Research Report
Information Animation Applications in the Capital Markets
William Wright Visible DecisionsInc. Toronto, Canada wwright@vizbiz.com
Abstract
contour plots of statistical and scientific visualization. It is now possible, on an inexpensive workstation, to build, display and have updated in real time, visual scenescomprised of abstract 3D geometrical forms. The viewerrsquo;s point of view can move through these 3D scenes, which have been constructed of simple and/or complex objects, and the objects themselves can move within the scenes. Desktop workstations can now move hundreds of thousands of independent 3D polygons per secondon a display console.
Military and industrial simulations make use of this computer graphics power in applications that portray realistic visual scenesshowing tank combat in urban centers, or merchant marine vesselsdocking in busy harbors. However this same hardware technologycanbeusedinmanagementandknowledge worker tasks. “Information animation” is the application of this level of computer graphics power to data intensive, time critical, decision making tasks where the 3D landscapecomprises numerical / textual dataandanalyticalmodels.
To support decision making tasks, information animation uses 4D (3D plus motion) graphics. By itself, 3D is not sufficient. The 3D display of data is not a new concept and has often been used as a communication medium when more emphasis on impact rather than insight is desired. 3D does not lend itself to rigorous comparative analysis becauseof the distortions arising from a perspective view and occlusion. However, by using motion and animated interaction, it is possible to use 3D as a reliable, accurate and precise decision-support tool. To quote James Clark, the founder of Silicon Graphics Inc., “To make 3D work, you need to make it move.”
This new 3D and motion capability, which we call information animation, allows a higher level of expression, a significant increase in the amount of datadisplayed,and a broaderscopeof application.
This paper provides a number of examples of information animation applications in the securities industry. These examples are drawn from equity trading analytics and fixed-income risk management. Many other applications are suggested as well, including OTC trading, equity trading execution and equities risk viewing. Before the discussion of these various applications, there is a brief review of how data visualization has been used in the past, why it works so well, and the importance of graphic design.
30 computer
expressive. It is possible to display an entire securities market, like the Samp;P 500, on a single screen. A complex inventory of 3,000 positions can also easily fit on a single screen. With the correct approach to the visual design of the layout, these massive amounts of information can be quickly and easily comprehended by a human observer. By using motion and animated interaction, it is possible to use 30 as a reliable, accurate and precise decision-support tool.
Information animation applications are particularly suited to the securities industry because that is where wefind huge amounts of data, the value
of which declines rapidly with time, and where critical decisions are being made on this data in very short periods of time. Information animation technology is an important new tool for the securities industry, where people need to be in the decision-making loop without sufsering from information overload.
Several examples are discussed including equity trading analytics, fixed income trading analytics and fixed-income risk viewing. Risk viewing is
generalized to include instruments and markets beyond fixed-income, namely equities, derivatives, and foreign exchange. In each case, the common elements are positions, models of asset value, parameterized models of risk sensitivity, and scenario projections. These visual risk models more easily allow control and guidance of risk exposure over a wide variety of scenarios and stress tests.
1 Introduction
Three-dimensional computer graphics can be extremely expressive. With the correct approach to the visual design of the layout, massive amounts of information can be quickly and easily comprehended by a human observer.
2 Origins of Data Visualization
The origins of data visualization are in the statistical and scientific disciplines. The majority of early work involved 2D analysis of multidimensional and multivariate data sets via static images and graphs. These static 2D images are useful in analysis but have more merit in the presentation of final results. Prominent statistician John Tukey [91 was a pioneer of exploratory data analysis.
More recently, dynamic graphicshavebeenused in, for instance, spinning 3D data plots. “Dynamic” in this context also means direct manipulation by the user, where the user interacts directly with the graphics by use of the mouse. Dynamic graphics much more readily supportsthe processof finding and understanding patterns and anomalies in the data, as shown by Cleveland [ 11.
In the sciences, 3D visualization is typically used in analysis and presentation. Faced with understanding the large amounts of data generatedin simulations and computational experiments, scientists often turn to visualization as the only practical way to digest the stacks of output created by overnight runs on supercomputers. Converting the stacks of output into a static 3D image is a useful way to sift through the information overload and pick out the patternsand anomalies of interest. Visualization broadened the scope of scientific exploration by expanding the horizon of what could be understood.
