Visualisierung von Geoobjekten

Präsentation zum Thema: "Visualisierung von Geoobjekten"—  Präsentation transkript:

1 Visualisierung von Geoobjekten
Visualisierung als wichtige Erkenntnis- und Kommunikationsmethode Computergraphik Graphische Semiologie Werkzeuge für Computergraphik Koordinatensysteme Farbmodelle Geometrische Modellierung Anwendungsbereiche GeoVIS

2 Menschliches Sehvermögen = wichtige Hilfe beim Erkunden
und Verstehen räumlicher Strukturen und Prozesse.

3 "Ein Bild sagt mehr als tausend Worte."
Menschliches Sehvermögen = wichtige Hilfe beim Erkunden und Verstehen räumlicher Strukturen und Prozesse. Visuelle Darstellung von Geodaten für Analyse und Interpretation räumlicher Zusammenhängen und Veränderungen. Unterstützung von Modellierung und Entscheidungsfindung "Ein Bild sagt mehr als tausend Worte."

4 Historisches Beispiel:
Cholera-Ausbruch Mitte des 19. Jahrhunderts in London. Dr. John Snow zeichnete die Wohnorte von 500 Cholera-Opfern in eine Karte ein => Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen Wasserversorgung und Auftreten der Krankheit.

5 Aktuelles Beispiel Visuelle Analyse eines Windereignisses

6 Visualisierung = mit am frühesten benutzte und am häufigsten eingesetzte Erkenntnis- und Kommunikationsmethode des Menschen. Erkenntnisgewinn und Kommunikation mittels Visualisierung geschieht häufig intuitiv. => Nutzung von semiotischen Regeln und Metaphern (Sinnbilder, sprachliche Bilder), um reale Objekte oder abstrakte Begriffe intuitiv verstehbar darzustellen.

7 Visualisierungstypen
- Externe Visualisierung Sichtbarmachen von Daten und ihren Strukturen => Informationserschließung - Interne Visualisierung Erzeugung gedanklicher bildhafter Vorstellungen => Wissensgewinnung

8 Exploration (Erkundung), Kognition (Erkennen),
Visualisierung (im Sinne der Informatik) ist die Transformation von Daten in ein sichtbares Bild zur Unterstützung der Exploration (Erkundung), Kognition (Erkennen), Verifikation (Überprüfen) Explanation (Erklärung), Kommunikation von Strukturen und Prozessen. Visualisierung = wichtige Methode für wissenschaftlichen Erkentnisprozess und zur verständlichen Kommunikation komplexer Informationen zwischen Wissenschaft und Praxis.

9 Unterstützung des gesamten geowissenschaftlichen Forschungsprozesses
Exploration Confirmation Synthesis Presentation

10 Gestiegene Bedeutung der Visualisierung zeigen Schlagworte wie
“Die Revolution des Optischen” “Vorwärts zu den Bildern zurück” “Computer-Visualisierung, die zweite Computer-Revolution” “Die kommende Zeit wird visuell bestimmt sein. Dabei entsteht ein neuer Typ von Bildern, der neue Blicke verlangt.”

11 Computer spielen für Visualisierung wichtige Rolle und verändern traditionelle kartographische Darstellung: Schnelle Aufbereitung und Darstellung großer Datenmengen. Interaktives Ändern der Sicht auf die Daten. Sichtbarmachen von Attributen, die für den Menschen normalerweise nicht sichtbar sind (z.B. Kaltluftflüsse in Tälern). Dynamische Darstellung von räumlichen Prozessen, zeitliches Raffen oder Ausdehnen möglich. Dreidimensionale Darstellungen der Landschaft, abstrakt - photorealistisch

12 Visualsierung Visualization in Scientific Computing = ViSC
Visualsierung Visualization in Scientific Computing = ViSC. Scientific Visualisation, Wissenschaftliche Visualisierung = neues Forschungsgebiet zwischen Kognitionsforschung, Informatik, Psychologie und Kommunikationsforschung Inhalt: Entwicklung von Methoden, Werkzeugen und Software-Systemen zur computergestützten Visualisierung von Daten

13 GeoVis - (Forschungs)Kontext
Geowiss. Fragestellungen Semiotik Kognition Raumbezogene Arbeitsprozesse Kommunikation GeoVis Handlung Computer Graphik/Visualisitik Datenhandling/ modellierung Telekommunikation Mensch-Computer-Interaktion

14 Forschungs- und Anwendungsbereiche der computergestützten Visualisierung:
Computergraphik, grafische Datenverarbeitung, multimediale Systeme, rechnergestützte Animation, Virtuelle Realität, Augmented Reality Computer-Kartografie, digitale Bildverarbeitung etc.

