Visualisations hybrides pour des graphes multicouches dynamiques – BLIZAAR

Les données de nos experts forment un système complexe. Une modélisation la plus fidèle possible est de considérer un tel système comme un ensemble de sous-systèmes ou couches interconnectés. Ce modèle au centre de notre projet, récemment publié et en pleine expansion, est celui des réseaux multicouches. Pour fouiller, naviguer et visualiser un réseau multicouche pour notamment acquérir des connaissances nouvelles sur les données qu’il contient, nous utilisations la visualisation analytique qui consiste à combiner des analyses automatiques et des visualisations en lien fort avec des interactions de l'utilisateur. D’un point de vue technologique, les experts souhaitent pouvoir utiliser les outils mis à leur disposition pour leurs besoins personnels ou à des fins de formations, présentations ou promotion (outils et/ou données) vers des publics variés. Nous avons donc modélisé, développé et validé avec les experts des outils utilisable via le web bien que la visualisation interactive de réseaux sur le web reste techniquement un problème difficile.

Les résultats majeurs du projet sont :
- quatre prototypes d’outils informatique pour la visualisation et l’interaction avec des réseaux multicouches. Ces prototypes ont été conçus et évalués en relation étroite avec les experts des domaines d’applications,
- pour l’application en sciences de la vie, une méthodologie et des outils pour l’analyse de réseaux multicouches et leur enrichissement avec des données en libre accès,
- l’organisation d’un séminaire scientifique de haut-niveau avec les meilleurs chercheurs internationaux en visualisation et des experts de domaines d’application variés sur la visualisation analytique pour les réseaux multicouches dans diverses disciplines.

Nous avons largement contribué à établir une nouvelle problématique de recherche et à la diffuser (STAR, séminaire Dagstuhl, atelier IEEE Vis ) dans la communauté internationale en visualisation. Nous avons aussi mis au point différents outils qui doivent encore être publiés et mis à disposition de la communauté. Le projet s'est bien déroulé et la collaboration entre les partenaires ne va pas s'arrêter avec le projet. Nous prévoyons prochainement de nouveaux projets autour des réseaux multicouches.
Pendant le projet, nous avons tous travaillé avec des experts de différents domaines. Nous avons constaté que les réseaux multicouches sont faciles à comprendre et à utiliser par les experts des domaines. Ils sont donc facilement utilisables comme outil de modélisation notamment sur un simple tableau blanc. La notion de couche semble parfaitement naturelle pour es experts ainsi que l'utilisation parfois complexe de différents types d'arêtes entre les couches ou au sein des couches. Ce résultat n'est pas vraiment un résultat du projet mais une bonne motivation pour continuer à travailler avec ces réseaux multicouches. Il reste de nombreux challenges notamment sur l'analyse (par ex la distribution des arêtes entre les couches, les mesures de centralités) et les interactions.

La production scientifique majeure est :
un état de l’art détaillé sur la visualisation de réseaux multicouches publié dans un journal international et présenté publiquement à la communauté internationale en visualisation,
trois articles publiés et présentés en conférences internationales,
plusieurs autres communications présentés oralement ou sous la forme de poster dans des manifestations nationales ou internationales sur des aspects techniques précis ou en lien avec les domaines d’application.

Le projet BLIZAAR est un projet de recherche (PRCI) soumis au défi “Société de l’Information et de la Communication”. Il réunit un consortium de partenaires français et luxembourgeois collaborant en vue de produire de nouvelles manières d’explorer et d’analyser des réseaux dynamiques multi-niveaux.

Le principal domaine d’application est le patrimoine culturel numérique. Ce domaine s’intéresse à la préservation, l’analyse et la mise à disposition du public d’objets numérisés du patrimoine culturel créés par l’homme au fil de l’histoire. L’éventail de contenus numérisés couvre de nombreux événements et entités, telles que des hommes et institutions politiques, susceptibles d’avoir différentes sortes de relations entre eux. Ces relations peuvent évoluer dans le temps. Les experts du domaine ont souvent besoin d’examiner tous types d’informations, partant de différents points de vue afin d’analyser et appréhender les mécanismes complexes qui sont en jeu. Le second domaine d’application est les sciences du vivant. Les améliorations récentes des technologies conduisent à la production d’énormes quantités de données biologiques portant sur diverses entités, dont du matériel génétique, des protéines et des métabolites souvent modélisées par des réseaux multi-niveaux. Les systèmes modélisés sont très complexes et les niveaux opèrent rarement de façon indépendante. En somme, les problèmes rencontrés dans ces deux domaines d’application présentent d’intéressants défis et opportunités pour le développement d’outils de visualisation analytique (VA) innovants et utiles aux experts des deux domaines.

De manière générale, les approches de VA existantes sont difficiles à utiliser directement pour modéliser et appréhender toute la complexité des systèmes réels. De plus, les techniques de visualisation de graphes dynamiques et multicouches ne montrent pas assez efficacement les changements à travers le temps. Aussi, il est indispensable de réfléchir à de nouvelles représentations permettant de mieux comprendre la structure et l’évolution temporelle de ces réseaux, potentiellement grands. D’une part, le défi tient au fait que ces réseaux modélisent des phénomènes complexes mettant en jeu plusieurs attributs, ce qui complique l’analyse et le suivi des changements. D’autre part, la diversité des visualisations existantes fait que les concepteurs de visualisations ne sont pas toujours sûrs de la représentation à utiliser dans un contexte donné.

Notre premier objectif consiste à étendre l’état de l’art en visualisation pour faciliter l’analyse et la compréhension de réseaux dynamiques multicouches. Un aspect important de cet objectif consiste à identifier les types de tâches qui sont spécifiques à l’analyse de ces réseaux. Après avoir été validées par les utilisateurs finaux, nos visualisations innovantes seront évaluées par le biais d’expériences utilisateurs. Ce projet de recherche vise aussi à concevoir de nouvelles visualisations interactives de graphes dynamiques et multicouches, par la conception et l’hybridation de techniques de visualisation. Nous mettrons en place un processus itératif au cours duquel nous modéliserons les problèmes des utilisateurs finaux sous la forme de graphes dynamiques multicouches, puis sous la forme de visualisations interactives manipulable par les utilisateurs finaux. Les résultats du projet englobent une meilleure compréhension des méthodes de composition de visualisations hybrides, mais aussi de visualisations homogènes, pour l’exploration et l’analyse de réseaux complexes. Nos contributions consisteront donc en l’exploration et la classification d’approches homogènes et hybrides de visualisation de graphes dynamiques et multicouches, la conception de nouveaux prototypes de visualisation interactive pour tester certaines de ces approches, et enfin l’évaluation de ces approches à travers des études de cas et des expériences utilisateurs dans les domaines du patrimoine culturel numérique et des sciences du vivant.