The National Center for Supercomputing
Applications hascreatedinnovative 3D animationsfor
data visualizat
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研究报告
信息动画在资本市场的应用
William Wright Visible DecisionsInc多伦多，加拿大wwright@vizbiz.com
抽象统计和科学可视化等效图。现在，在廉价的工作站上，可以建立、显示和实时更新由抽象的3d几何形式组成的视觉场景。观看者的观点可以通过这些由简单和/或复杂的物体构成的3d场景移动，而物体本身可以在场景内移动。桌面工作站现在可以在显示控制台上每秒移动数十万条独立的3d多边形。
军事和工业模拟利用这种计算机图形能力来描绘现实的视觉场景，显示城市中心的坦克战斗，或商船在繁忙的港口的码头。然而，同样的硬件技术可以用于管理和知识工人的任务。 “信息动画”是将这种水平的计算机图形能力应用到数据密集、时间关键的决策任务中，其中3d景观环境包含数字/文本数据和分析模型。
为了支持决策任务，信息动画使用4d（3d 动态）图形。光靠3d本身是不够的。数据的3d显示并不是一个新概念，当人们更强调影响而不是洞察力时，它常常被用作一种交流媒介。3d本身不适合进行严格的比较分析，因为从透视和遮挡角度产生的扭曲。然而，通过使用运动和动画交互，3d可以作为一种可靠、准确和精确的决策支持工具。引用硅图形公司的创始人James Clark的话说，“要想让3d工作起来，你需要让它动起来。”
这种新的3d和运动能力，我们称为信息动画，允许更高的表达水平，数据播放量的显著增加，以及应用范围的扩大。
本文举例介绍了信息动画在证券业中的应用。这些例子来自股票交易分析和固定收益风险管理。许多其他应用也被推荐，包括场外交易、股票交易执行和股票风险观察。在讨论这些不同的应用之前，我们先简要回顾一下数据可视化在过去是如何使用的，为什么它工作得这么好，以及图形设计的重要性。30台电脑有表现力。在一个屏幕上显示整个证券市场是可能的，就像samp;p 500一样。3,000个职位的复杂库存也可以很容易地装在一个屏幕上。有了正确的视觉设计方法，这些大量的信息就可以被人类观察者快速而容易地理解。通过使用运动和动画交互，可以使用30作为可靠、准确和精确的决策支持工具。信息动画应用特别适合证券业，因为在那里我们发现了大量的数据，价值其中，随着时间的推移而迅速下降，而且在非常短的时间内对这些数据作出了关键的决定。信息动画技术是证券业一种重要的新工具，人们需要在不受信息超载影响的情况下参与决策。
讨论了股票交易分析、固定收益交易分析和固定收益风险观察等几个实例。风险观察是
广义地包括固定收益以外的工具和市场，即股票、衍生品和外汇。在每种情况下，共同要素是头寸、资产价值模型、风险敏感性参数化模型和情景预测。这些视觉风险模型更容易控制和指导风险暴露在各种各样的场景和压力测试中。
1导言
三维计算机图形可以是极具表现力的。有了正确的视觉设计方法，大量的信息就能被人类观察者快速而容易地理解。
2数据可视化的起源
数据可视化的起源存在于统计和科学领域。早期的大部分工作是通过静态图像和图形对多维和多变量数据集进行二维分析。这些静态2d图像在分析中是有用的，但在最终结果的呈现中有更多的优点。著名的统计学家John Tukey是探索性数据分析的先驱。
最近，动态图形被用于，例如，旋转3d数据图。在此上下文中的“动态”还意味着用户直接操作，用户通过鼠标直接与图形交互。动态图形更易于支持查找和理解数据中的模式和异常的过程，如克利夫兰所示。
在科学领域，3d可视化通常用于分析和展示。面对在模拟和计算实验中产生的大量数据，科学家们常常转向可视化，以此作为消化在超级计算机上连夜运行所产生的大量产出的唯一实用方法。将输出栈转换成静态的3d图像是筛选信息重载并找出感兴趣的模式和异常的有效方法。可视化扩大了科学探索的范围，扩大了可以理解的范围。
国家超级计算中心应用创造了创新的3d动画数据可视化[4]。其中最著名的动画研究是关于空气中烟雾的形成洛杉矶地区.传统的逐帧动画方法.每个帧被渲染然后转移到录像带上，以标准视频速度观看每秒30帧。当运动实现的时候，它不是互动的。浏览者仅限于有决心的演讲集和有意义的框架。你会看到人，汽车，交流预先设想的信息。这些
可视化不支持数据分析，因为信息被提取并被优先考虑.为了交流互动3d信息可视化的一些最好的例子。已经建造了许多原型。这些例子使用户能够更好地理解大型数据集的结构，方法是允许从不同角度查看数据，在数据中飞行，以及交互地检查和重新安排信息对象。在这些例子中，视觉呈现的结构是由数据本身的层次结构或线性结构提供的。这提供了一个自然数据定向框架，并且是在提供与决策任务一致的应用程序方面向前迈出的一步。
在财务数据可视化中，没有物理地理来提供组织结构。与数学函数中的变量相对应的维度可以提供一个组织结构。金融数据可视化的第一个例子是Steven Feiner和Clifford Beshers[2]通过交互操纵三维空间中六个变量的期权市场价值函数来探索期权组合的价值。更高的维度是通过将一个三维空间嵌入到另一个空间中来实现的。这提供了一个数学上正确的连贯的框架，但在感知上仍然被证明不如地理结构那样自然和容易理解。
