Prof. Dr. Detlef Krömker
Goethe-Universität, FrankfurtGraphische Datenverarbeitung
Visualisierung
Prolog und Einführung
WS 2005/20062Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Veranstalter
Prof. Dr. Detlef Krömker
&
Tobias Breiner
Varrentrappstraße 40-42, 2. OG, Zi 210
60486 Frankfurt
Tel..: 49 (0)69 9799 5152
Email: [email protected]
www: http://www.gdv.cs.uni-frankfurt.de
Sprechstunde: nach Vereinbarung
Sekr. Frau Goinar
Johann Wolfgang Goethe-Universität
Fachbereich Mathematik und Informatik
Graphische Datenverarbeitung
Ro
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stra
ße
WS 2005/20063Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Übersicht
1. Einordnung in GDV Veranstaltungen
2. Organisatorisches
3. Themen der Vorlesung
4. Literaturempfehlungen + weitere Quellen
5. Einführung: Was bedeutet Visualisierung?
WS 2005/20064Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Struktur der GDV Lehr- und Ausbildungsangebote
WS 2005/20065Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
traditionelle Animationsmethoden (Stop Motion, Knetanimation etc.)
Computer Recorded Animation (Motion Capturing, Dinosaur Input Devices)
Computer Aided Animation (Keyframing, Morphing etc.)
Computer Generated Animation (Simulationsmethoden etc.)
Digital Pre- und Postproduction
Vorlesung Animation SS 2006
WS 2005/20066Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
WS 2005/06 Visualisierung (V2+Ü1)Praktikum GDV (P4)Datenkompression 2 (2V)OpenGL (2V+2Ü)
SS 2006 GDV (4V+2Ü)Animation (2V+1Ü)Seminar+ProseminarDatenkompression 2 (2V)NSR (2V+2Ü)
(alle Angaben ohne Gewähr!!!)
LehrveranstaltungenGraphische Datenverarbeitung
WS 2005/20067Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung
V2 + Ü1Mi 12-14 Uhr Mi 14 - 16 Uhr (14-tägig)SR 202 SR 202, ab 09.11.2005(Prof. Dr. Detlef Krömker
& Tobias Breiner) (Tobias Breiner)
WS 2005/20068Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Zur Vorlesung
Mittwoch, 12:00c.t. – ca. 14:00
Folien und Infos zur Vorlesung:
www.gdv.cs.uni-frankfurt.de
-> Lehre -> WS2005
-> Visualisierung
WS 2005/20069Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Organisation
Vorlesungsfolien auf WWW Serverhttp://www.gdv.cs.uni-frankfurt.de
Leistungsschein durch Fachgespräch (Belegschein: Übungsanmeldung (1. Übung
oder GDV-Sekretariat) erfoderlich) Rechner-Account bei GDV
(nach Übungsanmeldung möglich, im Sekretariat melden)
WS 2005/200610
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung Themen der Vorlesung (1)
A. Was bedeutet Visualisierung? Einführung Definition Semiotik
B. Wann ist eine Visualisierung gut? Ziele, Anforderungen, Gütekriterien
C. Der Visualisierungsprozess Visualisierungspipeline Referenzszenarien
WS 2005/200611
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung Themen der Vorlesung (2)
D. Was kann visualisiert werden? Daten und Information Datenarten, Datenquellen, Datenformate
E. Über den Nutzer Ziele bei der Visualisierung Vorwissen und kulturelle Unterschiede
F. Auge und Display Grundlagen des Sehens Das ideale Display
WS 2005/200612
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung Themen der Vorlesung (3)
G. Einige Wahrnehmungsprozesse Helligkeit, Kontrast und Farbe Gestalt und vis. Grammatik f. Diagramme Visual Pre-processing, Attention, Suche
H. Grundlegende Visualisierungstechniken Mapping auf Geometrie, Farbe, Textur Visuelle Objekte, Datenobjekte, Glyphen Bild. vs Wort
WS 2005/200613
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung Themen der Vorlesung (4)
I. Spezielle Visualisierungstechniken Multiparameter, Volumen, Strömung Raumwahrnehmung & 3D Visualisierung Informationsvisualisierung
J. Interaktive Visualisierung Human Computer Interaction Navigation Visual Thinking
K. Zusammenfassung, Rückblick, Ausblick
WS 2005/200614
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Die drei Bücher zur Vorlesung
Heidrun Schumann, Wolfgang Müller:Visualisierung - Grundlagen und allgemeine MethodenSpringer 2000
Colin Ware:Information Visualization: Perception for DesignAcademic Press 2000 (Morgan Kaufmann Publishers)
Robert Spence:Information VisualizationACM Press 2001 (Addison-Wesley)
WS 2005/200615
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Hausaufgabe
LESEN SIE DIESE DREI BÜCHER!!! (in
diesem Semester)
Nach jeder Vorlesung: Angabe von
Kapiteln in den Büchern – Hausaufgabe:
lesen bis zum nächsten Mal
Prüfungsstoff
Wo finden sich diese Bücher?
