Rolf Däßler Visuelle Kommunikation mit Karten

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1 Rolf Däßler Visuelle Kommunikation mit Karten 1. Das Paradigma Karte Karten besitzen eine herausragende Bedeutung in der visuellen Kommunikation. Karten begegnen uns in allen Bereichen des Lebens, wo es darum geht zu informieren, sich zu orientieren, zu navigieren oder um relevante Informationen zu finden, ob in der alltäglichen Kommunikation oder in Wissenschaft und Technik. Im Alltag benutzen wir sehr häufig Karten im traditionellen Sinn, d.h. im geografischen Kontext in Form von Landkarten, Stadtplänen, Straßenkarten oder zur Veranschaulichung von statistischen Daten. Im wissenschaftlichen Bereich, vor allem in den Geowissenschaften, ist die Karte eines der wichtigsten Instrumente zur Darstellung und Interpretation von Daten aus Messungen, Experimenten oder Computersimulationen. Die Aufgabe einer Karte besteht prinzipiell darin, Informationen jeglicher Art in eine Form zu transformieren, die eine verständliche, visuelle Kommunikation ermöglicht. Dabei macht die Metapher Karte von unseren Wahrnehmungsund Kognitionsfähigkeiten Gebrauch, komplexe Zusammenhänge und große Datenmengen grafisch-visuell schneller und exakter erfassen zu können, als es verbal oder mit Hilfe von Zahlenwerten möglich ist. Das Zeitalter der grafikfähigen Rechner und die Digitalisierung von Daten eröffneten in den letzten Jahren völlig neue Möglichkeiten im Umgang mit Karten. Die neuen Paradigmen heißen Dynamik und Interaktivität. Karten sind nicht länger statische Grafiken sondern Informationen, die in einer Karte dargestellt werden können sich dynamisch ändern. Darüber hinaus kann der Benutzer, der früher lediglich der Betrachter einer Karte war, den Zustand und die dargestellten Informationen interaktiv beeinflussen oder sogar verändern. Moderne Formen traditioneller Karten begegnen uns im digitalen Zeitalter in Form von mobilen Navigationssystemen in Fahrzeugen, die beispielsweise automatisch eine Routenplanung durchführen können oder in den Naturwissenschaften in Form komplexer Geoinformationssysteme, die verschiedenste Informationen aus weltweit verteilten Informationsquellen aufsammeln und als interaktive Grafik darstellen können. Ein neues, wichtiges Anwendungsgebiet ergibt sich zunehmend mit der Nutzung weltweit verteilter Informationenressourcen und virtueller Dienstleistungen im Internet: die Karte als Nutzerschnittstelle in der Mensch-Maschine-Kommunikation. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die Aufhebung einer strikten Bindung des Paradigmas Karte an einen geografischen Kontext. Wissenskarten werden beispielsweise im Gegensatz zu Landkarten eingesetzt, um grafisch-visuell Ideen und Konzepten zu vermitteln oder Orientierungs- und Navigationshilfen beim Auffinden von Informationen zu geben. Was ist eine Karte? Die Vielfalt der Anwendungsgebiete von Karten macht es zunehmend schwieriger, eine allgemeingültige Definition der Metapher Karte zu geben. Während frühere Beschreibungen (im Vorcomputerzeitalter) eine Karte als zwei-dimensionale grafische Abstraktion bzw. Projektion eines Weltausschnittes definierten, d.h. Karten ausschließlich im geografischen Kontext betrachteten, verweisen neuere Arbeiten mehr auf den Aspekt der Karte als Instrument der visuellen Kommunikation und fassen den Rahmen dessen, was man als Karte bezeichnen kann wesentlich weiter. Dadurch entfällt beispielsweise der strikte geografische Bezug einer Karte, d.h. eine Karte kann auch Informationsobjekte verbinden, die nicht in einer unmittelbaren räumlichen Beziehung stehen. Darüber hinaus entfällt auch die Bindung an die physische Welt. Wir benutzen beispielsweise heute Karten, um uns in virtuellen Welten (Cyberspace) zu orientieren oder im Internet zu navigieren. Betrachten wir nun zwei Definitionen für Karten, die aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen kommen. Das erste Zitat stammt aus dem Buch MAPPING WEB SITES von PAUL KAHN [1] und definiert die Karte 1