对于抽象信息可视化，我们相信过程和决策模型提供了一个更自然的框架。与决定的基本原理相对应的视觉布局，将人的感知能力与人的判断能力结合起来。信息可视化扩展到包括决策可视化。
3人类视觉知觉和认知能力
Anne Treismandescribesit[7]。如果你在一个陌生的城市里走出来，你就会立刻意识到
在科学可视化中，3d图像总是基于一个潜在的物理结构。例如，烟雾研究在洛桑格盆地的3d地图上提供了覆盖的数据。无论是在物理学、分子、化学还是生物学研究中，图像都使用元素本身的物理结构。具有基本XYZ位置排列的一致数据集为3d图像提供了一个自然且易于理解的框架。[3,51]此作品以卡片、镶嵌和罗伯逊提供建筑物，树木。你将不会发现颜色，边缘，运动和距离，并把它们组合成多维的，你将从内存中检索身份和标签。有意义的整体似乎先于部分和属性。这个显而易见的成就是不断重复的。
可视化之所以有效，是因为视觉皮层支配着感知，而感知过程的关键环节在没有有意识思维的情况下迅速发生。这种人类的可视化能力可以用来显示大量的数据，并突出显示隐藏在数据中的模式。可视化可以提高数据的感知能力。通过用人的长处和弱点来设计形象化，就有可能利用人的本性能够识别结构和模式，并在记忆和注意力中规避人的局限。人类的大脑擅长处理图像和识别模式。这与大脑处理数字和字母的行和列的方式形成对比。在一个紧张的，时间紧迫的环境中，这是相互关联的数字的宝贵价值。使用信息动画，数据的大小、颜色、形状和运动都可以用来表示你想要的信息及其意义。对感知和认知的科学研究为可视化如此强大提供了一些解释，但仍有许多有待理解的地方
视觉处理的某些方面似乎可以同时完成整个视觉领域。视觉处理的某些方面也是自动的，因为它不需要关注视觉领域的任何一个部分。视觉处理的其他方面似乎取决于注意力的集中，并且是连续的，或者一次一个，就好像一个精神聚光灯从一个地方移到了另一个地方。可视化的任务包含了人类行为的预应力和专注。心理研究，seerogowitz，等等，已经表明，某些视觉刺激吸引注意力，可以平行的，并且被观察者毫不费力地感知。在需要有意识或专注的思考之前，这些极其有效的预应力的视觉竞争就已经开始了。强大的可视化被设计为既包含前置注意力又包含注意力的过程。预先注意编码的属性可用于识别可视化中需要进一步注意的区域。
在我们如何表示数据方面，几乎有无限的自由。困难的问题是如何最好地表达自己的意见。需要扩大对图形感知的研究，以考察新的表征技术的有效性，如新形式的3d几何、动画、透明度、深度和连接。在缺乏科学推导的规则的情况下，有必要依赖图形设计行业。
4个图形设计
虽然科学并不总是能够解释这些功能并提供明确的理由，但是图形设计行业已经发展出了非常有效的发展图形设计过程中存在着严格和规律，其目的是揭示而不是模糊。图形设计方法在很大程度上是从处理打印介质中使用的二维图形发展而来的。然而，他们的精神和义务直接适用于4d介质。
在4d信息动画应用中，图形视觉设计（即形状、布局、颜色）的成功对应用的成功至关重要。图形元素需要被适当地选择和安排以揭示数据和关系。糟糕的图形设计将模糊数据及其意义。视觉设计只是需要完美。用户必须看到消息，而不是媒体。
根据Tufte的说法，在图形上有很好的一致性，复杂的思想清晰、精确、高效地表达出来。图形显示应引导观察者思考物质，在一个小的空间中呈现许多数字，使大的数据集连贯一致，鼓励眼睛比较不同的数据块，揭示数据的几个层次的细节，从广义的概述到精细的结构。图形显示数据，可以比传统的数字计算和显示更精确和显示。不连续或异常。然而，正如你所看到的那样，正向和负向扩展之间的界限是粗糙的。在这些国家之间存在着正向的分布。
从人类感知和认知的角度来看，在这个原型中发生了什么也是很有趣的。这是一个20 x20的分布矩阵，显示在20天内，总共有8000个分布。与交易员传统的报价屏幕或电子显示屏（最多可以显示80种价差）相比，这是显示信息的两个数量级的改进。该显示允许用户在几秒钟内挑选感兴趣的项目。此外，这些项目是在支持知情评价的背景下提出的。相关仪器在同一风景附近显示。在任何时候，用户都可以点击异常点并检索数字和文本数据，这些数据描述了问题和他们的值。
另一个结论是原型有整个“扩散”场运动。信息动画的目的之一是能够嵌入运动中的信息。用户可以在屏幕上看到波浪运动。波浪的细微差异表明在几个扩展区域会出现延迟和预期，可以很快察觉和探测到。8项固定收入风险管理下一个例子是固定收益清单应用程序。该公司的债券库存有3000多个头寸。长的位置是绿色的，短的位置是粉红色的。左轴显示投资组合和交易集团。前轴显示成熟的时间。高度用于显示位置的值。沿着景观的前面是一条贯穿各交易集团的总线。在后面是一个基于一套基准的投标收益率的收益率曲线。
色板6显示的是收益曲线移位方案中每个位置的损益。还可以显示其他资产价值模型(例如基点或基准等值的加权价格值)。用户可以指向其中一个位置，并检索与该位置的大小、问题和发行者有关的详细描述和文本细节。..