15 Computer-Grafik (grafische Datenverarbeitung)
Computergestützte Visualisierung (alpha-) numerischer Daten für beliebige Objekte (z.B. Wahlergebnisse, Arbeitslosenstatistiken). Entscheidend! Graphische Umsetzung von Daten mittels grafischer Darstellungsmethoden so durchzuführen, dass der Betrachter die in den Daten enthaltenen Informationen schnell und eindeutig erkennt. (--> Kartographie-Vorlesung!)

16 Beispiel alphanumerischen Daten: Geografie 552;
Landschaftsökologie 736; Geologie 368; Geoinformatik 184

17 Grafische Semiologie (Syntax, Semantik, Pragmatik von graphischen Zeichen) = grundlegende Theorie der grafischen Darstellung zweidimensionaler Objekte. BERTIN (1967). Systemkomponeten: Geometrische Dimensionen - Punkt - Linie - Fläche Hinzu kommt Position in der Ebene Grafische Variablen zur Modifikation gemäß der zu vermittelnden Information: - Größe - Helligkeit - Muster - Farbe - Richtung - Form

18 System der Graphischen Variablen (Bertin 1967)

19 Syntaktische Beziehung der graphischen Variablen
Farb-Muster-Variable Form Richtung Farbe (T) / Farbe (K) Korn Helligkeitswert Größe Syntaktische Beziehung qualitativ qualitativ / ordnend ordnend quantitativ

20 Beispiel alphanumerischen Daten: Geografie 552;
Landschaftsökologie 736; Geologie 368; Geoinformatik 184

21 Grundaufgabe der Computer-Grafik = Transformation formaler Objekte (Daten) in eine bildhafte Darstellung. Im Vordergrund des Interesses steht Bild-Synthese. (im Unterschied zur Bild-Analyse z.B. bei der Merkmalsextraktion aus gescannten Bildern).

22 Werkzeuge für die Computer-Grafik
Grafik-Softwaresysteme mit Funktionen zum Zeichnen geometrischer Primitive (wie Punkte, Linien, Polygone, Oberflächen, Text, Bitmaps usw.), Funktionen zur Zuweisung graphischer Attribute (wie Farbe, Größe, Form, Textur usw.) Funktionen zur Handhabung von Farbmodellen, Betrachterstandort ("Kamera-Position"), Animation u.v.m

23 Koordinatensysteme Zur Positionierung grafischer Objekte werden unterschiedliche Koordinaten-Systeme verwendet: Welt-Koordinaten: beschreiben die Lage der grafischen Objekte aus der Sicht des Anwenders (z.B. UTM) Geräte-Koordinaten: beschreiben die Lage der grafischen Objekte auf dem spezifischen Ausgabegerät (z.B. Anzahl der Bildpunkte in Zeilen- und Spaltenrichtung)

24 Farbmodelle Farbe = wesentliches Element in der Computergrafik. Zu unterscheiden: Farbtiefe, Farbtiefe (farbliche Differenzierung): 4-bit-Darstellung in 16 Farben Minimal-Farbpalette beim PC, reicht für einfache Grafiken aus 8-bit-Darstellung in 256 Farben wird für anspruchsvollere Grafiken und einfache Farbbilder benötigt 24-bit-Darstellung in ca. 16,7 Millionen Farben wird für sog. true-colour-Bilder benötigt

25 Farbmodelle Erzeugung unterschiedlicher Farben mittels verschiedener Farbmodelle: RGB-Farbmodell = gebräuchlichstes Modell. Farben werden aus der additiven Überlagerung der drei Sekundärfarben Rot, Grün und Blau erzeugt. Die drei Farben RGB bilden die Koordinaten-Achsen des Farbwürfels; der Farbanteil jeder Farbe kann zwischen 0 bis 1reichen. Jedem Punkt (Farbvektor) im Farbwürfel wird genau eine Farbkombination (r,g,b) zugeordnet. RGB(1,1,1) entspricht der Farbe Weiß.

