Un nuovo modo di etichettare i grafici

Quando si creano grafici, è importante che le Etichette siano facili da leggere e non si sovrappongano con altre etichette o grafiche. Questo diventa una grande sfida quando ci sono molti punti dati in un grafico. Se qualcuno dovesse posizionare le etichette a mano per ogni punto, ci vorrebbe un sacco di tempo.

Per rendere tutto più semplice, abbiamo bisogno di un sistema che possa organizzare automaticamente le etichette per grafici con molti punti dati. I metodi più recenti usano tecniche complicate per capire dove possono andare le etichette senza sovrapporsi. Tuttavia, questi metodi possono essere lenti e complessi, specialmente quando ci sono molti segni o se i segni sono di grandi dimensioni.

In questo lavoro, presentiamo un nuovo modo di posizionare le etichette usando un metodo Bitmap. Un bitmap è una griglia che ci aiuta a tenere traccia di dove si trovano i segni. Rasterizzando (o convertendo) i segni in un formato bitmap basato sullo spazio che occupano nel grafico, possiamo vedere rapidamente dove posizionare le etichette senza causare sovrapposizioni.

Questo sistema bitmap ci consente di posizionare le etichette in modo efficiente, sia che ci siano molti segni o se i segni siano forme complicate. Funziona più velocemente dei metodi precedenti, mantenendo risultati simili in termini di numero di etichette posizionate.

#Importanza delle Etichette di Testo

Le etichette di testo aiutano a fornire dettagli su punti dati specifici nei grafici. Per garantire chiarezza, queste etichette non devono sovrapporsi con altri elementi grafici. Poiché posizionare le etichette manualmente può richiedere molto tempo, ricerche precedenti hanno esaminato metodi di etichettatura automatica.

Tuttavia, poiché il posizionamento delle etichette spesso dipende dalla posizione di altre etichette, trovare l'arrangiamento perfetto può essere molto difficile. Il problema diventa ancora più complicato se consideriamo che alcuni metodi possono richiedere molto tempo per essere eseguiti, specialmente in applicazioni interattive.

Per velocizzare le cose, alcuni algoritmi utilizzano un metodo più semplice chiamato approccio vorace. Questo significa che trovano rapidamente posizioni preferite per ogni etichetta e le posizionano lì se i posti sono liberi. Se tutte le opzioni portano a sovrapposizioni, saltano quella specifica etichetta. Questo metodo è molto più veloce ma ha ancora difficoltà a determinare se le etichette si sovrappongono.

#Rilevamento Efficiente delle Sovrapposizioni

Un metodo semplice per controllare le sovrapposizioni è confrontare la posizione di una nuova etichetta con tutte le etichette esistenti. Tuttavia, questo approccio può diventare molto lento quando ci sono molti punti dati in un grafico.

Un metodo più veloce chiamato Etichettatura Basata su Particelle osserva gruppi di punti noti come particelle per controllare le sovrapposizioni. Questa strategia funziona bene per forme piccole come i punti in un grafico a dispersione ma può richiedere molti calcoli per forme più grandi.

Il nostro obiettivo è rendere gli algoritmi di posizionamento delle etichette più veloci ed efficienti migliorando il modo in cui controlliamo le sovrapposizioni. Introduciamo il nostro sistema bitmap come un nuovo modo per tenere traccia delle sovrapposizioni e rendere più facile etichettare diversi tipi di grafici.

#Bitmap per un Posizionamento Più Veloce delle Etichette

Il bitmap di Occupazione è uno strumento che aiuta a rilevare rapidamente se una nuova etichetta si sovrappone a segni esistenti. Il bitmap è una griglia bidimensionale dove ogni punto ci dice se è occupato. La magia di questo sistema è che ci permette di usare controlli rapidi per vedere se un'etichetta può essere posizionata in una posizione specifica.

Quando rasterizziamo (o creiamo un'immagine) dei segni sul bitmap, possiamo controllare rapidamente se ci sono spazi liberi per nuove etichette. La velocità di controllo delle sovrapposizioni è buona perché dipende solo dalla grandezza del grafico e dell'etichetta, non dalla complessità o dal numero di segni esistenti.

Questo nuovo approccio bitmap rende facile vedere se uno spazio è disponibile per un'etichetta e contrassegnarlo come occupato dopo aver posizionato un'etichetta. Questo significa che possiamo controllare e aggiornare rapidamente gli spazi man mano che vengono aggiunte nuove etichette.

