2D-Visualisierung Übersicht

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1 von Geodaten Einführung Grundlagen Unterteilung. Rasterdatenformate Vektordatenformate Technologien zur Datenpräsentation Statische Präsentation Dynamische Präsentation Automatische Kartenerstellung Beispiele Übung Aufgabenstellung Scripten - Übersicht 3-1 Visualisierung 3D-Nature Ausgangsdaten: IKONOS Szenenausschnitt Digitales Geländemodell Arbeitsschritte: Klassifikation (ERDAS oder interaktive Definition) Digitalisierung von Wegen und POI s Aufbau einer Vegetationsdatenbank im 3D-Nature Rendern von 3D-Standbilder und eines virtuellen Überflugs Visualisierung Google Earth Ausgangsdaten: IKONOS Szenenausschnitt Digitalisierte Wege und POI s (KML-Format) Arbeitsschritte: Anlegen eines Map-Projektes für den UMN-MapServer Integration des UMN-MapServer in Google Earth Übung Aufgabenstellung 3-2

2 Übung Organisation Personen - Termine Terminvereinbarung: Walter Krämer Technische Fragen 3D-Nature: Rainer Prüller (TU) Harald Stelzl (JR per Mail) Technische Fragen Google Earth: Thomas Schnabel (JR- per Mail) Zeiten: 8 Uhr bis 18 Uhr Zeitplan: Demos Einführung KW 19/20 Übungen ab KW 20 Ergebnispräsentation KW Einführung Kartographische Das Internet - speziell World Wide Web ist bereits eine entscheidende Präsentationsplattform für viele Themen. Sehr starker Anstieg der kartographischen Darstellungen im Internet mit unterschiedlicher Qualität. Umfangreiche technologische Entwicklungen für die off- und online Visualisierung von kartographischen Inhalten. Aufbau umfangreicher digitaler Geodatenbanken. Neue Entwicklungen von Geo-Services im Internet, auf CD-Rom und auch auf mobilen Geräten Probleme: Unterschiedliche Qualitätsstandards Verschiedene Technologien Usability der kartographischen Darstellungen Regeln und Vorschriften für die Präsentation 3-4

3 Grundlagen (1) Kartengestaltung für die digitale Präsentation Visuelle Wahrnehmung unterliegt perzeptiven Schwellen, die notwendigerweise Mindestgrößen und -abstände der Graphik verlangen. Der Schwellwert um zwei Linien visuell trennen zu können liegt bei einer Bogenminute [nach Brunner, 2001] 3-5 Grundlagen (2) Kartengestaltung für die digitale Präsentation Auflösung des Auges Lese- / Betrachtungsentfernung ca. 25 cm Leseentfernung für gedruckte Karten, Bücher,... ca cm für elektronische Bildanzeigen am Monitor Auflösung 0,07 mm (70 µm) 360 dpi 0,1-0,2 mm ( µm) dpi Mindestgrößen für gedruckte Karten feine Linie Punkt / kleinste Kreisscheibe Quadrat 0,1 mm 0,3 mm 0,4 mm Mindestgrößen für digitale Bildkarten [nach Brunner, 2001] feine Linie Punkt / kleinste Kreisscheibe Quadrat 0,4 mm 3,0 mm 1,5 mm 60 dpi 8 dpi 16 dpi 3-6

4 Grundlagen (3) Kartengestaltung für die digitale Präsentation [nach Brunner, 2001] Bildstörung durch Aliasing 3-7 Grundlagen (4) Kartengestaltung für die digitale Präsentation Bildstörung durch Aliasing [nach Brunner, 2001] 3-8

