Data visualisation in virtual reality

Abstract

Data visualisations are needed more than ever to understand the vast abundances of data that have surfaced. Visualisations can be used to convey the meaning behind the data. They can also be used as a method of data analysis. For long, data visualisations have been presented with two-dimensional media such as paper, chalkboards and computer monitors. As virtual reality technologies become more advanced and commercially available for the average consumers, visualisation can be brought into a whole new dimension of representation and interaction.

The project was started based on the idea of building a data visualisation application that can be viewed through head-mounted displays and interacted with motion controllers. The application was constructed with Unreal Engine 4 game engine and the tools associated with it. During the development of the application, different features and data visualisation methods were evaluated and included in the final application when appropriate.

The resulting application was a three-dimensional scatter plot visualiser that could be operated through a head-mounted display and motion controllers. With head-mounted displays, the users of the application could easily view the visualization from different perspectives. Motion controllers could be used to move, rotate and stretch the visualisation. The application supported visualising variables on four axes: three spatial dimensions and one colour axis. An implementation of t-SNE dimension reduction algorithm was also included in the application among other data analysis tools.

Although the project finished successfully and the final result was functional, many ideas and feature requests from the assignors were left for future development.

Datavisualisointia tarvitaan enemmän kuin koskaan ennen massiivisten tietomäärien ymmärtämisessä. Visualisoinneilla voidaan viestiä tiedon merkitys graafisessa muodossa. Niitä voidaan käyttää myös data-analyysin aputyökaluina. Datavisualisointi on perinteisessä merkityksessään ollut aina datan projisoimista kaksiulotteisille pinnoille, kuten paperille tai tietokonenäytöille. Virtuaalitodellisuusteknologioiden ja kaupallisten toteutusten yleistyessä datan visualisointi voidaan viedä lähemmäksi käyttäjää kuin koskaan ennen.

Projektia lähdettiin rakentamaan datavisualisointiohjelmana, jota voitaisiin käyttää virtuaalilasien ja liikeohjaimien avulla. Ohjelma rakennettiin Unreal Engine 4 pelimoottorin ja sen kanssa käytettävien työkalujen avulla. Ohjelman kehityksen aikana testattiin useita eri kokeellisia ominaisuuksia ja visualisointimetodeja. Näistä lisättiin lopulliseen ohjelmaan vain ne, joista todettiin olevan hyötyä.

Lopullinen datavisualisointiohjelma oli kolmiulotteisten pistekaavioiden piirto-ohjelma, jota pystyi käyttämään virtuaalilasien ja liikeohjaimien kautta. Virtuaalilasien avulla ohjelman käyttäjät pystyivät katsomaan visualisaatiota valitsemistaan perspektiiveistä. Liikeohjaimia voitiin käyttää kaavion liikuttamiseen, kääntämiseen ja venyttämiseen. Ohjelma tuki muuttujien piirtämistä neljälle eri akselille: kolmeen tilaulottuvuuteen ja yhdelle väriakselille. Ohjelma sisälsi myös muutamia data-analyysityökaluja, kuten t-SNE-ulottuvuuksien vähennysalgoritmin.

Vaikka projekti päättyi onnistuneesti ja lopputulos oli täysin toimiva, runsaasti ominaisuuksia ja toimeksiantajien toivomuksia jätettiin jatkokehitykselle.