#Applicazione del Metodo Bitmap

Abbiamo testato il nostro metodo di etichettatura bitmap su diversi tipi di grafici, tra cui grafici a dispersione, grafici a linee e mappe. L'algoritmo funziona prima rasterizzando tutti i segni nel bitmap e poi posizionando tutte le etichette in una sola volta.

Per grafici a dispersione e grafici a dispersione connessa, utilizziamo il bitmap per controllare se le posizioni candidate attorno ai segni sono disponibili. Nei grafici a linee, posizioniamo un'etichetta alla fine di ogni linea. Per le mappe, utilizziamo di nuovo il bitmap per controllare se le posizioni candidate sono libere.

#Confronto con Altri Metodi

Per vedere quanto bene si comporta il nostro metodo bitmap rispetto agli approcci esistenti, lo abbiamo confrontato con l'Etichettatura Basata su Particelle su una mappa che includeva molti aeroporti e i loro collegamenti. Il nostro algoritmo bitmap ha costantemente performato meglio, risultando almeno il 22% più veloce mentre posizionava un numero simile di etichette.

#Etichettatura nei Grafici ad Area Impilata

Nei grafici ad area impilata, le etichette possono andare ovunque dentro l'area che rappresentano, ma averle in spazi più aperti è una buona strategia. Se un'etichetta non ha abbastanza spazio all'interno dell'area, può estendersi un po' all'esterno purché non si sovrapponga con altre etichette e il centro dell'etichetta sia all'interno dell'area.

Per posizionare le etichette nei grafici ad area impilata, utilizziamo un algoritmo diverso che si basa sul bitmap ma si concentra sull'area stessa. Prima rasterizziamo i confini delle aree nel bitmap. Poi, esploriamo i punti possibili all'interno di queste aree per posizionare le etichette.

Esploriamo due metodi per trovare questi punti: uno che considera tutti i pixel all'interno dell'area per il miglior posizionamento e un altro che restringe la ricerca in base ai punti dati che definiscono l'area. Il secondo approccio è più veloce ma potrebbe non trovare sempre il miglior spazio vuoto intorno a ciascuna etichetta.

#Integrazione in Vega

In Vega, il nostro algoritmo di etichettatura è integrato come una trasformazione che riordina i segni di testo per garantire che non ci siano sovrapposizioni. Questo viene fatto utilizzando tre parti principali: definire i segni di base, i segni di testo che rappresentano le etichette e collegare questi attraverso la geometria reattiva, che consente al testo di trarre informazioni dai segni di base.

#Integrazione in Vega-Lite

In Vega-Lite, includiamo le etichette come canali di codifica piuttosto che tramite una trasformazione. Questa scelta progettuale rende più facile per gli utenti aggiungere etichette poiché non devono conoscere i complessi meccanismi interni di Vega. Le etichette possono essere trattate come un'altra caratteristica dei segni, simile a colore o posizione.

#Comportamenti Predefiniti e Configurazione

Ci assicuriamo che il processo di etichettatura sia user-friendly fornendo comportamenti predefiniti a seconda del tipo di segno utilizzato. Ad esempio, le etichette per i segni delle barre sono posizionate alle estremità delle barre, mentre le etichette per i punti e altre forme sono posizionate vicino a quei punti.

La configurazione consente agli utenti di definire quanto possono estendersi le etichette e incorporiamo diversi metodi per come vengono disposte le etichette. La scelta dei metodi e delle loro configurazioni aiuta gli utenti a personalizzare i propri grafici per una migliore chiarezza visiva.

#Conclusione e Direzioni Future

Abbiamo introdotto il bitmap di occupazione come un nuovo modo per rilevare rapidamente le sovrapposizioni tra etichette e altri segni grafici nei grafici. Quando combinato con il nostro algoritmo di posizionamento delle etichette vorace, questo metodo funziona bene su vari tipi di grafici.

Mostriamo che il nostro algoritmo basato su bitmap funziona più velocemente rispetto ai metodi precedenti mantenendo un numero efficace di etichette posizionate. Integrando il nostro sistema di etichettatura in Vega e Vega-Lite, abbiamo reso più facile per gli utenti creare visualizzazioni chiare senza preoccuparsi delle sovrapposizioni delle etichette.

Il lavoro futuro potrebbe includere l'applicazione di questa tecnica bitmap ad altri tipi di grafici che necessitano di strategie di posizionamento diverse. Miriamo a migliorare le esperienze interattive ottimizzando il modo in cui le etichette vengono rese durante azioni come zoom e panoramica, garantendo chiarezza e velocità per gli utenti con dataset più grandi.