Ein erweitertes Mapping-Konzept zur Visualisierung sehr großer Datenmengen

1. Ein erweitertes Mapping-Konzept zur Visualisierung sehr großer Datenmengen Diplomarbeit Axel Radloff

2. Gliederung • Motivation • Konzept • Entwickelte Techniken und Beispiele 3.1 Klassische visuelle Attribute 3.2 Optische Täuschungen

3. 1. Motivation • Vielzahl von Visualisierungen • Funktionieren für eine begrenzte Anzahl von Daten gut • Werden oft bei großen Datenmengen schnell unübersichtlich (Visual Clutter)

4. 1. Motivation • Kategorisierung von Visual Clutter • Unübersichtlichkeit • Verdeckung • Räumliche Verdeckung • Farbliche Verdeckung • Farbmischung • Unterscheidbarkeit

5. 1. Motivation Unübersichtlichkeit • Viele (fast identische) Elemente auf kleinem Raum • Übersicht geht verloren • Auffinden von Informationen fast unmöglich

6. 1. Motivation

7. 1. Motivation Räumliche Verdeckung • Ein Datenwert verdeckt ein oder mehrere andere Datenwerte dadurch, dass sie auf das selbe Pixel abgebildet werden

8. 1. Motivation Farbliche Verdeckung • Nach [Fua 99] ist Kolorierung unumgänglich • Dadurch Unterscheidbarkeit nicht zweifelsfrei möglich

9. 1. Motivation Farbmischung • Neue Farbe durch Transparenz • Eindeutige Interpretation nicht mehr gewährleistet

10. 1. Motivation Unterscheidbarkeit • Ähnliche Farbtöne nicht unterscheidbar • Verstärkt mit zunehmendem Abstand und abnehmender Größe

11. 1. Aktuelle Ansätze Unübersichtlichkeit: • Information Hiding • Focus & Context • Overview & Detail Verdeckung: • Räumliche Verdeckung • Clustering • Random Sampling • Farbliche Verdeckung • Transparenz • Subzellenzerlegung

12. 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

13. 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?

14. 2. Konzept • Erweitern des klassischen Mappingansatzes • Ausnutzung des menschlichen visuellen Systems • Berücksichtigung des Visualisierungsergebnisses

15. 2. Konzept Klassisches Mapping Daten Bild XOR

16. 2. Konzept Erweitertes Mapping Daten Bild OR ???

17. 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

18. 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

19. 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

20. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Einzelne Pixel kaum wahrnehmbar • Unterscheidung der Farben nicht möglich • Anwendung von Form, Muster und Richtung nicht möglich

21. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Elementare Information sichtbar (wenn nicht verdeckt) • Anwendung von anderen visuellen Attributen möglich • Höherer Platzbedarf • Mehr Verdeckung

22. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Elem. Information weiterhin sichtbar • Anwendung von Form und Richtung weiterhin möglich • Weniger Verdeckung

23. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele Farbe + Form • Redundanz in der Wahrnehmung • Unterstützt Separierung von nominalen Daten • Einbeziehung Farbfehlsichtiger ohne Änderung der Farbskala möglich

24. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Spontane und eindeutige Separierung • Unterscheidbarkeit von Farben erleichtert • Höherer Platzbedarf

25. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Weniger Verdeckung • Vorteile bleiben erhalten • Keine Anwendung von Mustern möglich

26. 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

27. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Helligkeiten separat für jede Farbe • Nur Farben der Farbtabelle enthalten • Teilweise Lösung der Verdeckung

28. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Farbe wird mit Richtung assoziiert • Teilweise Lösung der Verdeckung

29. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele Layer-Dithering

30. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Verdeckung aufgelöst • Keine Farbmischungen => Kognitive Entlastung des Betrachters

31. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Verdeckung aufgelöst • Keine Farbmischungen => Kognitive Entlastung des Betrachters

32. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Verdeckung aufgelöst • Keine Farbmischungen => Kognitive Entlastung des Betrachters

33. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele Farbe + Richtung • Kombination zur Erweiterung des Wertebereichs eines Attributs • Redundante Darstellung von Korrelationen • Erweiterung zu Darstellung mehrerer Korrelationen

34. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Wertebereich von 180° ohne Kolorierung nicht möglich • Redundante Wahrnehmung von Richtung und Farbe ermöglicht

35. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele

36. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Rotationswinkel bezüglich Bewölkungsdichte an y-Achse • Korrelation des Niederschlags erkennbar

37. 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

38. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele

39. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele

40. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele

41. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele

42. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Original ohne Gruppierung • Ausgefüllte Flächen daher kaum Linienverläufe erkennbar • Hoher Platzbedarf • Kaum Zusammenhänge erkennbar

43. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Linienverläufe und Zusammenhänge erkennbar • Weniger Platzbedarf • Platz für z.B. Label

44. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Kombiniert mit Farben ermöglicht originale Verläufe der Linien zu erkennen • Kombinierbar mit Layer-Dithering

45. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Je mehr Farben eingesetzt werden, desto besser können Linienverläufe erkannt werden

46. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele

47. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele

48. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele • Erkennbarkeit der elementaren Information weiterhin gegeben bzw. verbessert • Häufungen explizit dargestellt • Ausbaufähig mit weiteren Anwendungen der Technik

49. 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

50. 3. Entwickelte Techniken und Beispiele