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Institutsteil Rostock Abteilung AR2 Human Centered Interaction Technologies Abteilungsleiter: Jörg Voskamp Betreuer:Michael Blech & Randolf Schultz Original.

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1 Institutsteil Rostock Abteilung AR2 Human Centered Interaction Technologies Abteilungsleiter: Jörg Voskamp Betreuer:Michael Blech & Randolf Schultz Original Design Oliver H.

2 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 2 / 40 Vortrag Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung Zwei komplementäre Berichte

3 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 3 / 40 Gliederung Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

4 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 4 / 40 Zu Uns Stefan Morgenstern –Student der Uni Rostock –7. Fachsemester Christian Graf –Student der Uni Magdeburg –9. Fachsemester Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick Michael Blech Oktober April 2005 Randolf Schultz November März 2005 Joint-Praktikum

5 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 5 / 40 Übersicht Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

6 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 6 / 40 Kontext Demokoffer Benutzer RekorderKIFilter Regeln Visualisierung Sensoren Applikation Events SCL Temp. Herz Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

7 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 7 / 40 Applikation: EmoTetris Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

8 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 8 / 40 Aufnahme physiologischer Daten –Herzfrequenz »Brustgurt –Hautleitfähigkeit »Elektroden an Mittel- und Zeigefinger –Hauttemperatur: »Temperatursensor am Ringfinger Rekorder Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

9 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 9 / 40 Ziel: Robuste Emotionserkennung Zu diskriminierende Emotionen »Freude »Ärger »Langeweile – computerrelevant »Kontrollverlust »Aufregung »Angst »Überraschung »Anspannung Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

10 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 10 / 40 Aufgaben KI & Visualisierung Benutzer RecorderKIFilter Regeln Visualisierung Sensoren EmoTetris Events SCL Temp. Herz Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

11 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 11 / 40 Übersicht Zu uns Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung (Stefan) Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

12 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 12 / 40 Die Verarbeitung Unterteilung in zwei Phasen: –Lernphase » Aufnahme der Trainingsdaten » Erstellen der Modelle » Berechnen des Profils –Onlinephase » Anwendung der gelernten Modelle und Profile auf die Daten die während einer Präsentation aufgezeichnet wurden Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

13 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 13 / 40 Die Lernphase Zunächst Aufnahme der Daten mit Hilfe von EmoTetris und dem EmoBoard. Berechnung einfacher features aus den drei physiologischen Daten mit der Hilfe von Weka. (z.B. Durchschnitt, Standardabweichung, Abstände aufeinanderfolgender Werte,...) Wegen den großen Tagesabhängigkeiten wurde auch eine Tagesmatrix zu den Daten ergänzt. Anwendung der Fisher-Projektion auf diese Feature um den Lernraum zu verbessern. Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

14 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 14 / 40 Die Lernphase Die Fisher Projektion Verfahren zur Reduktion der Attributmenge, dabei werden die Klassen maximal separiert. Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

15 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 15 / 40 Die Lernphase Klassifikatoren: » naive Bayes (Maximum a Posteriori) » J48 (Entscheidungsbaum) Ergebnisse: » zwischen 43.3 % und 70.9 % » abhängig von den Emotionen und vom Proband » 53.7 für Ärger und 70.9 für Anspannung » 43.3 und 64.8 für Erregung (zur Abschätzung: einfaches Raten liefert 20 %) Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

16 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 16 / 40 Die Onlinephase OmniRoute Ein Framework, dass zur Einrichtung von Experimentierumgebungen für emotionsbezogene Untersuchungen dient Es ist aus verschiedene Komonenten (Datenquellen und -senken sowie Filter) aufgebaut. Es basiert auf dem Prinzip des Verschickens von Events und wird mit Hilfe einer XML-Datei konfiguriert. Src1Src2 Filter Sink Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

17 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 17 / 40 Die Onlinephase Die Daten werden jetzt vom ComPort ausgelesen. Dann durchlaufen die Daten die Vorverarbeitung, in der die Feature berechnet werden. Dabei muss beispielweise zum Standardisieren das Profil genutzt werden. Dann wird die Klassifikation durchgeführt, die Daten werden alle zusammengeführt und über einen Port an die Visualisierung weiter gegeben. Schnittstelle zur Sensorik VorverarbeitungKlassifikation Schnittstelle zur Visualisierung Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

18 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 18 / 40 Übersicht Die Personen Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung (Christian) Fazit & Ausblick

19 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 19 / 40 Vorüberlegungen mögliche Visualisierungsarten Vor- und Nachteile Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

20 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 20 / 40 Grundlegendes Modell Russel (1980) Basisemotionen in einem dimensionalem Modell Valenz und Erregung Problem: unvollständig für unsere Zwecke Aufgabe: Finden der restlichen Positionen Mittel: Literaturrecherche Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

21 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 21 / 40 Ergebnis Grundlage: –Russel (1980) –Scherer (2001) Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