26 CMY-Farbmodell Subtraktives Farbmodell, Farben werden durch Subtraktion der Primärfarben Cyan, Magenta und Yellow erzeugt. IHS-Farbmodell Farben werden aus Farbton (Hue), Farbsättigung (Saturation) und Helligkeit (Intensity) erzeugt. (Wichtig bei Farbverwendung unterschiedlicher Geräte!)

27 Geometrische Modellierung Unterscheidung in
- Vektorgraphiken Rastergraphiken Vorteile Vektorgraphik sehr genaue Darstellung der Grafik-Primitive und der daraus zusammengesetzten Grafiken einfache Transformation der grafischen Objekte (z.B. Streckung, Rotation) kleine Datenmengen entspricht der Zeichentechnik von Stiftplottern Vorteile Ratsergraphik gut geeignet für die Darstellung von Foto-ähnlichen Bildern und flächenfüllenden Darstellungen mit Farbverläufen Operationen auf Pixel-Basis (z.B. Retuschieren, Farbe ändern) einfach durchführbar entspricht der Darstellungsweise am Monitor und der Druckart von Laserdruckern

28 Wichtige Anwendungsbereiche der Computer-Grafik
Business-Grafik: Grafische Darstellung aller Arten von Diagrammen und einfachen Kartogrammen. = Repräsentationsgrafik zur visuellen Unterstützung bei Berichten, Publikationen, Vorträgen etc Computer Aided Design (CAD): Computerunterstütztes Konstruieren als Nachfolger des Technischen Zeichnens; wegen hoher Genauigkeitsanforderungen stets als Vektor-Grafik; Neben grafischen Grundfunktionen auch spezielle CAD-Funktionen wie z.B. Konstruktionshilfen, automatische Längen-, Flächen- und Volumenberechnung und Bemaßung;

29 Digitale Bildverarbeitung: Nachbearbeitung gescannter Analogbilder (z
Digitale Bildverarbeitung: Nachbearbeitung gescannter Analogbilder (z.B. Fotos, Videos) oder originaler Scannerdaten (z.B. Satellitenbilder, digitale Kameras) mit Funktionen der Rastergrafik, z.B. Schattieren von 3D-Objekten, Texturierung von Objekten Virtuelle Realität: Interaktive Bewegung des Anwenders in virtuellen (scheinbaren) 3D-Räumen ("Cyberspace") mit automatischer Generierung von perspektivischen Ansichten (z.B. Architektur). Computerspiele Kartographie, Geoinformationssysteme GeoVis

30 GeoVis Anwendung der Computergraphik in Kartographie und Geoinformationssystemen

31 Computer-Visualisierung zur Exploration raumbezogener Daten
Visuelle Analyse von Information = Visuelles Denken durch Musterbildung Ergänzung statistisch-mathematischer Analysemethoden durch graphische Datenexploration

32 Beispiele Visuelle Analyse von räumlichen Prozessen Beispiel
Visuelle Analyse von räumlich-statistischen Daten Beispiel Visuelle interaktive Analyse von Parameterwerten Beispiel Buziek, Dransch, Rase 2000

33 Computer-Visualisierung zur Präsentation raumbezogener Daten
Realitätsnahe, dynamische, erläuterte Darstellungen => Verbesserung der Kommunikation wissenschaftlicher Ergebnisse => schnellere Praxisumsetzung

34 Beispiele Lenkung der Aufmerksamkeit Beispiel I (Linse) Beispiel II (Hannover) Kombination Text und Bild Prägung mentaler Modelle Beispiel I (Hannover) Beispiel II (Ozon) Beispiel III (Tour de France)