5 Grundlagen (5) Kartengestaltung für die digitale Präsentation Linienstärken: mindestens doppelte Bildpunktgröße Doppellinien: vermeiden; vorteilhafter Farbe verwenden Einsatz von Farbflächen statt Flächenmuster oder Schraffuren Starke Einschränkung bei der graphischen Variation von Signaturen, besser quadratische und rechteckige Formen Kartenschrift: horizontal verlaufende, serifenlose Schriftarten (Arial, Univers, Helvetica) Kursive Schriften sind ungünstig; als Schriftvariation Farbe Für gebogene Texte noch größere Schriften wählen Beschriftung spärlicher verwenden (interaktive Einblendung) Einsatz von Antialiasingmaßnahmen (zusätzliche Bildpunkte aus Mischfarbe von Vordergrund- und Hintergrundfarbe) Sinnvolle Einschränkung der Interaktionen (Zoom, Anz. von Objekten, etc.) Interaktive oder automatische Anpassung von Symbolfarbe und -größe. [nach Brunner, 2001] 3-9 Unterteilung (1) Kartographische Die grundsätzliche Darstellungsmöglichkeit von Graphiken ist Rasteroder Vektororientiert. Generierung Grundelemente Speicher Genauigkeit Rasterkarten Scannen von analogen Karten; digitale Erstellung; Bildkarten (Fernerkundung) Pixel Matrixform mit impliziter Positionsangabe durch Zeilen-Spaltenstruktur Hoher Speicherbedarf Begrenzt von der Pixelauflösung Vektorkarten Manuelles oder automatisches digitalisieren von Vorlagen; digitale Erstellung Geometrische Elemente Datenmodell basierend auf kartesischen Koordinaten Niedriger Speicherbedarf Begrenzt durch die Genauigkeit der Ausgangsdaten 3-10

6 Unterteilung (2) Kartographische - Unterteilung Die Unterteilung von digitalen Karten kann neben der Raster/Vektor- Unterteilung auch abhängig vom Zeitpunkt der Kartenerstellung sowie den Interaktionsmöglichkeiten erfolgen. Vor der Anfrage erstellte Karten Statische Karten Dynamische Karten Fixed view Fixed view Interaktiv Interaktiv Nach der Anfrage erstellte Karten Statische Karten Dynamische Karten Fixed view Fixed view Interaktiv Interaktiv [nach Fürpaß C., 2001] 3-11 Rasterformate (1) Formate - Rasterorientiert GIF (Graphical Interchange Format) 8 Bit Bilder 256 Farben eine Farbe als Transparent Animationsmöglichkeit durch die Speicherung von mehreren Bildern in einer Datei ablaufen der Einzelbilder ( Daumenkino ) JPG / JPEG (Joint Photographic Experts Group) 24 Bit Darstellung (mehr als 16 Mill. Farben True Color) Eignet sich auch bei gescanntennten Bildern Verlustkomprimiertes Dateiformat Komprimierfaktor Keine transparente Farbe und Animationen möglich PNG (Portable Network Graphics) 8 Bit und 24 Bit Version 256 verschiedene Transparenzstufen Motivation: Umgehung der Lizenzgebühr bei GIF Format Weitere Formate: TIFF (unkomprimiert und komprimiert LZW, ZIP) GeoTIFF; BMP (Microsoft); Wavelet-Kompr. (MrSid, JPG2000, LuraWave) Softwarespezifische Formate: integrierte oder externe Headerinfo (Descriptor File) - abhängig von den Bearbeitungsaufgaben 3-12

7 Rasterformate (2) Formate Rasterorientiert Internet: Anzeige ist Browser bzw. Plugin abhängig Offlinelösungen: Eigene Formate bieten ev. einen Datenschutz bzw. die Möglichkeit zusätzliche Informationen zu integrieren - Anzeige in einem speziellen Viewer oder im Browser Format Farbtiefe Anzahl der Farben Transparenz stufen Animation Ältere Browser ohne Plugin Aktuelle Browser GIF 8 Bit Ja Ja Ja JPG/JPEG 24 Bit Nein Ja Ja PNG 8 8 Bit Nein Nein Ja PNG Bit Nein Nein Ja 3-13 Rasterformate (3) Formate Rasterorientiert 3-14

8 Rasterformate (4) Formate Rasterorientiert GIF Kompression 7:1 JPEG Kompression 20:1 Lurawave Komprssion 68: Vektorformate (1) Formate - Vektororientiert PDF Format (Portable Document Format - Firma Adobe) Ist eines der ältesten Vektorformate und nicht primär für das WWW gedacht Generierung in anderen Programmen durch eine Exportfunktion Wichtiger Vorteil ist eine einfache Druckmöglichkeit des Formates Stufenloses zoomen sowie Hyperlinks werden angeboten Shockwave Flash Format (Firma Macromedia) Im WWW am weitesten verbreitetes Vektorformat Erstellung von Interaktionsmöglichkeiten und Animationen unter Verwendung der Flash-Funktionen Raster-, Vektor- und Sounddaten in einer Datei möglich Erfordert ein Plugin (ShockwaveFlash Player) Programmierung Java Script ähnlicher Syntax Shockwave (Firma Macromedia) Multimedia Authoring Studio Focus auf offline Lösungen Macromedia Director und Lingo/Java Script Programmierung möglich Real-time 3D Lösungen möglich (online und offline) Erfordert ein Plugin Download von ca. 2.5 MB (Shockwave Player) 3-16

