Ein erweitertes Mapping-Konzept zur Visualisierung sehr großer Datenmengen

Ein erweitertes Mapping-Konzept zur Visualisierung sehr großer

Datenmengen

Diplomarbeit

Axel Radloff

Gliederung

1. Motivation

2. Konzept

3. Entwickelte Techniken und Beispiele3.1 Klassische visuelle Attribute

3.2 Optische Täuschungen

1. Motivation

• Vielzahl von Visualisierungen– Funktionieren für eine begrenzte Anzahl von

Daten gut– Werden oft bei großen Datenmengen schnell

unübersichtlich (Visual Clutter)

1. Motivation

• Kategorisierung von Visual Clutter– Unübersichtlichkeit– Verdeckung

• Räumliche Verdeckung• Farbliche Verdeckung

– Farbmischung– Unterscheidbarkeit

1. Motivation

Unübersichtlichkeit• Viele (fast

identische) Elemente auf kleinem Raum

• Übersicht geht verloren

• Auffinden von Informationen fast unmöglich

1. Motivation

1. Motivation

Räumliche Verdeckung– Ein Datenwert verdeckt ein oder mehrere

andere Datenwerte dadurch, dass sie auf das selbe Pixel abgebildet werden

1. Motivation

Farbliche Verdeckung– Nach [Fua 99] ist Kolorierung unumgänglich– Dadurch Unterscheidbarkeit nicht zweifelsfrei

möglich

1. Motivation

Farbmischung• Neue Farbe durch Transparenz• Eindeutige Interpretation nicht mehr

gewährleistet

1. Motivation

Unterscheidbarkeit• Ähnliche Farbtöne nicht unterscheidbar• Verstärkt mit zunehmendem Abstand und

abnehmender Größe

1. Aktuelle Ansätze

Unübersichtlichkeit:• Information Hiding• Focus & Context• Overview & Detail

Verdeckung:– Räumliche Verdeckung

• Clustering• Random Sampling

– Farbliche Verdeckung• Transparenz• Subzellenzerlegung

2. Konzept

3 Stufen der Informationsvermittlung [Bertin82]:– Elementare Stufe

• Darstellen der elementaren Information

– Obere Stufe• Darstellen von Perioden, die durch die Gesamtheit der

Faktoren (elem. Info.) gebildet werden

– Mittlere Stufe• Darstellung der Gruppen, die zwischen den Extremen liegen• Ermöglicht die Beziehungen innerhalb der Gesamtheit zu

analysieren

2. Konzept

Klassisches Mapping– 1:1 Mapping

• Elementare Stufe vorhanden• Obere-/Mittlere Stufe nur implizit oder gar nicht

– n:1 Mapping• Elementare Stufe fehlt • Obere-/Mittlere Stufe vorhanden

Erweitertes Mapping– 1:n Mapping

• Elementare Stufe + Mittlere Stufe + Obere Stufe gleichzeitig darstellbar?

2. Konzept

• Erweitern des klassischen Mappingansatzes– Ausnutzung des menschlichen visuellen

Systems – Berücksichtigung des

Visualisierungsergebnisses

2. Konzept

BildDaten

Klassisches Mapping

XOR

2. Konzept

Bild

???

Daten OR

Erweitertes Mapping

2. Konzept

Anforderungen:– Übergreifendes Konzept

• Keine Insellösungen

– Keine Berücksichtigung der darzustellenden Daten• Kein Clustern

– Ansätze zur Lösung der dargestellten Probleme bereitstellen

• Kein Produzieren neuer Probleme

– Berücksichtigen der menschlichen Wahrnehmung

2. Konzept

• Nutzung von Redundanzen– Abbilden von Attributen auf mehrere

unabhängige visuelle Parameter• Farbe + Größe• Farbe + Form• Farbe + Muster• Farbe + Richtung• Farbe + redundante Position • Farbe + Größe + Richtung

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

Farbe + Größe

• Erkennbarkeit der elementaren Information gewährleisten

• Grundlage für weitere Anwendung von Form, Muster und Richtung

• Kompensation der Einwirkung von Leuchtkraft auf empfundene Größe

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Einzelne Pixel kaum wahrnehmbar

• Unterscheidung der Farben nicht möglich

• Anwendung von Form, Muster und Richtung nicht möglich

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Elementare Information sichtbar (wenn nicht verdeckt)

• Anwendung von anderen visuellen Attributen möglich

• Höherer Platzbedarf

• Mehr Verdeckung

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Elem. Information weiterhin sichtbar

• Anwendung von Form und Richtung weiterhin möglich

• Weniger Verdeckung

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

Farbe + Form

• Redundanz in der Wahrnehmung

• Unterstützt Separierung von nominalen Daten

• Einbeziehung Farbfehlsichtiger ohne Änderung der Farbskala möglich

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Spontane und eindeutige Separierung

