages. To do so, we merged and adapted three existing design spaces and used them to classify the stories based on which storytelling techniques they employed. We analyzed the resulting data, identifying various ways to combine the storytelling techniques as well as trends that occurred over the years, e.g., towards more easily consumable stories, and towards updating and extending stories over time. Overall, our studies showed several promising directions for how interactive visual ization can support the exploration and explanation of spatio-temporal conflict data. However, it also became clear that more research is necessary. Accordingly, it should be investigated how to make exploratory applications more accessible through expla nation, how to make the process of creating spatio-temporal data stories more efficient, and what the role of interaction in explanatory applications can be.

Gewaltsame Konflikte verursachen weltweit Leid und Zerstörung. Konfliktforschung untersucht die Ursachen, Dynamiken und Auswirkungen solcher Konflikte sowie Möglichkeiten, sie zu verhindern. Interaktive Datenvisualisierung kann die Erforschung entsprechender Daten unterstützen. Bislang gibt es jedoch kaum Studien, die sich mit der Frage beschäftigen, wie eine solche explorative Unterstützung im Bereich der Konfliktforschung aussehen kann. In Online-Stories über Konflikte werden interaktive Datenvisualisierungen dagegen bereits häufig eingesetzt, um raum- und zeitabhängige Entwicklungen zu erklären. Allerdings gibt es wenig strukturierte Untersuchungen darüber, wie ein solches datengetriebenes Visual Storytelling für Geschichten mit einem raumzeitlichen Kontext, den Berichte über Konflikte häufig besitzen, durchgeführt werden kann. Explorative und erklärende Ansätze können auch kombiniert werden, um Anwender*innen ein noch tieferes Verständnis von vermittelten Informationen zu ermöglichen. Dieser Ansatz wird häufiger verwendet, um im Rahmen von Wissenschaftskommunikation ein breites Publikum anzusprechen, er kann aber auch für die Vermittlung wissenschaftlicher Informationen an Forschende genutzt werden. Allerdings wurden auch in dieser Richtung bisher nur wenige Untersuchungen durchgeführt. Um die genannten Probleme zu untersuchen, haben wir in Zusammenarbeit mit einem Konfliktforscher drei zentrale Studien durchgeführt. Sie sind entlang eines Spektrums zwischen Exploration und Erklärung angeordnet, um die Frage zu beantworten: „Wie kann interaktive Visualisierung genutzt werden, um die Exploration und Erklärung von raumzeitlichen Konfliktdaten zu unterstützen?“ In der ersten Studie haben wir untersucht, wie eine Anwendung gestaltet werden kann, die es Konfliktforschenden ermöglicht, die Ergebnisse eines Prozesses zu erforschen, bei dem mehrere Konfliktdatensätze zu einem ganzheitlichen Datensatz integriert werden. Wir haben die zugrundeliegenden, fachspezifischen Probleme abstrahiert, um einen Workflow und ein Anwendungsdesign zur Lösung der identifizierten Probleme abzuleiten. Eine Evaluierung mit fünf Konfliktforschenden hat gezeigt, dass die Anwendung ihnen dabei geholfen hat, die Ergebnisse der Datenintegration tiefergehend zu verstehen und zu validieren. Allerdings hat sich auch gezeigt, dass selbst Expert*innen einen erheblichen Erklärungsbedarf haben, um solche explorativen Anwendungen angemessen nutzen zu können. In der zweiten Studie haben wir untersucht, wie Exploration und Erklärung kombiniert werden können, um Konfliktforschenden die Funktionsweise einer wissenschaftlichen Methode anhand einer Visual Data Story zu vermitteln. Wir haben den Erstellungsprozess der Geschichte abstrahiert und sie mit acht Konfliktforschenden evaluiert. Es hat sich gezeigt, dass die Forschenden den Storytelling-Ansatz positiv aufgenommen haben, und aus ihrem Feedback konnten wir eine Reihe von Leitlinien für die Erstellung solcher explorativer Erklärungen für Expert*innen ableiten. In der dritten Studie haben wir 130 Data Stories mit einem raumzeitlichen Kontext gesammelt, um zu untersuchen, wie sie Visual Storytelling nutzen, um Zusammenhänge zu erklären. Zu diesem Zweck haben wir drei bestehende Design Spaces zusammengeführt und angepasst, um die Geschichten anhand der jeweils in ihnen verwendeten Erzähltechniken zu klassifizieren. Wir haben die daraus resultierenden Daten analysiert und verschiedene Möglichkeiten zur Kombination der Erzähltechniken identifiziert, sowie Trends, die im Laufe der Jahre aufgetreten sind. So konnten wir zum Beispiel Trends hin zu leichter konsumierbaren Geschichten beobachten, ebenso wie hin zur Aktualisierung und Erweiterung von Geschichten über den Verlauf mehrerer Ereignisse hinweg. Insgesamt konnten wir in unseren Studien mehrere vielversprechende Wege aufzeigen, wie interaktive Visualisierung die Exploration und Erklärung von raumzeitlichen Konfliktdaten unterstützen kann. Es wurde jedoch auch deutlich, dass weitere Forschung notwendig ist. Entsprechend sollte untersucht werden, wie explorative Anwendungen durch Erklärungen zugänglicher gemacht werden können, wie die Erstellung raumzeitlicher Data Stories effizienter gestaltet werden kann und welche Rolle Interaktion in erklärenden Anwendungen spielen kann.