2 mehr aus der Sicht der Informationsvisualisierung: Maps are a special form of visual communication, a representation of the three-dimensional world in a coded two-dimensional form The map is a form of code, a geometry to feed the visual imagination (Kahn and Lenk, 2001). Eine andere Definition beschreibt dagegen Karten mehr als Hilfsmittel der wissenschaftlichen Visualisierung [2]: Maps are integral parts of how we understand and explain the world A method to visualize a world, that is too large and too complex to see directly (McEachren, 1995). Zusammenfassend kann man das Paradigma Karte folgendermaßen beschreiben: Eine Karte ist eine Form der visuellen Kommunikation. Eine Karte repräsentiert einen Ausschnitt der realen Welt (wozu auch künstliche Welten zählen) der in einer vereinfachten, grafischen Darstellung zur Ausgabe auf einem zweidimensionalen Ausgabemedium (Bildschirm, Papier) transformiert wird. Karten können dynamisch (Änderung der in einer Karte enthaltenen Informationen) und interaktiv (nutzerabhängige Manipulation der in einer Karte enthaltenen Informationen) sein. Verallgemeinert kann man feststellen, dass jeder Karte eine spezifische Struktur zugrunde liegt, die entweder physischräumlicher Natur (z.b. Koordinatensystem) oder abstrakter Natur (z.b. Organisationsschema oder Vernetzungsschema) sein kann. Auf der Grundlage dieser Struktur (Kontext) werden Informationsobjekte in Form von Symbolen, Farben, Formen, Texten oder Bildern in eine Karte projiziert (Mapping). Eine Karte zeigt dann komplexe Objekte und Objektbeziehungen in einer vereinfachten und abstrakten Form. Ein Betrachter kann aus der Art der visuellen Darstellung sehr viel schneller als bei der Verwendung von Text ein Verständnis (assoziativer Charakter) über die zugrundeliegende Information erlangen. Zu den fundamentalen Methoden der Kartografie gehört es, Zustände und Prozesse der Realwelt zu abstrahieren und zu verallgemeinern. Das beinhaltet die Selektion, Klassifikation, Vereinfachung und symbolhafte Darstellung von Daten und Informationen. Darüber hinaus kombinieren moderne Karten Elemente traditioneller Landkarten mit Elementen der Informationsgrafik [3] und der Diagrammtechnik [4]. Mapping Ein nicht zuletzt durch die wissenschaftliche Visualisierung weit verbreiteter Begriff ist der des Mappings, den man traditionell mit kartografieren, aus heutiger Sicht jedoch eher mit projizieren übersetzen könnte. Im allgemeinen kann man mit dem Begriff des Mappings alle Methoden zusammenfassen, die Daten und Informationen in eine vorgegebene räumliche oder semantische Struktur abbilden, also beispielsweise um Städte oder Flüsse oder Höhenprofile im Koordinatensystem einer Landkarte darzustellen, Dokumente in einer Dokumentkarte anzuordnen oder Webseiten einer Sitemap zuzuordnen. Dazu gehören geometrische Transformationen für Landkarten genauso wie textanalytische Methoden für thematische Karten. In der wissenschaftlichen Visualisierung wird unter Mapping das Aufbringen von Textur auf die Oberflächenelemente (Polygone) eines Drahtgittermodels oder das Einbringen von Volumenelementen (Voxels) in eine räumliche Darstellung bezeichnet. 2D oder 3D In unserem alltäglichen Gebrauch verbindet sich der Begriff Karte in der Regel mit einer statischen, zweidimensionalen, grafischen Darstellung. Trotzdem besteht keine Notwendigkeit den Begriff der Karte auf eine ebene Darstellung zu beschränken. Im Gegenteil seit den Anfängen der Kartografie versuchen die Kartografen dem Flachland, wie es EDWARD TUFTE in seinem Buch ENVISIONING INFORMATION [5] beschreibt, zu entfliehen. Mit grafischen Mitteln, wie Verdeckung, Schattierung, Textur oder Perspektive wird versucht einen räumlichen Eindruck von Objekten oder Strukturen zu vermitteln. Serien von Querschnittskarten ermöglichen dagegen Einblicke in räumliche Zustände und Prozessabläufe. Die neuen Möglichkeiten die interaktive Medien bieten legen es nahe das Paradigma Karte auch in die dritte Dimension zu erweitern. Moderne 2