22 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 22 / 40 Visualisierung 1 Polygonzugmethode nach Euler Clusterbildung niedrige Aussagekraft Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

23 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 23 / 40 Jede Dimension auf eigener Achse Valenz & Erregung extra Zum Verdeutlichen: Punkte & Fläche, Farben Problem: Fläche gewichtet Gesamteindruck Problem: einsame Punkte werden vernachlässigt Visualisierung 2 Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

24 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 24 / 40 Visualisierung 3 Unterschiedliche Visualisierungsarten Skaleneinteilungen & History der Valenz-Erregungs-Punkte Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

25 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 25 / 40 Erweiterung intuitiv erfaßbare Visualisation Optionen: –Chernoff-Gesichtern –Photorealistische Gesichter –Comicgesichter Entscheidung für Comic- gesichter Problem: keine vorgefertigten vorhanden Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

26 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 26 / 40 In-House Test Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

27 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 27 / 40 In-House Test Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

28 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 28 / 40 In-House Test Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

29 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 29 / 40 Testergebnis vielfache Teilnahme: Danke! sonst gute Erkennbarkeit der Emotionen verwechselbare Gesichtsausdrücke: euphorisch und fröhlich Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

30 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 30 / 40 Testergebnis - Konfusionsmatrix Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

31 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 31 / 40 Visualisierung Endergebnis Reine Textausgabe hinzugefügt Indikator für Datenfluß hinzugefügt statische Comicgesichter Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

32 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 32 / 40 Übersicht Die Personen Ausgangssituation, Ziel & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

33 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 33 / 40 Fazit Datenverarbeitung Erreichte Ziele – Relativ gute KI zur Interpretation physiologischer Daten »gute Vorhersagequalität »geringe Anzahl von Sensoren »Ausbaupotential »Flexible Einbindung in Frameworks Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

34 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 34 / 40 Fazit Visualisierung Erreichte Ziele – robuste Datenverarbeitung – vielfältige Darstellungsoptionen – intuitive & interpretationsgebundene Visualisierung Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

35 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 35 / 40 Fazit Demokoffer fertig! Benutzer RecorderKIFilter Regeln Visualisierung Sensoren Applikation Events SCL Temp. Herz Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

36 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 36 / 40 Ausblick Letzte Schritte – Was wird gerade getan? » Sensorik wird gegen ein Sensorhandschuh ausgetauscht – Was soll noch getan werden? » Aufnahme neuer Daten » Zusammenführung aller Bestandteile des Projektes Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

37 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 37 / 40 Persönlicher Ausblick Stefan:Fortführung des Studiums vielleicht als Hiwi weiter am Projekt arbeiten Christian:Weiterarbeit an adaptiven User Interfaces Diplomand am IGD bei Karina vorläufiges Thema: Ein Netzwerk für adaptive Applikationen: exemplarisch durchgeführt an einem Spiel Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

38 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 38 / 40 Live Demo Zu uns Ausgangssituation & Aufgaben Teil 1: Datenverarbeitung Teil 2: Visualisierung Fazit & Ausblick

39 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 39 / 40 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

40 Stefan Morgenstern & Christian Graf Demokoffer - Datenklassifikation und Visualisierung: Zwei komplementäre Berichte Folie 40 / 40 Literaturangaben Chernoff H. (1973). The use of faces to represent points in k-dimensional space graphically. In: Journal of American Statistic Association, Vol. 68 (1973) Duda, R.O, P.E. Hart und D.G. Stork, Pattern Classifikation and Scene Analysis. Wiley Interscience, Ekman, P. (1994). Strong evidence for universals in facial expressions: A reply to Russels mistaken critique. Psychological Bulletin, 115 (2). Herbort, O. (2004). Emotionsinduktion und automatische Emotionsklassifikation anhand physiologischer Daten bei Benutzern eines Computerspiels. Fraunhofer Institut Graphische Datenverarbeitung Rostock. Praktikumsbericht + Vortrag Oktober Mader, St., Christian Peter, Roland Göcke, R. Schultz, J.Voskamp und B. Urban: A Freely Configurable, Multi-modal Sensor System for Affective Computing Picard, R.W., Elias Vyzas, and Jennifer Healey (2001). Toward Machine Emotional Intelligence: Analysis of Affective Physiological State. IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE, VOL. 23, NO. 10, OCTOBER 2001 Russell, J.A. (1980). A Circumplex Model of Affect, Journal of Personality and Social Psychology, Vol.39, No.6, , American Psychological Association, Inc. Scherer, K.R. (2001). Emotion. In: Hewstone, M., & Strobe, W. (Eds.). Introduction to Social Psychology: A European Perspective (3rd ed.). London: Blackwell. Schumann, H. & W. Müller (2000). Visualisierung: Grundlagen und allgemeine Methoden. Springer Verlag, Heidelberg Vysas, E. und R.W. Picard : Affective Pattern Classification Weka 3 - Data Mining Software in Java :


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