9 Vektorformate (2) Formate - Vektororientiert SVG Format (Scalable Vector Graphics) Neuer offener Standard wird vom World Wide Web Consortium (W3C) entwickelt und empfohlen (auf Basis von XML) Wichtige Firmen im Graphikbereich waren beteiligt Bietet alle Vorteile des Flash-Formates Zusätzliche Eigenschaften: eingebetete Schriften; Stylesheets (CSS); Extensible Markup Language (XML); Interaktivität und Animation; volle Einbindung in eine HTML-Struktur möglich Stufenloses zoomen sowie Hyperlinks werden angeboten Drucken ist derzeit noch ein Problem über Browser möglich Softwarespezifische Formate: Shapefile ESRI Format Die meisten GIS und Fernerkundungssysteme haben Schnittstellen [nach Fürpaß C., 2001] 3-17 Viewer-Technologien Technologien für Viewer Client: HTML (statisch) und Java Script (dynamisch) Applets (Java Application); Shockwave Server: PHP (Pre Hypertext Processor) - Script Sprache ASP (Active Server Pages) Script Sprache JSP (Java Server Pages) Script Sprache Servlets - Java Programmierung Webservices (Java, C++, C# oder VB) CGI (Common Gateway Interface) bietet die Möglichkeit serverseitige Programme aufzurufen Offline-Viewer: VB (Interpreter); Java (Plattformunabhängig); Director (leicht zu erstellen); C; C++; C# (Plattformabhängige Compiler) Mobile: Browser (HTML); Java (Java2ME); Macromedia Flash; Macromedia Director;.Net (VB, C#); C

10 Statische Präsentation (1) Statische Fixed View Präsentation Ist derzeit die häufigste Präsentationsform von Rasterkarten Darstellung im Rasterformat ohne Interaktionsmöglichkeiten Generierung durch scannen von analogen Vorlagen oder durch Export aus Graphikprogrammen (Freehand, etc.) bzw. GIS/Fernerkundungssoftwaresystemen Beim Scannen ist auf die Erkennbarkeit von kleinen Schriften zu achten Auflösung Dateigröße Nachbearbeitung meist erforderlich (Photoshop) Darstellung unter Verwendung der angeführten Rasterformate 3-19 Statische Präsentation (2) Statische interaktive Präsentation Ausnützung der technischen Möglichkeiten die digitale Medien bieten um einen entsprechenden Mehrwert in der digitalen Präsentation zu erreichen Aktive Beeinflussung der Darstellung durch den Nutzer Personalisierung und Profilierung der Darstellung Vektorformate bieten standardmäßig Interaktionsmöglichkeiten an benötigen allerdings für den Internetbrowser ein Plugin Stufenloses Zoomen und Suchfunktionen möglich Inhalt der Karte bleibt in jedem Maßstab gleich Signaturen und Schriften abh. vom Zoomfaktor ein Darstellungsproblem Entsprechende Programmierung erlaubt auch Interaktion bei der Darstellung von Rasterkarten Rasterdaten erfordern jedoch eine auflösungsabhängige Darstellung Aufbau eine Bildpyramide erforderlich (Performanceoptimierung) Wichtig ist die Ausgabemöglichkeit auf einen Drucker 3-20

11 Statische Präsentation (3) Statische interaktive Präsentation 3-21 Dynamische Präsentation (1) Dynamische Fixed View Präsentation Dynamische Veränderungen bezogen auf eine oder mehrere graphische Variable (z.b. Zeitabhängige Veränderungen) Einfachste Möglichkeit ist eine GIF-Animation Abspielen von Filmen mit verschiedenen Formaten AVI, MPEG oder Quicktime 3-22