WS 2005/200616
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Weitere Literaturempfehlung
Stuart K. Card, Jock D. Mackinlay,
Ben Shneidermann
Readings in Information Visualization:
Using Vision to Think
Morgan Kaufmann Publishers 1999
WS 2005/200617
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Weitere wichtige QuellenInternationale Konferenzen
• IEEE Visualization seit 1990 jährlich
• IEEE International Symposium on Information Visualization seit 1997 jährlich
• Symposium on Visualization (VisSym) Seit 1995
• ACM Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI) Konferenzreihe der ACM SIGCHI (Special Interest Group on Computer
Human Interface) seit .. 8X jährlich
• Eurographics Konferenzreihe der Eurographics Organisation seit 1979 jährlich
WS 2005/200618
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Weitere wichtige Quellen Zeitschriften / Journals
Proceedings of Eurographics
Transactions on Graphics
ACM Computer Graphics
IEEE Computer Graphics and Applications
Computer and Graphics
Communications of the ACM
Prof. Dr. Detlef Krömker
Goethe-Universität, FrankfurtGraphische Datenverarbeitung
Was bedeutet „Visualisierung“?
Vorlesung Visualisierung - Teil A
WS 2005/200620
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung
videre (lat.) – sehen to visualize: to form a mental image of ... to visualize: to remember or to imagine as if
actually seeing visualization: constructing a visual image in
the mind visualization: graphical representation of
data or concepts
Prof. Dr. Detlef Krömker
Motivation•Information in Datenbanken oder weltweiten Informationsnetzen (z.B. WWW) steigen immens:
Megabytes (106) Inhalt eines Buches (1 MB)
Gigabytes (109) Inhalt eines Buchgeschäfts (1 GB)
Terabytes (1012) Typische Universitätbibliothek (1 TB) Library of Congress (20 TB ohne Bilder) Kmart Customer Relationship Database (70 TB, 2001)
Petabytes (1015) NCR Customer Relationship Database (250 TB in 2/2002, 4,2 PB
in 2005) WWW (~ 5 PB) NASA EOSDIS Project in der Fernerkundung (7 PB Earth Science
Data, erwartet für 2007)
Prof. Dr. Detlef Krömker
MotivationExponentielles Wissenswachstum Insbesondere im Bereich der Life Sciences
DNA-Chips => zurzeit ein Terabyte pro Tag Exabytes (1018)
~1Exabyte an Genomic Data (erwartet 2010)
Prof. Dr. Detlef Krömker
Motivation•Gesammelte Daten haben keinen Wert, solange es nicht gelingt, diesen Daten Bedeutungen zuzuordnen •Verschiedene analytische Verfahren zur Lösung des Problems
Data Mining
Knowledge Discovery in Databases (KDDB)
•Visualisierung ist ein weiterer, erfolgsversprechender Ansatz
Prof. Dr. Detlef Krömker
Motivation: Statistik vs. Visualization
x y10,00 8,048,00 6,95
13,00 7,589,00 8,81
11,00 8,3314,00 9,966,00 7,244,00 4,26
12,00 10,847,00 4,825,00 5,69
x y10,00 9,148,00 8,14
13,00 8,749,00 8,77
11,00 9,2614,00 8,106,00 6,134,00 3,13
12,00 9,137,00 7,265,00 4,76
