Arbeitsbereich HCI-VIS Interaktive Informationsvisualisierung in mobilen Umgebungen Putbus, 2004-09-09

Gliederung Einordnung in Gesamtprojekt Einführung in InfoVis Beispiele Herausforderungen Architektur HCI-VIS-Baustein Zusammenfassung Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Einordnung in das Gesamtkonzept Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Warum Visualisierung? Menschen sind in der Lage, extrem schnell aus komplexen visuellen Szenen wichtige Informationen herauszulesen. Im Gegensatz zu verbalen Informationen, verarbeitet das Gehirn visuelle Informationen parallel. Der Mensch erlernt visuelle Informationen schneller und erinnert sich an diese besser als an verbale. Deshalb werden Bilder zunehmend eingesetzt, um große Datenmengen zu explorieren. Ziel hierbei ist es, abstrakte Daten graphisch so zu präsentieren, dass ihre relevanten Charakteristika intuitiv erfasst werden können. Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Warum Visualisierung? Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Aufgaben der InfoVis Exploration Verifikation Präsentation Finden von Extremwerten (Ausreißer, Maxima) Erkennen von Korrelationen Erkennen von Struktur (Hierarchien, Cluster) z.B. ermitteln von Verbrauchertypen Verifikation Simulationsergebnisse (Modellverifikation) Vermutete Eigenschaften der Daten (Korrelationen) z.B. Unterstützung bei der Anlagenplanung Präsentation Vermittlung gewonnener Erkenntnisse Kommunikation komplexer Sachverhalte z.B. Bedienungs-/Montageanleitungen Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Anforderungen (1) Erzeugte Bilder müssen 3 Kriterien erfüllen: Expressivität Bilder sind expressiv, wenn die in einer Datenmenge enthaltenen Informationen (und nur diese!) präsentiert werden. Effektivität Bilder sind effektiv, wenn sie intuitiv wahrgenommen werden können. Angemessenheit Bilder müssen in angemessener Zeit erzeugt und den Ressourcen des Ausgabegeräts angepasst ausgegeben werden. Angemessenheit bisher nicht vorrangig behandelt, aber sehr wichtiger Faktor in heterogenen Umgebungen! Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Implikation einer Ordnung (Mackinlay) Anforderungen (2) Beispiele zur Verletzung der Expressivität Optionale Folie, kann übersprungen werden Wahrgenommene vs. tatsächliche Wichtigkeit (Focus, Nr.16, April, 2002) Implikation einer Ordnung (Mackinlay) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