3 Geoinformationssysteme oder Visualisierungswerkzeuge bieten schon seit langem Möglichkeiten zur räumlichen Exploration von Daten in sogenannten Datenräumen an. Die Projektion einer räumlichen Kartierung von Erdbebenepizentren in Abbildung 3 unterscheidet sich prinzipiell nicht von der Projektion der 3D-Darstellung in eine Ebene. Im Gegenteil durch die Projektion geht sogar ein Teil der Tiefeninformation durch die Überlagerung von Daten verloren. Natürlich ist man geneigt, eine räumliche Darstellung eher als Modell oder Datenraum anstatt als Karte zu bezeichnen. Vom Prinzip her handelt es sich aber um nichts anderes, als dass der Prozess des Kartografierens um eine zusätzliche Dimension der zugrundeliegenden Informationsstruktur erweitert wird. Das gleiche trifft natürlich auch auf eine weitere Dimension, die Zeit zu. Durch Dynamik, z.b. Animation oder Interaktion kann eine Karte grundsätzlich auch um diese Dimension erweitert werden. 2. Von der Landkarte zur thematischen Karte Kartendarstellungen sind sehr eng mit der Entwicklungsgeschichte der Menschen von den Anfängen bis zur Gegenwart verbunden. In allen Epochen der Menschheitsgeschichte vermittelten Karten ein visuelles und vereinfachtes Abbild dessen, was Menschen zu ihrer Zeit über die Realwelt dachten und wie sie bestimmte Ereignisse und Objekte wahrnahmen. Die ältesten landkartenähnlichen Darstellungen von Siedlungen in Form von Wandmalereien kann man um ca Jahre zurückdatieren. Auch in den vorantiken Hochkulturen (z.b. Babylonien) nutze man bereits in Tontafeln geritzte Stadtpläne. Aus der Zeit zum Beginn unserer Zeitrechnung sind aber auch Karten bekannt, die als Ergebnis von Vermessungen und Datensammlungen entstanden. Bereits in der Antike begann man damit, Karten zu erstellen, die eine Vorstellung über die Beschaffenheit der Welt vermitteln sollten und vor allem auf philosophischen Betrachtungen basierten. Die Ideen des PTOLOMÄUS beherrschten bis ins Mittelalter das Weltbild. Sein Buch GEOGRAPHIA enthält bereits Kartendarstellungen in denen Koordinatensystem, Symbole, Text und Grafik in einer gemischten Form auftreten, wie wir sie auch von heutigen Karten kennen (Abbildung 1). Abbildung 1 Detail einer Karte der deutschen Ausgabe von Ptolomäus Geographia, herausgegeben in Ulm 1482, ca Jahre nach dem Erscheinen des Buches. Obwohl Küstenverläufe und geografische Details aus heutiger Sicht falsch dargestellt sind zeigt die Abbildung bereits wesentliche Elemente moderner geografischer Karten: eine Mischung von Koordination, Symbolik, Text und Informationsgrafik. 3

4 Um 1300 entstanden dann die ersten Seekarten des Mittelmeergebietes mit einer äußerst präzisen Darstellung der Küstenlinien. Der Beginn der kartografischen Neuzeit geht zurück in das 15.Jahrhundert, als zunehmend religiöse Darstellungen der Welt durch Karten ersetzt werden, denen Daten aus Vermessungen oder wissenschaftlichen Bebachtungen zugrunde liegen. Im 18. und 19. Jahrhundert wurden im Zuge der industriellen Entwicklung grafische Methoden für die Darstellung ökonomisch-statistischer Daten entwickelt, die in der Kombination mit geografischen Daten die Vorraussetzung für ganz neue Typen von Karten, beispielsweise die thematischen Karten, schufen. EDWARD PLAYFAIR entwickelte bereits im 18. Jahrhundert in seinem Buch COMMERCIAL AND POLITICAL ATLAS (LONDON, 1786) viele der noch heute üblichen Diagrammformen (z.b. das Kreisdiagramm). Ein anderer Pionier der Informationsgrafik war JOSEPH MINARD, ein französischer Baumeister, der im 19.Jahrhundert eindrucksvolle Beispiele für eine hochentwickelte Kunst der Kartografie lieferte. Die wohl bekannteste Darstellung ist der Russlandfeldzug der Napoleonischen Armee im Jahr 1812/13 (Abbildung 2), ein Musterbeispiel