x y10,00 7,468,00 6,77
13,00 12,749,00 7,11
11,00 7,8114,00 8,846,00 6,084,00 5,39
12,00 8,157,00 6,425,00 5,73
x y8,00 6,588,00 5,768,00 7,718,00 8,848,00 8,478,00 7,048,00 5,25
19,00 12,508,00 5,568,00 7,918,00 6,89
After Tufte, 1990
N=11Mittelwert X = 9.0Mittelwert Y = 7.5
Regressionsgerade: Y = 0.5 X + 3
I II III IV
Prof. Dr. Detlef Krömker
Motivation: Statistik vs. Visualization
0,00
5,00
10,00
15,00
0,00 10,00 20,00
0,00
5,00
10,00
15,00
0,00 10,00 20,00
0,00
5,00
10,00
15,00
0,00 10,00 20,00
0,00
5,00
10,00
15,00
0,00 10,00 20,00
I II
III IV After Tufte, 1990
WS 2005/200626
Prof. Dr. Detlef Krömker
Das Visualisierungsproblem
8 1E-09 0,39269908 0,78539816 1,17809725 1,57079633 1,96349541-6,28318531 -3,8998E-17 -3,8003E-17 -3,511E-17 -3,0583E-17 -2,4827E-17 -1,835E-17-5,89048623 -0,06496636 -0,06330941 -0,05849027 -0,05094748 -0,04135887 -0,03056849-5,49778714 -0,12861662 -0,1253363 -0,11579564 -0,10086286 -0,08187988 -0,06051772-5,10508806 -0,1809723 -0,17635667 -0,16293232 -0,14192089 -0,11521054 -0,08515253-4,71238898 -0,21220659 -0,20679434 -0,19105306 -0,16641523 -0,13509491 -0,09984914-4,3196899 -0,21387636 -0,20842152 -0,19255637 -0,16772468 -0,13615792 -0,10063481
-3,92699082 -0,18006326 -0,17547081 -0,16211389 -0,14120801 -0,11463183 -0,0847248-3,53429174 -0,10827726 -0,10551569 -0,09748379 -0,08491247 -0,06893145 -0,05094748-3,14159265 7,4579E-16 7,2677E-16 6,7144E-16 5,8486E-16 4,7478E-16 3,5091E-16-2,74889357 0,13921362 0,13566303 0,1253363 0,10917317 0,08862614 0,0655039-2,35619449 0,30010544 0,29245136 0,27018982 0,23534668 0,19105306 0,14120801-1,96349541 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,22139658-1,57079633 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,29954742-1,17809725 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,3689943-0,78539816 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,42362402-0,39269908 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,458527332,2204E-15 1 0,97449536 0,90031632 0,7842133 0,63661977 0,470527980,39269908 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,458527330,78539816 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,423624021,17809725 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,36899431,57079633 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,299547421,96349541 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,221396582,35619449 0,30010544 0,29245136 0,27018982 0,23534668 0,19105306 0,14120801
WS 2005/200627
Prof. Dr. Detlef Krömker
Was ist dies?
0,000000001-6,283185307
-5,890486225
-5,497787144
-5,105088062
-4,71238898
-4,319689899
-3,926990817
-3,534291735
-3,141592654
-2,748893572
-2,35619449
-1,963495408
-1,570796327
-1,178097245
-0,785398163
-0,392699082
2,22045E-15
0,392699082
0,785398163
1,178097245
1,570796327
WS 2005/200628
Prof. Dr. Detlef Krömker
oder dies?
