Erkennen komplexer Strukturen
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Komplexe Strukturen visuell und interaktiv Heidrun Schumann Universität Rostock H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 1 Ausgangspunkt „Man kann ein Bild machen oder einen schönen mathematischen Beweis…“ K. Rybakowski, Ringvorlesung 18.11.2008 Motto der heutigen Ringvorlesung „Man kann ein schönes Bild machen …..“ H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 2 Ein Bild – Warum? Kommunikation von Informationen: Verbesserte Aufnahme von Informationen/Daten/Wissen durch Bilder ..... • • • • • • • • • • • • • ...... H. Schumann 012349 023487 098098 123031 098123 010741 001841 089524 089809 981203 001141 980981 982345 09819824 09809124 01823467 68768762 19763193 98071444 09812344 98017243 ß0951234 87918244 897144ß1 98174987 87658186 Ringvorlesung, 16. 12. 2008 ? ?? Seite 3 Ein Bild – Warum? Kommunikation von Informationen: Verbesserte Aufnahme von Informationen/Daten/Wissen durch Bilder ..... • • • • • • • • • • • • • ...... 012349 023487 098098 123031 098123 010741 001841 089524 089809 981203 001141 980981 982345 ! 09819824 09809124 01823467 68768762 19763193 98071444 09812344 98017243 ß0951234 87918244 897144ß1 98174987 87658186 H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 4 Ein Bild – Warum? Kommunikation von Informationen: Verbesserte Aufnahme von Informationen/Daten/Wissen durch Bilder ! H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 5 Ein Bild – Warum? Kommunikation von Informationen: Verbesserte Aufnahme von Informationen/Daten/Wissen durch Bilder ! H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 6 Ein Bild wovon? – Strukturen! H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 7 Ein Bild – Warum? Kommunikation weitgehend untereinander Überlasteter Knoten Mitarbeiter krank? H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 8 Wo liegt das Problem? Die Datenmengen werden immer größer und komplexer. Aber: Traditionelle Darstellungen können nur 100 bis 200 Knoten anzeigen. Werden größere Knotenmengen angezeigt, führt dies zum Visual Cluttering. Sind das schöne Bilder? H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 9 Wir brauchen neue Ansätze – visuell und interaktiv Information Seeking Mantra (Shneiderman, 1996): Overview first, zoom and filter, then details on demand! Als Überblick (für ZoomIn und ZoomOut) eignen sich hierarchisierte Strukturdarstellungen besonders gut. H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 10 Visualisierung hierarchischer Strukturen implizit explizit radial Hyperbolic Viewer, (Lamping, 1995) InterRing, (Yang, 2002) Magic Eye View, (Kreuseler, 2002) achsenparallel Ordered Treemap, (Shneiderman, 2001) VCG-Bild 2D-Präsentation H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Beamtree, (vanHam, vanWijk, 2002) 3D-Präsentation Seite 11 1000 Knoten (1) Der Magic Eye View (DA Bürger, 1999, Kreuseler 2000, DA Voigt 2001) Prinzip: verzerrte Darstellung der hierarchischen Struktur auf einer Halbkugel Æ explizit, radial, 3D. – radiales Layout in 2D (Radial Walker- Alg.) Symmetrie??? H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 12 1000 Knoten (2) – Projektion des 2D-Layouts auf Halbkugel. – Konstruktion von Projektionsstrahlen ausgehend vom Kugelmittelpunkt (Projektionszentrum) zu den Knoten. – Verzerrung durch Verschiebung des Projektionszentrums unter Beibehaltung der Projektionsstrahlen. (Die Schnittpunkte der Projektionsstrahlen mit Kugeloberfläche ergeben die neuen Positionen der Knoten.) H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 13 1000 Knoten (3) Magic Eye View für Ontology (1100 Knoten) Interaktion: Fokussieren auf Knoten von Interesse Integration von Horten-StrahlerZahlen zur Veranschaulichung der Komplexität von Teilbäumen H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 14 1000 Knoten (4) Filter FishEye View zur Beschriftung H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 15 10 000 Knoten (1) TreeMap-Toolkit: Prinzip: Implizite Hierarchiedarstellungen in 2D und 3D, achsenparallel und radial, mit verschiedenen Primitiven. Ausgangspunkt: Treemap (Shneiderman,1991) Rekursive Unterteilung eines Rechtecks in Abhängigkeit der Struktur achsenparallel, 2D H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 16 10 000 Knoten (2) http://www.hivegroup.com/gallery/galleryapps_amazon.html H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 17 10 000 Knoten (3) H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 18 10 000 Knoten (4) http://www.panopticon.com/products/treemaps.htm H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 19 10 000 Knoten (5) Problem 1: Verstehen der Technik, verstehen der Struktur Ansatz: „Explode to explain“ Luboschik, 2007 H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 20 10 000 Knoten (6) Problem 2: Viele Varianten, welche ist die beste? Ansatz: Generisches Framework mit freier Parameterwahl (Schulz, Hadlack, 2007) – Vater-Kind-Beziehung Ö Enthaltensein, Adjazenz, Überlappen – Layout Ö Radial vs. achsenparallel Ö Unterteilungsstrategie – Primitivauswahl – Primitivdarstellung H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 21 10 000 Knoten (7) Video H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 22 100 000 Knoten (1) Point-based Tree-Layout (Schulz, Hadlack) Prinzip: Anwendung eines punkt-basierten Modellierungsansatzes H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 23 100 000 Knoten (2) Prinzip: Knoten werden als Punkte gezeichnet und farbkodiert (Grünskala: Tiefe, Rotskala: Breite), Kanten werden automatisch eingeblendet, wenn der Platz ausreicht. Video DMOZ Klassifikation (Hierarchie mit 754.403 Knoten), Schulz, Hadlack, 2008 H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 24 Schlussbetrachtungen (1) Für die visuelle Analyse komplexer Strukturen reicht es nicht aus, einzelne Bilder zu erzeugen. Hierzu müssen – Automatische Berechnungsfunktionen (z.B. zum Berechnen von Maßen) – unterschiedliche Bilder und – vielfältige Interaktionsfunktionen in koordinierten Views bereitgestellt werden. Das Graphanalyse-Tool CGV (Tominski, 2007), bietet diese Funktionalität an. H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 25 Schlussbetrachtungen (2) Screendump von CGV, Tominski, 2007 H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Video Seite 26 Schlussbetrachtungen (3) Weitere Informationen: http://www.informatik.uni-rostock.de/~ct/ http://www.informatik.uni-rostock.de/~hs162/ http://www.informatik.uni-rostock.de/~malub/ H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 27 1000 Knoten (5) Darstellung desselben Teilgraphen der Ontologie mit 385 Knoten (der grüne Kantenverlauf zeigt den Weg zum Wurzelknoten) und allen Relationen von dem interaktiv ausgewählten Knoten Mittelklassehotel H. Schumann Ringvorlesung, 16. 12. 2008 Seite 28