für eine informelle Karte. Weitere exzellente Beispiele finden sich in dem Buch THE VISUAL DISPLAY OF QUANTITATIVE INFORMATION von EDWARD TUFTE [6]. Abbildung 2 Karte des Russlandfeldzuges von Charles Joseph Minard ( ), gezeichnet Minard zeigt, wie man durch die Auswahl einfacher grafischer Mittel eine Vielzahl von Informationen ohne den Eindruck der informellen Überladung in einer Karte darstellen kann. Insgesamt fünf verschiedene Parameter sind dargestellt: die Größe und der Aufenthaltsort der Truppen zu einem bestimmten Zeitpunkt, die Bewegungsrichtung der Armee und die Temperatur auf dem Rückzug von Moskau. In die Zeit von MINARD fällt auch die Entwicklung topografischer Karten, die detaillierte geografische Daten über Geländebeschaffenheit, Vegetation und die geografische Infrastruktur wie Straßen, Städte, Eisenbahnlinien, Gebäude usw. enthielten. Auf der anderen Seite wurden auch zunehmend thematische Karten populär, die meist in einem geografischen Kontext Informationen zu einem bestimmten Thema enthielten, beispielsweise zum Bevölkerungswachstum, Wahlverhalten, Bodennutzung etc. Im 20. Jahrhundert entwickelte sich die Kartografie zu einer eigenständigen Wissenschaft, auf deren Grundlage bis heute gültige Standards für Landkarten erarbeitet wurden. Auf der anderen Seite entwickelte sich die Karte zunehmend zu einem visuellen Kommunikationsmittel. Dazu gehört vor allem die Entwicklung der Informationsgrafik, die damals wie heute vorrangig in den Druckmedien Verwendung findet. Eine neue Epoche in der Verwendung von Karten begann mit dem Computerzeitalter. Datendigitalisierung und 4

5 weltweite Computervernetzung schaffen die Vorraussetzung für dynamische und interaktive Karten. Insbesondere grafische Benutzeroberflächen bedienen sich der visuelle Metapher Karte als Kommunikationsschnittstelle für Informationssysteme und virtuelle Dienstleistungen. Besonders bevorzugt sind natürlich Dienste mit geografischem Bezug, wie Wetterinformationsdienste, Städteinformationen, Routenplaner oder Tourismusdienste. Aber auch im wissenschaftlichen Bereich wurden leistungsfähige Visualisierung- und Geoinformationssysteme (GIS) entwickelt, die auf der Grundlage von dynamischen Karten den Austausch, die Auswertung und die Interpretation von wissenschaftlichen Daten in noch nie zuvor gekannter Quantität und Qualität ermöglichen. Die nachfolgenden Beispiele zeigen Karten aus den Bereichen Datenvisualisierung, Statistik und Topografie. Abbildung 3 zeigt als ein Beispiel aus dem Bereich Datenvisualisierung eine räumliche Projektion der globalen Verteilung von Erdbebenepizentren (ca Punkte), die über den Zeitraum von mehreren Jahr registriert worden sind. Durch diese Art der Darstellung erhalten Geowissenschaftler Erkenntnisse über die Plattentektonik der Erde und die Tiefe aufgetretener Erdbeben. Aus der grafischen Darstellung lassen sich anschaulich die plattentektonischen Prozesse im Erdmantel rekonstruieren, was ohne Visualisierung nur sehr schlecht oder gar nicht möglich wäre. Abbildung 3 Karte der globalen Verteilung von etwa Erdbebenepizentren unterschiedlicher Stärke (dargestellt in unterschiedlicher Farbkodierung), erstellt mit dem Visualisierungssystem IRIS Explorer. Die Erdbeben sind über einen Zeitraum von mehreren Jahren über die Erde verteilt seismisch registriert worden. An Hand der Konzentration der Erdbebenaktivitäten kann man sehr genau die Ränder der Kontinentalplatten erkennen. In 3D kann man zudem erkennen, dass Erdbeben bis zu einer Tiefe von 1000 km auftreten können. Dadurch lassen sich Struktur und Ausdehnung sogenannter abtauchender Platten ermitteln, die eine große Bedeutung für die Erddynamik besitzen. Abbildung 4 zeigt eine topografische Karte eines Teils der Erdoberfläche mit einer Auflösung von 10 Kilometern. Durch spezifische grafische Methoden der Reliefdarstellung und Falschfarbencodierung werden dabei die Höhenunterschiede besonders plastisch hervorgehoben. Die Karte kann beispielsweise interaktiv mit der Qicktime-VR-Software exploriert werden. Man kann so in die Karte hineinzoomen, d.h. einen Kartenausschnitt stufenlos vergrößern oder verkleinern, und dabei die Karte verschieben, um gleichzeitig die Beobachtungsposition zu verändern. 5