• Unterscheidbarkeit von Farben erleichtert

• Höherer Platzbedarf

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Weniger Verdeckung

• Vorteile bleiben erhalten

• Keine Anwendung von Mustern möglich

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

Farbe + Muster

• Erzeugen von Helligkeiten– Nur Farben der Farbskala

• Erzeugen von Texturen– Redundante Wahrnehmung (wie Form)

• Lösen des Verdeckungsproblems– Ohne Farbmischung

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Helligkeiten separat für jede Farbe

• Nur Farben der Farbtabelle enthalten

• Teilweise Lösung der Verdeckung

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Farbe wird mit Richtung assoziiert

• Teilweise Lösung der Verdeckung

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

Layer-Dithering

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Verdeckung aufgelöst

• Keine Farbmischungen

=> Kognitive Entlastung des Betrachters

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Verdeckung aufgelöst

• Keine Farbmischungen

=> Kognitive Entlastung des Betrachters

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Verdeckung aufgelöst

• Keine Farbmischungen

=> Kognitive Entlastung des Betrachters

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

Farbe + Richtung

• Kombination zur Erweiterung des Wertebereichs eines Attributs

• Redundante Darstellung von Korrelationen– Erweiterung zu Darstellung mehrerer

Korrelationen

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Wertebereich von 180° ohne Kolorierung nicht möglich

• Redundante Wahrnehmung von Richtung und Farbe ermöglicht

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Rotationswinkel bezüglich Bewölkungsdichte an y-Achse

• Korrelation des Niederschlags erkennbar

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

Farbe + redundante Position

• Zur Darstellung der mittleren Stufe der Information

• Darstellung von Häufungen– Unter Einbeziehung der räumlichen Nähe von

Objekten (nicht durch Clustern)

• Darstellung elementarer Informationen weiterhin möglich

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Original ohne Gruppierung

• Ausgefüllte Flächen daher kaum Linienverläufe erkennbar

• Hoher Platzbedarf• Kaum

Zusammenhänge erkennbar

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Linienverläufe und Zusammenhänge erkennbar

• Weniger Platzbedarf

• Platz für z.B. Label

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Kombiniert mit Farben ermöglicht originale Verläufe der Linien zu erkennen

• Kombinierbar mit Layer-Dithering

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Je mehr Farben eingesetzt werden, desto besser können Linienverläufe erkannt werden

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Erkennbarkeit der elementaren Information weiterhin gegeben bzw. verbessert

• Häufungen explizit dargestellt

• Ausbaufähig mit weiteren Anwendungen der Technik

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Redundanz durch Verteilung auf scheinbare verschiedene räumliche Ebenen – Nutzung von Stereobildern

• 2 2D-Bilder nebeneinander• Durch Versatz von Pixel in einem der beiden Bilder

entsteht ein (echt) räumliches Bild

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Echte 3D-Darstellung ermöglicht Nutzung der 3. räumlichen Ebene

• Keine zusätzlichen Objekte für räumliche Referenz (z.B. Schatten) notwendig

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Separierung, Fokussierung/ Defokussierung durch 3. räumliche Ebene

• Gleiche Sichtbarkeit wie in 2D

• Paralaxe Effekt bei geübten Betrachtern vorhanden

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Nutzung von Bewegung– Vorteile:

• Bewegung wird sehr schnell erkannt• Separiert sehr stark

– Nachteile:• Objekte müssen ihre Position verändern• Nicht auf statischen Medien möglich

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

=> Nutzung scheinbarer Bewegungen– Auf statischen Medien möglich– Position der Objekte werden nicht verändert

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

=> Nutzung scheinbarer Bewegungen– Auf statischen Medien möglich– Position der Objekte werden nicht verändert

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Einfache Separierung (selbst bei gleicher Farbkodierung möglich)

• Auf statischen Medien möglich

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Zur Unterstützung des Effekts Umschalten der Hintergrundfarbe

• Dadurch Effekt deutlich verstärkt

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Zur Unterstützung des Effekts Umschalten der Hintergrundfarbe

• Dadurch Effekt deutlich verstärkt

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Zur Unterstützung des Effekts Umschalten der Hintergrundfarbe

• Dadurch Effekt deutlich verstärkt

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Zur Unterstützung des Effekts Umschalten der Hintergrundfarbe

• Dadurch Effekt deutlich verstärkt

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Bewegung nur bei Bewegen des Kopfes

• Verschiedenste Einsatzmöglich-keiten

• Hier Anzeigen der Abtragungsrich-tung

3. Entwickelte Techniken und Beispiele

• Bewegung nur bei Bewegen des Kopfes

• Verschiedenste Einsatzmöglich-keiten

• Hier Anzeigen der Abtragungsrich-tung