动画在此场景中用于帮助评估市场风险（即利率变化引起的风险）。收益曲线可以在偶数或不均匀的位移中移动，随着移动，可以评估对库存预测损益的影响。预测的p l值随大小的增加或减少而变化。用户可以快速看到库存被对冲的地方（即对利率的变化不敏感），也可以看到库存的位置和程度。预测的p l是使用预先计算的固定收益分析参数计算的，例如：1的美元价值（即利率变化百分比的单位价值）和凸度（即由于利率的变化)。假设情况p l的计算是快速完成的，这样p l值就会与收益率曲线的变化发生交互变化。
用户可以通过多种方式与此场景进行交互。一个或多个债券发行者可以从所有发行者的名单中选择。然后在清单中突出这些问题中的相应位置，以便用户能够看到所持有的和所持有的。然后，该总线显示选定的发行人总数。市场风险情景可以在选择集上进行。另一种类型的查询示例是基于位置大小并使用滑块实现的筛选器。用户可以过滤所有的小的长的和短的位置，所以景观只显示大的大小位置。
这一风险观察景观提供了几个结论。一个在线系统可以显示每个屏幕大约20至40个位置。3,000或更多位置的3d景观展示。使用查询和筛选，可以突出显示可能隐藏在数字显示中的模式。我们相信三维视觉方法比传统的计算机数字播放提供在数小时内提供更多的洞察力。
另外9个例子
信息动画应用在证券业的许多领域都具有重要价值。风险观察应用可以扩展到固定收益以外的工具和市场，包括股票、衍生品和外汇。在每种情况下，应用程序的共同要素是位置、资产价值模型、风险敏感性参数模型和情景预测。有效的风险可视化需要直接操作利率风险、波动性风险、货币风险和信贷风险等风险参数。这些视觉风险模型更容易控制和指导风险暴露在各种各样的场景和压力测试中。简单的风险参数组合将迅速揭示暴露的位置，并有助于建议更有效的风险管理策略。
另一个信息动画应用程序可以在场外交易（场外交易）市场上开发。纳斯达克二级市场制造商数据为所有股票市场制造商提供报价和信息。一般来说，有10到50个市场。目前正在使用的数字公平交易显示器仅限于一次只显示一个股票的市场制造者的活动。此外，用户一次只能看到15到20个市场制造商，而且必须来回页面才能看到其他市场制造商。考虑到个体交易者
在大约10种股票的市场上，交易员要么不断地浏览20或30个屏幕，要么就是看不清其他市场开发商在做什么。一个信息动画景观很容易显示在一个屏幕上，所有的市场制造者一个由10股股票组成的观察名单。各市场主体的当前活动，自市场开放以来的活动，以及各方面的分析都是同步进行的。
类似的概念也适用于伦敦证交所和伦敦证交所的交易。这两个交易所都公布了经纪人在投标、询问和交易中的身份。一个信息动画画面可以显示谁在交易什么股票和价格水平。对于50种或50多种股票，可以在一个屏幕上看到每个以出价或报价进行交易的经纪人，他们的成交量加权平均价格（vwap），以及他们的交易在一天中发生了怎样的变化。这是完全不可能做任何其他方式。这种显示可以提供一个新的层次的直观洞察力和经验证的交易性能。
股票交易的执行是另一个可以受益于信息动画的任务。在任何给定的资产管理公司中，数百种买卖短期订单可能需要在一天内执行。这些订单需要通过不同的流动性来源进行优化管理，比如petrate、dot和路透社instinet。信息动画场景允许从许多投资组合中聚合订单，然后允许将这些订单路由到适当的交易系统。每个订单的状态和执行质量可以同时在一个屏幕上显示百次订单。
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