Trapped in the Upside-Down: Mental Normalization of Data Visualizations

Abstract

Der gleichberechtigte Zugang zu Informationen ist eine Voraussetzung für eine ausgewogene Teilnahme an kollaborativer Gruppenarbeit vor Ort. Bei der Arbeit mit Single-Display-Groupware, wie z. B. Multi-Touch Tischen, werden die Informationen unter einem bestimmten Blickwinkel angezeigt, wodurch die um den Tisch herum befindlichen Benutzer im Zugriff auf die Informationen benachteiligt werden, was die Effektivität der Gruppenarbeit beeinträchtigt. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die kognitiven Prozesse des einzelnen Nutzers. Sie stellt Untersuchungen zu den Auswirkungen der Kosten mentaler Normalisierung auf den Zugang zu Informationen vor, welche in rotierten Datenvisualisierungen präsentiert werden, und untersucht Gestaltungsoptionen zur Reduzierung dieser Kosten. Die Untersuchungen wurde in zwei Studienlinien organisiert. Die erste Studienlinie befasste sich mit der Bestätigung der Kosten der mentalen Normalisierung für gedrehte Balkendiagramme und der Erkundung möglicher Designoptionen zur Reduzierung dieser Kosten. Die zusätzliche kognitive Belastung durch mentale Normalisierungsprozesse wurde bestätigt. Die Reaktionszeiten für rotierte Diagramme waren signifikant größer als für Unrotierte. Eine getrennte Rotation von Diagrammbeschriftungen und Diagramminhalten ergab, dass die Beschriftungen ein wesentlicher Faktor für die zusätzlichen mentalen Normalisierungskosten sind. In der Folge konzentrierten sich die Interventionen zur Verringerung der zusätzlichen Belastung durch die mentale Normalisierung auf unterschiedliche Beschriftungsdesigns. Sowohl die Substitution der Beschriftungen durch Piktogramme als auch eine Farbcodierung der Beschriftungen erwiesen sich als wirksam, um die Antwortgeschwindigkeit zu erhöhen, wobei die Farbcodierung etwas wirksamer war als die Piktogrammbeschriftung. Darüber hinaus wurde die Verwendung redundanter, aber invertierter Beschriftungen auf ihre Wirksamkeit getestet. Während die ersten Ergebnisse vielversprechend schienen, war die Anwendung auf Datenvisualisierungen von begrenztem Nutzen. Die Anzeige von doppelten Beschriftungen erhöhte die Gesamtreaktionszeit für alle Rotationsbedingungen, verringerte aber den Unterschied zwischen ihnen. Wir nannten dies den ”Justice Effect”. In einer zweiten Studienreihe wurde der mögliche Nutzen der mentalen Normalisierung für das Langzeitgedächtnis untersucht. Die Ergebnisse zeigten keinen solchen Nutzen und wiesen auf mögliche negative Effekte hin. Insgesamt bietet diese Arbeit neue Einblicke in die Auswirkungen der mentalen Normalisierung auf den Zugang zu Informationen, die in Datenvisualisierungen in einer kollaborativen Arbeitsumgebung dargestellt werden. Sie zeigt auch mögliche Interventionen auf, um diese Kosten zu reduzieren und so die Zugänglichkeit der Informationen für alle Nutzer, unabhängig von ihrem Standpunkt, zu nivellieren.

Equal access to information is a prerequisite for equal participation in collaborative co-located group work settings. Working on Single Display Groupware, such as Multi-Touch Tables, information is displayed with a specific point of view in mind. This puts the users located around the table on a disadvantage in accessing the information, thus reducing the effectiveness of the group work setting. This thesis focusses on the cognitive processes of the individual user. It presents research on the impact of mental normalization costs on the access to information presented in rotated data visualizations and explores design options to reduce these costs. The research was organized in two lines of study. The first line of study was concerned with the confirmation of the cost of mental normalization for rotated bar graphs and exploring possible design options to reduce these costs. The additional burden of mental normalization processes on the cognitive system was confirmed. Response times for rotated displayed diagrams where significantly longer than for unrotated displays. A separate rotation of diagram labels and diagram content revealed the written labels to be a major factor in the additional mental normalization costs. Subsequently, the interventions to reduce the added burden of mental normalization were focused on different label designs. Both, the substitution of written labels with pictographs and color-coding the labels showed to be effective in increasing overall response speed, with color-coding being slightly more effective than pictograph labels. Additionally, the use of redundant, but inverted labels was tested for its effectiveness. While initial results seemed promising, the application to data visualizations were of limited usefulness. Double label displays increased the overall response time for all rotation conditions, but reduced the difference between them. We called this the ”justice effect”. In a second line of study, the potential benefits of mental normalization for long-term memory formation were investigated. The findings showed no such benefits and pointed towards potential adverse effects. Overall, this thesis provides new insights into the impact of mental normalization for the access to information presented in data visualizations in a collaborative work setting. it also showed potential interventions to reduce these costs and thus levelling the accessibility of the information for all users, regardless of their point of view.