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
-6,2
831853
-5,1
050881
-3,9
269908
-2,7
488936
-1,5
707963
-0,3
926991
0,7
853982
1,9
634954
3,1
415927
4,3
196899
5,4
977871
6,6
758844
7,8
539816
9,0
320789
10,2
10176
11,3
88273
12,5
66371
0,000000001
0,392699083
0,785398164
1,178097246
1,570796328
1,963495409
2,356194491
2,748893573
3,141592655
3,534291736
3,926990818
4,3196899
4,712388981
5,105088063
5,497787145
5,890486226
6,283185308
6,67588439
7,068583472
7,461282553
7,853981635
WS 2005/200629
Prof. Dr. Detlef Krömker
Die 2D-sinc Funktion
-6,2
83-4
,712
-3,1
42
-1,5
71
0,00
0
1,57
1
3,14
2
4,71
2
6,28
3
7,85
4
9,42
5
10,9
96
12,5
66
0,000
1,963
3,9275,890
7,854
-0,3-0,2-0,1
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
10,9-1
0,8-0,9
0,7-0,8
0,6-0,7
0,5-0,6
0,4-0,5
0,3-0,4
0,2-0,3
0,1-0,2
0-0,1
-0,1-0
-0,2--0,1
-0,3--0,2
Prof. Dr. Detlef Krömker
Space Shuttle Disaster 1986•Space Shuttle Disaster 1986
Edward Tufte: Visual Explanations, 1990
•Probleme mit Dichtungsringen der Trägerrakete waren im Vorfeld bekannt
•Die folgenden Diagramme wurden bei der Analyse des Problems verwendet
After Tufte, 1990
Prof. Dr. Detlef Krömker
Space Shuttle Disaster 1986
After Tufte, 1990
Prof. Dr. Detlef Krömker
Space Shuttle Disaster 1986
After Tufte, 1990
Prof. Dr. Detlef Krömker
Space Shuttle Disaster 1986
•Fakten Problem war bekannt: Fachleute diskutierten
bereits über den Sachverhalt, der letztendlich auch zum Absturz führte
Alle relevanten Daten waren verfügbar
Aber: die Daten wurden nicht auf expressive Art und Weise präsentiert
Folgerung: Eine falsche Entscheidung wurde getroffen!
Prof. Dr. Detlef Krömker
Space Shuttle Disaster 1986
After Tufte, 1990
WS 2005/200635
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Warum visualisieren wir?
Hohe Bandbreite zum Gehirn (70% aller Rezeptoren ,40+% des Cortex, 4 Milliarden Neuronen)
Verstehen von riesigen Datenmengen (Millionen von Messwerten können in einem Bild dargestellt werden)
Wir können mehr sehen, als wir uns mental vorstellen können
Erkennen von Mustern in Daten …
WS 2005/200636
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Warum visualisieren wir?
„In der Tat ist der Mensch ein Augentier“. (Herbert W. Franke)
WS 2005/200637
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Ein Bild sagt mehr als tausend Worte?
WS 2005/200638
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Ein Bild sagt oft mehr als tausend Worte!
3D-GraphikkarteClub CGN NVIDIA GeForce FX5900xt 128 MB DDR, 128 biti TV-Out
Prof. Dr. Detlef Krömker
Ziele der Visualisierung
• Unterstützung bei: Exploration
Analyse
Schlussfolgern aufgrund von Informationen
Decision Making
Erklärung und Kommunikation
Adapted from Hearst 1998
Prof. Dr. Detlef Krömker
Ziele der Visualisierung •Genauer: Große Datensätze kohärent machen
(Kompakte Datensätze kompakt repräsentieren) Präsentation von Daten und Informationen von
verschiedenen Gesichtspunkten Präsentation von Daten und Informationen auf
verschiedenen Detailstufen (Überblick bis Detail) Unterstützung visueller Vergleiche Aufdeckung versteckter Strukturen Geschichte der Daten erzählen
Adapted from Hearst 1998
WS 2005/200642
Prof. Dr. Detlef Krömker
VisualisierungModerne Definition(-sversuche)
Zwei Aspekte: “making visible, especially to one’s mind (things not visible to the
eye)” modernes Mikroskop, Teleskop, ... Bsp. Molekül
“forming a mental image of something (thing not present to the sight, an abstraction, etc.)”... Informationsvisualisierung ...
the use of computers or techniques for comprehending data or to extract knowledge from the results of simulations, computations, or measurementsMc Cormick, De Fanti, Brown 1987
WS 2005/200643
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung: unscharfe Trennung (nach Card, Mackinlay, Shneiderman)
(Scientific) Visualization
The use of computer-supported, interactive, visual representations of data to amplify cognition.
