Ein Web Service zur personalisierten Farbdarstellung in Karten

Transkript

1 Ein Web Service zur personalisierten Farbdarstellung in Karten Jörg Steinrücken AgA-Sitzung Web Service zur personalisierten Farbdarstellung

2 Motivation Das Internet bietet Daten aus einer Vielzahl verteilter Quellen Mapping on Demand Verknüpfung von Daten für spezifische Zwecke in verschiedenen Kontexten Kartenerstellung in Echtzeit Probleme: Darstellung der Karten-Layer nicht aufeinander abgestimmt 2

3 Legende Tour 1 Tour 2 Tour 3 Tour 4 Tour 5 Tour 6 Tour 7 Personalisierung Befragung 3

4 Motivation Internet bietet Daten aus einer Vielzahl verteilter Quellen Mapping on Demand Verknüpfung von Daten für spezifische Zwecke in verschiedenen Kontexten Kartenerstellung in Echtzeit Probleme: Darstellung der Karten-Layer nicht aufeinander abgestimmt Einfluss individueller Sehgewohnheiten (z.b. Sehschwächen) Äußere Einflüsse (z.b. Ausgabemedium, Lichtverhältnisse) 4

5 Problemformulierung Gegeben Topographische Karte mit festgelegter Darstellung Objekte O 1 bis O n mit frei wählbarer Darstellung Gesucht: Darstellungsmöglichkeiten der Objekte O 1 bis O n über der topographischen Karte Forderungen Prägnanz: Möglichst gute visuelle Unterscheidbarkeit der Objekte O 1 bis O n untereinander der Objekte O 1 bis O n vor dem Kartenhintergrund für alle Nutzer/Geräte Lösung on demand Zugänglichkeit ohne technische Barrieren 5

6 Rahmen Serviceorientierte Architektur Raumbezogene Daten über standardisierte Dienste Web Map Service (WMS) des Open Geospatial Consortiums (OGC) Symbology Encoding (SE) / Styled Layer Descriptor (SLD) des OGC 6

7 Lösung Darstellung Möglichkeiten: Grafische Variablen Wichtigste Variable: Farbe Problem der Unterscheidbarkeit reduziert auf Bestimmung gut unterscheidbarer Farben Farben abstimmen auf Nutzer und sein Anzeigegerät Umsetzung durch Web Service 7

8 Architektur Domain Browser Web Map Proxy 8 (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung Nutzerdaten

9 Architektur Personalisierung Domain Browser Web Map Proxy 9 (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung Nutzerdaten

10 Personalisierung Anlegen von Nutzerprofilen (Nutzername, Passwort, ) Erfassung persönlicher Daten Farbsehschwächen Angabe durch den Nutzer Einblenden von Testgrafiken Wiedergabequalität des Displays Monitor kalibriert? Visuelle Kalibrierung durch Gamma-Einstellung Verifikation durch Bewertung von Testgrafiken durch den Nutzer 10

11 Visuelle Gamma-Einstellung 11

12 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map Proxy 12 (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung Nutzerdaten

13 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map Web Map Proxy 13 (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung Nutzerdaten

14 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map WMS-URL Web Map Proxy 14 WMS-URL (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung Nutzerdaten

15 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map Web Map Proxy 15 (SLD-) WMS GetCapabilties (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung Nutzerdaten

16 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map Web Map Proxy 16 (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung SE Nutzerdaten

17 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map SE-URL Web Map Proxy 17 SE-URL (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung SE Nutzerdaten

18 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map Web Map Proxy 18 GetMap (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung SE Nutzerdaten

19 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map Web Map Proxy 19 GetMap (SLD-) WMS SLD=SE-URL (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung SE Nutzerdaten

20 Architektur - Kartenabfrage Domain Browser Web Map Web Map Proxy 20 (SLD-) WMS (Service) Farbgebung Geodaten Personali sierung Nutzerdaten

21 Vorgehen Visuelle Unterscheidbarkeit Farbraum mit geeigneter Metrik (visuelle Gleichabständigkeit) 21 Modellierung des Farbraums: 3D-Polyeder Formulierung als Optimierungsproblem im 3D-Raum Lösung on demand

22 Prozess srgb 22

23 Prozess srgb XYZ 23

24 Prozess srgb XYZ CIELUV 24

25 Prozess srgb XYZ CIELUV MAXMIN 25

26 Prozess srgb XYZ CIELUV MAXMIN 26

27 Formulierung Optimierungsproblem maximiere d u. d. Nb. X, Y d i j 2 i 1,..., n, j 1,..., m n; j i n T k X l b l 0 k 1,...,9; l 1,..., n 27 Y F X ( F, X ) Menge der m gegebenen Farben Menge der n gesuchten Farben X i, Yj n, b T k l 2 Euklidische Distanz Ebenenparameter der Polyederflächen

28 Problemcharakterisierung Allgemeines nicht-lineares Problem Farbproblem besitzt eine Vielzahl lokaler Optima Effiziente Verfahren bestimmen eine lokal optimale Lösung, deren globale Optimalität möglich ist 28 Globales Optimum Lokale Optima Rastrigins Funktion (Quelle: Matlab)

29 Rolle des Startpunkts f (x) 29 Lokales Optimum Globales Optimum x

30 Lösungsverfahren S1 Bestimmung geeigneter Startpunkte S2 Lokales Optimierungsverfahren 30 S3 Globale geometrische Bewertung Annähernd global optimale Lösung

31 S1: Geeignete Startpunkte Beobachtung: Nur Punkte auf dem Rand können den Farbraum optimal ausnutzen 31 Folgerung: Punkte, die auf dem Rand verteilt sind, eignen sich gut als Startpunkte

32 Lösungsverfahren S1 Bestimmung geeigneter Startpunkte S2 Lokales Optimierungsverfahren 32 S3 Globale geometrische Bewertung Annähernd global optimale Lösung

33 Lösungsverfahren S1 Bestimmung geeigneter Startpunkte S2 Lokales Optimierungsverfahren 33 S3 Globale geometrische Bewertung Annähernd global optimale Lösung

34 S3: Beispiel in der Ebene Berechnete/gegebene Punkte größter leerer Kreis 34

35 S3: Mögliche Kugelmittelpunkte Berechnete/gegebene Punkte 35 Voronoi-Knoten Schnittpunkte Voronoi-Kanten- Polygon Eckpunkte des Polygons

36 Einbeziehung Personalisierung Repräsentation im Optimierungsmodell durch Nebenbedingungen Sehschwäche: Reduktion des Farbraums auf Ebene Ausgabegeräte/Umwelt: Einschränkung des Farbraums 36

37 Legende Tour 1 Tour 2 Tour 3 Tour 4 Tour 5 Tour 6 Tour 7 Personalisierung Befragung 37

38 Resümee Prägnanz in Karten durch Auswahl geeigneter Farben Formulierbarkeit als Optimierungsproblem Unterscheidbarkeit = Euklidische Distanz Annähernd optimale Lösung effizient bestimmbar Vorgehen: Wahl geeigneter Startpunkte, Verbesserung durch lokales Verfahren, geometrische Bewertung Adaption an individuelle Eigenschaften Umsetzung durch Web Service Prototyp Personalisierung Farbgebung Web Map 38

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Web Service zur personalisierten Farbdarstellung

40 S1: Bewegung auf dem Rand 40