Von großen Datenmengen zu effektiven Entscheidungen
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Graphische Entscheidungsunterstützung: Von großen Datenmengen zu effektiven Entscheidungen Dr. Jörn Kohlhammer Fraunhofer IGD 12. September 2007 10. Seminar GIS & Internet, UniBW München Überblick Vorstellung Fraunhofer IGD Entscheidungsorientierte Visualisierung Visuelle Analyse (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 2 Fraunhofer IGD in Darmstadt 80 Einrichtungen an 40 Standorten 145 Mitarbeiter 210 Externe ca. €16,5 Mio. Budget 12.500 Mitarbeiter ca. €1 Mrd. Budget INI-GraphicsNet (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 3 IGD in Darmstadt und Rostock IGD-Darmstadt IGD-Rostock Interaktive Multimedia Appliances Multimediale Kommunikation Industrielle Anwendungen Visualization and Interaction Techniques Echtzeitlösungen für Simulation und Visual Analytics Mobile Multimedia Technologien Entertainment Technologien Virtuelle und Erweiterte Realität Graphische Informationssysteme e-Learning und Knowledge Management Cognitive Computing & Medizinische Bildverarbeitung Sicherheitstechnologie für Graphik und Kommunikationssysteme (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 4 Abt. Simulation and Visual Analytics Visualisierung für Simulationsumgebungen Virtual Prototyping für die Textilindustrie Informationsvisualisierung und Visual Analytics Mobile Visualisierungslösungen Fokus: Echtzeitlösungen (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 5 Überblick Vorstellung Fraunhofer IGD Entscheidungsorientierte Visualisierung Visuelle Analyse (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 6 Entscheidungsorientierte Visualisierung Information Overload in vielen Bereichen Isolierung der wichtigen Information entscheidend, insbesondere in informationsintensiven Anwendungen zeitkritischen Anwendungen Probleme aktueller Ansätze Geringe Skalierbarkeit Fehlende Semantik Ziel: Effiziente, benutzerorientierte Informationsvisualisierung 7 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Situationsbewusstsein Feedback State of the Environment Task/System Factors Situation Awareness Level 3 Projection of Future Status 2 Comprehension of Current Situation 1 Perception of Elements In Current Situation Decision Adapt. von Endsley, 2000 Individual Factors (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Beispiel: Fluglotsen 8 Human-Centered Computing Symbiotische Arbeitsteilung von Mensch und System Mensch: Kreativität, Auflösen von Widersprüchlichkeiten, Strategien, Prinzipien, u.a. System: Genauigkeit ohne Ermüdung, Datenspeicherung, zuverlässige, deterministische Verarbeitung, u.a. Ziel: Erhöhung der Effizienz des Gesamtsystems Erweiterung der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeiten durch Informationsvisualisierung 9 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Visual Analytics – benutzerorientiert Maschine / System Mensch Kognitionswissenschaften Statistische Analysen Wissenschaftl. Visualisierung „Das Beste aus zwei Welten“ Data Mining Komprimieren & Filtern Informations-visualisierung Visuelle Wahrnehmung „Visuelle Intelligenz“ Design Entscheidungslehre Graphik und Rendering Erwartungen des Benutzers Mensch-MaschineSchnittstelle (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 10 Herausforderung: Skalierbarkeit Skalierbarkeit in Bezug auf Menge von Daten und Dimensionalität Anzahl der Datenquellen und Heterogenität Datenqualität und Datenauflösung Dynamik und Neuheit Datenrepräsentierung und visuelle Auflösung Benutzerschnittstelle und Interaktion Darstellungsgeräte 11 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Entscheidungsorientierte Visualisierung Representation of Tasks and User Roles Human-Centered Computing Perception of Information Displays DecisionCentered Visualization (DCV) Information Knowledge Representation Visualization Semantics for Visualization (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 12 Entscheidungsorientierte Visualisierung Visualisierung in Bezug auf aktuelle Situation, Aufgabe und Benutzerrolle Benutzerorientierte Unterstützung des Situationsbewusstseins Informationintensive und zeitkritische Anwendungen in verschiedenen Wissensdomänen 13 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Beispiel: Notfallmanagement Krankenhaus 12 Verf ügbarkeit Posit ion 12 7 Krankenw agen Verf ügbarkeit Posit ion Ziel 5 0 Casualties 40 Fatalities 56 Einsat zort Posit ion Verlet zt e Opf er (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 3 27 34 14 Adaptive Informationsverteilung Decision Focus Mission Manager Domain Ontology Presentation Requirement Situation Manager Desktop PC PDA Data Access Domain Database 12 7 Data Hub Network Access 5 3 0 (ε 2,α1,δ1) E2 (ε2,α2,δ2) Internet/LAN (ε2,α3,δ3) E3 R 1 2 ,2 27 34 (Hospital, Map) (ε 3,α1,δ1) (ε1,α2,δ2) (ε1,α1,δ1) Position R 2 2 ,3 E1 Available Casualties 40 Fatalities 56 (ε3,α2,δ2) (Ambulance, Map) Destination (Accident Site, Text) E1 R12 ,2 (ε 1,α 2,δ2) Available Capacity (ε1,α 1,δ1) E2 (ε2 ,α1,δ1) (ε2 ,α2 ,δ2 ) (ε 2,α3 ,δ3 ) R 2 2 ,3 Casualties E3 (ε3 ,α 1,δ1) Position (ε3,α2,δ2 ) Fatalities (Accident Site, Map) Position Konsole (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 15 TRAVO – Mobile High-End Visualisierung Echtzeit–3D–Datenübertragung Echtzeit–2D–Image–Datenübertragung Dynamischer Server (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 16 HEyeWall® - Large-Display Technology 6000 x 3000 Pixel (18 megapixel) on 4,8 x 2,4 meters 48 projectors (9x resolution of large area projections) (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 17 Überblick Vorstellung Fraunhofer IGD Entscheidungsorientierte Visualisierung Visuelle Analyse (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 18 Visual Analytics Neues Thema mit zunehmender Bedeutung in verschiedensten Bereichen Immer schneller wachsende Masse komplexer Informationen Bio-Technologien Markt- und Finanzanalysen Data Warehouses Sicherheit Informationsmassen nicht nur Overload, sondern Chance! 19 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Visual Analytics Datensammlung und -analyse haben zunehmende Bedeutung in verschiedensten Unternehmensbereichen Immer schneller wachsende Masse komplexer Daten Informationsmassen nicht nur Overload, sondern Chance! Der passive Betrachter wird zum aktiven Benutzer Intelligente Systeme zur Nutzung der Daten (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet ??? 20 Visual Analytics – ein neuer Ansatz Kombination aus Informationsvisualisierung, Statistik, Data Mining, Business Intelligence und anderen Gebieten Grundidee: Interaktive Präsentation der Daten in visueller Form Wahrnehmungstheorie Interaktivität Benutzerfreundlichkeit Informationsvisualisierung Visual Analytics Wissensmanagement Data Mining Statistik Datenbankmanagement 21 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Was ist das Neue? Was gibt es schon? Automatisches Knowledge Discovery & Data Mining Interaktive visuelle Daten-Exploration Was brauchen wir? Enge Integration visueller und automatischer Datenanalysemethoden mit Datenbanktechnologien für skalierbare interaktive Entscheidungsunterstützung Visuelle Daten-Exploration Visualisierung Daten Wissen Modelle (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Data Mining Feedback Loop 22 Visual Analytics – ein neuer Ansatz Maschine / System Mensch Kognitionswissenschaften Statistische Analysen Wissenschaftl. Visualisierung „Das Beste aus zwei Welten“ Data Mining Informations-visualisierung Komprimieren & Filtern Visuelle Wahrnehmung „Visuelle Intelligenz“ Design Entscheidungslehre Graphik und Rendering Erwartungen des Benutzers Mensch-MaschineSchnittstelle 23 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Visual Analytics – von Daten zu Taten Ziel: Verkürzung des Weges von Daten zur Entscheidung Daten Interaktive Information / Erkenntnis Entscheidung (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Handlung 24 Visual Analytics – Neue Ansätze Visualisierung großer Datenmengen Integration von weiteren Dimensionen Raum Zeit Darstellung fehlender, unsicherer oder inkonsistenter Daten Integration von Datenanalyse und -darstellung KVMap (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 25 KVMap – Analysis of complex data Multivariate Data analysis Visualisation of correlations between variables Overview of all entries in a large data set Visual deduction of rules by identifying patterns Combination of Statistical analysis (computer) Pattern recognition (human) (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 26 Visual Analytics - Datenintegration Erschließung neuer Datenquellen Datenintegration und -bereinigung Verbreiterung der Datengrundlage Erstellung neuer bzw. Verbesserung alter Analysemodelle Neue Daten in unterschiedlichen Formaten und Medien Texte, numerische Daten, Bilder, Videos Verknüpfung verschiedener Datentypen und -quellen 27 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Beispiel: Visual Analytics im Debriefing Kopplung abstrakter und physikalischer Daten mit verschiedenen interaktiven Visualisierungstechniken 12 12 7 7 3 5 5 0 3 0 27 27 (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet Casualties 40 Casualties56 40 Fatalities Fatalities 56 34 34 28 Beispiel: Visual Analytics und Simulation Virtueller „Test“ Physikalische Modelle GIS-Daten Pläne Nicht-Physikalische Modelle Katastropheneinsatzpläne Exit Skizze der Visualisierung des Fluchtverhaltens von Personengruppen Visualisierung CFD-basierter Simulationsdaten eines Tunnelbrandes (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 29 Beispiel: Visuelle Entscheidungsfindung über Nutzung von WMS (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 30 Echtzeitlösungen für Simulation und Visual Analytics Dr. Jörn Kohlhammer Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung Fraunhoferstraße 5 64283 Darmstadt Deutschland Tel.: +49 (6151) 155 – 646 Fax.: +49 (6151) 155 – 139 Email: [email protected] http://www.igd.fraunhofer.de (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD - 10. Seminar GIS & Internet 31