Daten sind oft technischen, naturwissenschaftlichen Ursprungs (Messung, Simulation) oft existiert „natürliche“ , naheliegende räumliche Repräsentation
Information VisualizationThe use of computer-supported, interactive, visual representations of abstract data to amplify cognition.
„allgemeinere“ Daten: Geschäftsdaten, Finanzdaten, „Dokumente“ ... oder Datenbankinhalte = strukturierte abstrakte Daten ohne „natürliche“ , naheliegende räumliche Repräsentation
WS 2005/200644
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Beispiel Informationsvisualisierung [Ahlberg, Williamson, Shneiderman, 1992]
Klassisches Periodensystem(Mendeleyev)Ergänzt um 6 sliders:atomic massatomic numberatomic radiusionic radiusionization energyelectronegativity
Experiment: 18 chemistry students 1 aktive Diagramme (dynamic queries) 2 same visualisation, but number boxes
3 textual input and output
WS 2005/200645
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Beispiele: Grenzfälle zwischen Scientific & Information Visualisation
• Immun
• Gläserner Reaktor
WS 2005/200646
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung von Abstraktionen und Modellen
WS 2005/200647
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Gläserner Reaktor (1)
Kopplung eines
Simulators (Speedup)
mit einem
Visualisierungssystem
WS 2005/200648
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Gläserner Reaktor (2)
WS 2005/200649
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Beispiele Scientific Visualization
a)Raumbezogene Daten
WS 2005/2006Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Bildgebende Verfahren in der MedizinBsp. InViVo 4D (Scientific Vis.)
Echo-cardio Datensatz 3 Orts- & 1 Zeitdimension
WS 2005/200651
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Etwas Altbekanntes
„Imagination oder Visualisierung und besonders die Benutzung von Diagrammen haben einen entscheidenden Anteil an der wissenschaftlichen Forschung.“
Rene Descartes, 1637
WS 2005/200652
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Offener philosophischer Streit
Sind Bilder gleichermaßen willkürlich wie Worte
oder
gibt es „Ähnlichkeitsmaße“ zwischen Bildern und den realen Dingen, die sie repräsentieren?
WS 2005/200653
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Meinungen„The picture, particularly one printed on paper, is a highly
conventional symbol, which a child reared in the Western culture has learned to interprete. “
Biesheuvel, 1947„ Realistic representation, in brief, depends not upon
imitation or illusion or information but upon incalculation. Almost any picture may represent almost anything; that is, given picture and object there is usually a system of representation, a plan of correlation, under which the picture represents the object.“
Goodman, 1968Es gibt keine guten oder schlechten Visualisierungen,
alle sind gleichgut, alles nur Konvention.Je früher man diese Konventionen lernt, umso besser.
WS 2005/200654
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
BeispielBeziehungen zwischen Objekten
WS 2005/200655
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Wahrnehmungspsychologie
Solange das visuelle System (Funktion des neuronalen Systems) nicht vollständig (naturwissenschaftlich) verstanden ist, gibt es Raum für Meinungen.
Wissen um die Funktion des visuellen Systems ist wichtig, da es einen nicht-trivialen Zusammenhang zwischen Reiz und Perzept gibt
WS 2005/200656
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Inwieweit können Bilder das Lernen unterstützen (nach Peeck, 1987)
affektiven Faktoren: ist ein Bild interessant oder ist es imaginativ?
Motivationsfaktoren: wie ist der Betrachter motiviert, ändert das Bild etwas an der Motivation
kognitiven Faktoren: Inwieweit können Informationen aus dem Bild entnommen werden
WS 2005/200657
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Weitere Einflußfaktoren (Peeck, 1987)
ästhetische, künstlerische, technische Qualität: z.B. Farbbalance
die Authentizität und Validität: der Grad mit dem der Betrachter das Gesehene glaubt
die Informationsdichte: Anzahl der Bildelemente und den Detailgrad eines jeden Elementes
WS 2005/200658
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Bildklassifikationen
Presentational Pictures
Pictograms
Abstract-graphical Pictures
nach Strothotte
zeigen natürlich sichtbareObjekte oder Relationensind intuitiv, einfach zu verstehen
Können auch nicht-sichtbareObjekte oder Relationen
zeigen. Sind von Konventionengeprägt. Diese müssen erlernt
werden.