(aus Computerzeitung, 21/1998) Anforderungen (3) Beispiel zur Verletzung der Effektivität Optionale Folie, kann übersprungen werden (aus Computerzeitung, 21/1998) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Die Technik MagicEyeView für PC (links) und PDA (rechts) Anforderungen (4) Beispiel zur Berücksichtigung der Angemessenheit Die Technik MagicEyeView für PC (links) und PDA (rechts) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Die Visualisierungspipeline Evtl. Data State Reference Model statt einfacher VisPipeline Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Die Visualisierungspipeline Vervollständigung der Daten Formatkonvertierungen Berichtigen/Entfernen fehlerhafter Werte Bereinigen von Messwerten Interpolation Filtern und Schwellwertoperationen Berechnung charakteristischer Merkmale Klassifizierung Clustering (evtl. Hierarchisierung) Statistische Merkmale (Mittelwerte, Maxima, Streuung...) Evtl. Data State Reference Model statt einfacher VisPipeline Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Die Visualisierungspipeline Abbildung abstrakter Daten auf visuelle Attribute Sieben Attribute werden unterschieden (Bertin): Position, Größe, Helligkeitswert, Textur (Musterung), Farbe, Orientierung und Form. Unterschiedliche Wirkung der Attribute (Trennen, Ordnen oder Identifizieren abstrakter Datenwerte) Evtl. Data State Reference Model statt einfacher VisPipeline (nach Mac Eachren) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Die Visualisierungspipeline Überführung geometrischer Daten in Bilder 2D- oder 3D Statisch oder als Animation Evtl. Data State Reference Model statt einfacher VisPipeline Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Beispiele für allg. Techniken Multiparameterdaten-Darstellung mit parallelen Koordinaten (Inselberg 1990) Darstellung von Abfrageergebnissen VisDB (Keim et.al. 1996) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Beispiele für allg. Techniken (2) Analyse von Multiparameterdaten - Korrelationen zwischen Parametern (Kreuseler 2001, Lehrstuhl Computergrafik) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Visualisierung temporaler Daten Visualisierung der zeitlichen Verteilung des Stromverbrauchs (Wijk, 1999) Aktuelle LandVis-Bilder verwenden Darstellung von Temperaturverteilungen (Nocke, 2003, LS Computergrafik) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Visualisierung räumlicher Daten Techniken zur Visualisierung von Gesundheitsdaten, Lehrstuhl Computergrafik Colorplethkarte mit wahrnehmungsbasierter Farbskala (TeCoMed-Projekt, Ruth, 2003) LandVis-Screenshot (Tominski, 2002) Datenanalyse mit Linsentechniken (Griethe, 2004) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Beispiele für Strukturdarstellungen Telefonverbindungsdaten (Wesphal, Blaxton 1998) Graphenvisualisierung mit MagicEyeView (Voigt 1999, LS Computergrafik) Dateisystemvisualisierung mit ConeTrees (Robertson et.al. 1991) Graphenvisualisierung mit H3 (Munzner, 1997) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Beispiele für NPR als InfoVis Explosionszeichnungen als Montagehilfe: „Verfälschung“ geometrischer Objekte (Non-photorealistic Rendering – NPR) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Herausforderungen Herausforderungen im Rahmen des LFS Enge Verzahnung mit Bausteinen HCI-NAT, HCI-MUI Bereitstellung Interaktionsfunktionalität, Sprachkommandos Adaption Vielfältige Sichten auf den Datenbestand z.B. Dispatcher, Monteur, diensthabener Ingenieur Unterschiedliche Anforderungen und Kenntnisse Integration eines geeigneten Nutzermodells Besondere Herausforderung im mobilen Bereich: Verfügbare Ressourcen begrenzt Speicher, Rechenleistung, Bildschirmgröße Art und Umstände der Eingabe z.B. Tastatur/Maus vs. Stift/Jogwheel Nutzer trägt Schutzkleidung (z.B. Handschuhe) Entwicklung neuer, geeigneter Interaktionsmetaphern Adaption: Oberfläche, Interaktionsfunktionalität, verwendete Technik(en) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Architektur Visualisierungsmodul Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Architektur (2) Unterstützung unterschiedlicher Endgeräte Capabilities Manager (Ressourcenmodell) Berücksichtigung verfügbarer Interaktionsmöglichkeiten Modularer Aufbau – Verlagerung von Arbeitslast auf den Server für leistungsschwache Endgeräte (PDA, Smartphone) auf das Endgerät für höhere Interaktivität (PC) Unterstützung verschiedener Aufgaben Spezifikation von Analysezielen (Zielemodell) Erhalt der Expressivität Daten zur Lösung einer Aufgabe unverfälscht darstellen Unterstützung unterschiedlicher Nutzergruppen Fähigkeiten und Anforderungen (Anwendermodell) Notwendig für effektive Darstellungen Darstellung darf Benutzer nicht überfordern Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Architektur (3) Auswahl geeigneter Visualisierungstechiken Abhängig vom Client (Ressourcenmodell) Auflösung/Farbtiefe Display Verfügbare Interaktionsmöglichkeiten Abhängig von der Aufgabe (Zielemodell) Analyseziel Wissen und Fähigkeiten des Anwenders Unterstützung bzw. teilweise Automatisierung des Auswahlprozesses Anwender: unzureichendes Wissen über prinzipielle Eignung einer Visualisierungstechnik „Visualisierer“: Unzureichendes Domänenwissen für gute Parametrisierung Historienvisualisierung: „Replay“ bereits vollzogener Visualisierungsabläufe Auswahl bezüglich prinzipieler Eignung größte Hürde für Vis.-Laien Unzureichendes Domänenwissen des Visualisten für gute Parametrisierung Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Architektur (4) Dialog zur Spezifikation des Visualisierungsziels (Nocke 2004, LS Computergrafik) Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Zusammenfassung Visualisierung wichtiges Werkzeug für Exploration, Verifikation und Präsentation Vielzahl unterschiedlicher Techniken für verschiedene Aufgaben und Ziele Umfangreiches Fachwissen am Lehrstuhl Computergrafik Herausforderungen im Rahmen des LFS Heterogene Benutzergruppen Adaptive Techniken Verzahnung im Gesamtprojekt Besondere Herausforderungen durch mobiles Umfeld Stark abweichende Leistungsfähigkeit der Endgeräte Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Industriepartner (1) Engineering Consulting & Solutions (ECS) GmbH Neumarkt, Niederlassung Rostock Anbieter Integrationslösungen über die gesamte Wertschöpfungskette PLM  (Product Life Cycle Management) CPC  (Collaborative Product Commerce) CRM  (Customer Relationship Management) ECM  (Enterprise Content Management) EAI (Enterprise Application Integration) Studentische Praktika, Studien- und Diplomarbeiten u.a. Interesse an Visualisierung großer Hierarchien, adaptive Nutzerschnittstellen SD Industries Biometrische Authentifizierungssysteme Entwurf visueller Schnittstellen Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen

Industriepartner (2) Forschungsanstalt der Bundeswehr für Wasserschall und Geophysik (FWG), Kiel Forschung in mehreren Gebieten der Ozeanographie Weiterführung bestehender Kooperation Bisher DataMining ozeanographischer Daten (Klassifikation sog. ozeanographischer Profile) Entwicklung von Tools zum „Visuellen DataMining“ im Rahmen des LFS FWG-Logo! Dipl.-Inf. Georg Fuchs Interaktive InfoVis in mobilen Umgebungen