12 Dynamische interaktive Präsentation Erstellung auf Basis der beschriebenen Vektorformate Flash, Macromedia Shockwave, SVG Auch interaktive (real-time) 3D-Darstellungen möglich VRML, X3D, Quicktime VR, Shockwave 3D (Datenformat W3D) Dynamische Präsentation (2) 3-23 Automatische Kartenerstellung (1) Automatische Kartenerstellung für Internetlösungen Die Erstellung erfolgt auf Basis vorhandener Geodaten, Regeln und Vorschriften. Geodaten: Verwaltung in einer Geodatenbank Regeln: Kartographische korrekte Darstellung; Kartenparameter (Maßstabsbereich, Ebenenkombination, etc.) Vorschriften: Darstellungsergebnis - defn. der kartogr. Variablen (Farbe der Objekte, etc.) Web GIS LösungenL [Fürpaß C., 2001] 3-24

13 Automatische Kartenerstellung (2) Automatische Kartenerstellung für Internetlösungen Web Application Server Datenbank Sync Applikation (XML Daten Austausch) Offline Clients Geo Vektor Daten 3D/2D Visualisierung Web Feature Server Internet (TCP/IP) PDA Smartphone CD-Rom Online Clients Geo Raster Daten Thematische Information Web Map Server Dynamische HTML Daten-Präsentation LAN MAN WLAN GPRS UMTS Alle Geräte mit einem Web-Browser PDA, Smartphone, Desktop PC, Notebook 3-25 Beispiel A (1) Automatische Kartenerstellung GIS Stmk Vischer-Karte

14 Beispiel A (2) Automatische Kartenerstellung GIS Stmk Vischer-Karte Beispiel A (3) Automatische Kartenerstellung GIS Stmk Vischer-Karte

15 Beispiel A (4) Automatische Kartenerstellung GIS Stmk Vischer-Karte Beispiel B (1) Automatische Kartenerstellung für Internetlösungen Umweltbundesamt

16 Beispiel B (2) Automatische Kartenerstellung für Internetlösungen Umweltbundesamt Beispiel B (3) Automatische Kartenerstellung für Internetlösungen Umweltbundesamt

17 Dynamische Fixed View Präsentation Am Beispiel einer Animation zur Ozonbelastung in Österreich. Animation von technisch-wissenschaftlichen Fragestellungen. OZONANIMATION Beispiel C (1) Durchgeführt von: Austrian Reseach Centers Animation über den Ozonverlauf Beispiel D (1) Dynamisch interaktive Präsentation Aufbau der Macromedia Director Entwicklungsumgebung: Besetzung (beinhaltet Darsteller - Textdarsteller, Grafiken, Skripts,...) Drehbuch (beinhaltet einzelne Kanäle, in welche die Darsteller gesetzt werden können) Die Bühne zeigt den aktuellen Drehbuchinhalt (Zeitbezug) Scripts (Programmiersprache Lingo) Filmskripts, Darstellerskripts, Parentskripts, Verhaltensskripts Scripts können je nach Typ Eventgetriggert (MouseOver, MouseIn, etc.) oder automatisch gestartet werden Eventabfragen abhängig von der Filmgeschwindigkeit Xtras (Zusatzmodule, welche bestimmte, über Lingo ansprechbare, Funktionen zur Verfügung stellen) meist in C programmiert Xtras: DB-Xtra (Datenbankschnittstelle) PDF-Xtra (Ermöglicht die Einbindung der PDF Dokumente) 3-34

18 Beispiel D (2) Director Authoring Studio Beispiel: Geo-Datenmanagement-Tool 3-35 Vor- und Nachteile von digitalen Karten VORTEILE: Verfügbarkeit Informationszugriff Effiziente Aktualisierung für online und offline Lösungen Interaktivität (Navigation, Kartenwahl, Kartenlayer, Themenwahl, etc.) Personalisierung Nutzerdefinierte Exploration Temporale und auch non-temporale Animationen Einbindung multimedialer Objekte Multimedia Präsentation (Web, CD-Rom und mobile Systeme) NACHTEILE: Verfügbarkeit (?) Informationszugriff (?) Geräteabhängig (Mobilität) Bildschirmformat Überblick, Auflösung Problem bei der Einhaltung der kartographischen Darstellungsrichtlinien Standardisierung (raster-, Vektorformate, Datenschnittstellen, etc.) 3-36

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