WS 2005/200659
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Piktogramme
Piktogramme repräsentieren oft mehr, als sie aktuell zeigen
(Index) Symbole Ikonen(An-)Zeichen symbolischikonisch
WS 2005/200660
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Symbole
Richtige Interpretation von Symbolen setzt einen Lernprozess voraus
Viele Hinweise (insbesondere aus der Wahrnehmungs- und Lernpsychologie), daß eine Unterscheidung zwischensensorischen und willkürlichenSymbolen und Bildern Sinn macht.
WS 2005/200661
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Willkürliche vs. Sensorische Symbole
WS 2005/200662
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Sensorische Symbole
Werden ohne Training verstanden
Unterliegen sensorischen Phänomenen
Sensorische Direktheit
Valide in unterschiedlichen Kulturen
WS 2005/200663
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Sensorische Phänomene 1
Krümmung durch diagonale Linien
WS 2005/200664
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Sensorische Phänomene 2
Krümmung durch diagonale Linien
WS 2005/200665
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Sensorische Phänomene 3
Krümmung durch Helligkeitsverteilung
WS 2005/200666
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Sensorische Phänomene 4
falsche Größeneinschätzung
Müller-Lyer-Pfeile
WS 2005/200667
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Sensorische Phänomene 5
falsche Größeneinschätzung durch Tiefenwirkung
WS 2005/200668
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Sensorische Phänomene 6
Gitterphänomene
WS 2005/200669
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Sensorische Phänomene 7
Erkennung nichtexistenter Objekte
WS 2005/200670
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Sensorische Phänomene 8
Stückweise Gestaltwahrnehmung
WS 2005/200671
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Sensorische Phänomene 9
Exklusive Gestaltselektion
WS 2005/200672
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Sensorische Phänomene in der Natur
Mondphänomene: Kombination aus verschiedenen sensorischen Phänomenen
WS 2005/200673
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Sensorische Phänomene in der Natur
Frau oder Mann im Mond?
WS 2005/200674
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Sensorische Phänomene in der Natur
Mondberge oder -krater?
WS 2005/200675
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Sensorische Direktheit
WS 2005/200676
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Willkürliche Symbole
Schwer zu erlernen
Einfach zu vergessen
In die Kultur eingebettet
Formal mächtig
Schnell abänderbar
WS 2005/200677
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Diagramm
Ein Diagramm in seiner allgemeinsten Form ist eine graphische Repräsentation von Informationen mit Hilfe graphischer Elemente, wie etwa Punkte, Linien, Kurven und geometrischer Formen in Verbindung mit Darstellungsattributen wie Farbe und Textur. Diagramme bezeichnen somit die allgemeinste Form der graphischen Darstellung von Daten.
WS 2005/200678
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Diagramm und Charts
Achtung: im Englischen (nach Harris)für diese allgemeine Form: Chart. Harris unterscheidet verschiedene Klassen von Charts. Die wichtigsten Formen sind:
Diagramme, die nicht-quantitative Beziehungen zwischen Elementen darstellen,
Graphen, die dagegen quantitative Strukturen und Vergleiche zwischen zwei oder mehr Gesamtheiten, sowie
Karten, die Orts- und Richtungsbeziehungen präsentieren.
WS 2005/200679
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Graphische Semiotik(Graphische Semiologie)
Wissenschaft von den graphischen Zeichen, Symbolen, Sinnbildern, ...
Jahrtausende alte Traditionen Theologie, Philosophie, Anthropologie
Psychologie, ..., Kartographie (Bertin), ..., Visualisierung
Jacques Bertin 1982: The Semiology of GraphicsGrundlage der modernen Visualisierung
WS 2005/200680
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visuelle Variablen (nach Bertin 1982)
Für statische 2D-Darstellungen gibt es verschiedene visuelle Variablen, die konstruktiv zur Generierung graphischer Darstellungen eingesetzt werden können:
die Position auf der Ebene die Größe (Länge, Fläche/Volumen) der Helligkeitswert, die Musterung oder Textur, die Farbe, die Richtung oder Orientierung sowie die Form des Elementes
WS 2005/200681
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Wirkungen der visuellen Variablen (nach Bertin 1982)
Selektiv (trennend): Unterschiedliche Datenwerte werden nach Kodierung mit solchen Variablen vom Betrachter spontan in Gruppen aufgeteilt und unterschieden.
besonders geeignet für nominale Daten Weitere Unterscheidung:
assoziativ (alle Faktoren haben gleiche Sichtbarkeit)
nicht assoziativ
WS 2005/200682
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Wirkungen der visuellen Variablen (nach Bertin 1982)
ordinal: Datenwerte werden vom Betrachter spontan in eine Ordnung gebracht. Besonders geeignet für ordinale Daten
proportional: Datenwerte werden vom Betrachter ebenfalls spontan in eine Ordnung gebracht. Zusätzlich erwirken diese Variablen eine direkte Assoziation der relativen Größe. (visuelle Metrik)Mit diesen Variablen lassen sich daher insbesondere ordinale und quantitative Daten gut darstellen.
WS 2005/200683
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Ergänzungen und Verfeinerungen(nach Mackinlay / Cleveland)
WS 2005/200684
Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierungs-PrinzipienAbbildung von Daten / Informationen Freiheits-auf (visuelle) Wahrnehmungsprimitive grade (visuelle Attribute)
Form 2 oder 3 Position, Orientierung, Größe (2+2+2) 3+3+3 Farbe 3 (aber max. 2 nutzen) Textur 2 ... 5 Zeit 1Achtung: - Wahrnehmung der Primitive ist nicht unabhängig
- oft Redundanz zu empfehlen / notwendig
GESTALTEN
WS 2005/200685
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Visualisierung als Anwendung der Computergraphik -- Meilensteine 1967-81 Arbeiten + Theorien von Jacques Bertin:
„Graphics is the visual means of resolving logical problems.“
Semiology of Graphics: Diagrams Networks, Maps, Madison, University of Wisconsin Press, 1983, übersetzt von W.J. Berg (Original als französische Ausgabe, 1967).
La Graphique et le Traitement Graphique de l‘Information, Paris 19??.(als deutsche Übersetzung erschienen: Graphische Darstellungen und die graphische Weiterverarbeitung der Information, Walter de Gruyter, Berlin 1982, auch als englische Übersetzung erschienen: Graphics and Graphics Information Processing, Walter de Gruyter, Berlin 1977 (?) /1981)
WS 2005/200686
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Meilensteine (2)
1983 Edward R. Tufte The Visual Display of Quantitative Information,
Graphics Press, Cheshire,CT 1983.Envisioning Information, Graphics Press,
Cheshire,CT 1990.Visual Explanations: Images and Quantities,
Evidence and Narrative, Graphics Press, Cheshire,CT 1997.
1986 NSF/SIGGRAPH Workshop Visualization in Scientific Computing
Mc Cormick, De Fanti, Brown, 1987
WS 2005/200687
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Zusammenfassung
Begriff Visualisierung Visualisierung als Anwendung der CG Semiotik Visuelle Variablen Meilensteine der Entwicklung Terminologie
Diagramm Willkürliche und sensorische Symbole, Ikonen Scientific Visualization und Informationsvisualisierung
WS 2005/200688
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Ausblick – Nächste Schritte
Anforderungen und Ziele Effektivität – Expressivität – Angemessenheit
Der Visualisierungsprozesses Visualisierungspipeline Referenzmodell Visualisierungsszenarien
WS 2005/200689
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Hausaufgabe
Lesen Sie: CW:
Preface,Kap. 1 bis S. 25 SM:
Einleitung RS:
Preface, Kap. 1.1 – 1.3
Exzerpieren Sie wesentliche Punkte
WS 2005/200690
Visualisierung – Vorlesung 1Prof. Dr. Detlef Krömker
Danksagung
Diese Vorlesung basiert auf Material von Prof. Dr. Ralph Dörner Prof. Dr. Wolfgang Müller Prof. Dr. Colin Ware