6 Abbildung 4 Topografische Karte eines Ausschnitts der Erdoberfläche, erstellt mit dem Visualisierungssystem IRIS Explorer. Der Visualisierung wurde der ETOPO5-Datensatz zugrundegelegt, der eine örtliche Auflösung von 10 km besitzt. Mit Hilfe von bildtechnischen Schattierungseffekten und Falschfarbentechnik sind auch in der zweidimensionalen Darstellung die Höhenprofile der Erde und des Meeresgrundes besonders gut zu sehen. Ein typisches Beispiel einer interaktiven, thematischen Karte ist der MapVisualizer der Data- Mining-Software MineSet der Firma SGI. Abbildung 5 zeigt die Bevölkerungsentwicklung der einzelnen Staaten der USA. Die Karte zeigt statistische Daten in einem geografischen Kontext, in diesem Fall Bevölkerungsdaten für die einzelnen Bundesstaaten. Die dreidimensionale Darstellung wurde hier gewählt, um die Relationen des Bevölkerungswachstum zwischen den einzelnen Staaten besser sichtbar zu machen. Durch die individuelle Einstellung des Betrachtungswinkels und der Möglichkeit des Zoomens wird eine effiziente, visuelle Datenanalyse erreicht. Interessant ist auch die interaktive Einbeziehung einer zeitlichen Dimension. Die zeitabhängige Entwicklung der Bevölkerungsdaten kann mit Hilfe einer Animation, d.h. durch die dynamische Änderung der dargestellten Daten in der Karte, entweder durch manuelle Steuerung oder automatisch als Animation verfolgt werden. Abbildung 5 Statistische Karte der USA (ohne Hawai) generiert mit dem Data-Mining System Mineset von SGI. Die Karte zeigt die Bevölkerungsdichte in jedem Bundesstaat. Sie kann interaktiv verändert werden. Über eine Zeitachse ist es automatisch oder manuell möglich, die Veränderung des Bevölkerungswachstums über einen bestimmten Zeitraum zu beobachten. 6

7 3. Typologie Die Anwendung des Begriffs der Karte auf die Beschreibung von Objekten und Objektbeziehungen in virtuellen Welten, d.h. ohne einen räumlichen Bezug in der physischen Welt (Cyberspace) erfordert auch eine Erweiterung des traditionellen Klassifikationsschemas für Karten. Die traditionelle Einteilung von Karten in Landkarten und thematische Karten hat einen Aspekt gemeinsam, die dargestellten Informationen haben einen räumlichgeografischen Bezug zu unserer physischen Realwelt. Auch in der virtuellen Welt der Computernetzwerke (Cyberspace) finden wir natürlich digitalisierte Abbilder dieser traditionellen Karten, die in der Regel durch dynamische und interaktive Funktionen erweitert wurden. Aber es gibt auch ganz neue Kategorien von Karten, die Zustände und Prozesse in der virtuellen Welt selbst beschreiben. Dabei sollten wir die virtuelle Welt als einen Teil unserer Realwelt begreifen, der außerhalb unserer physischen Welt, d.h. außerhalb der materialisierten bzw. vergegenständlichten Welt existiert. Martin Dodge beschreibt 1997 die erste Typologie zur Kartografierung des Cyberspace. Er unterteilt die Metaphern der visuellen Kommunikation in Karten mit geografischen Bezug, in Konzeptkarten, topologische Karten, Landkarten, virtuelle Stadtpläne und Navigationshilfsmittel. Ein gravierendes Problem dieser Typologie ergab sich aber durch die unzureichende Trennung des Typs der zugrundeliegenden Daten und der Art der visuellen Repräsentation. In seinem Buch MAPPING CYBERSPACE (2001) beschreibt MARTIN DODGE [7] ein neues, allgemeineres Schema zur Klassifikation von Karten über virtuelle Welten. Er postuliert Kategorien für Karten als Funktion ihrer geografischen Referenz, ihres räumlichen Bezuges und der materiellen Ausprägung der dargestellten Datenobjekte. Dodge schlägt ein Klassifikationsschema vor, das eine Einteilung entlang dreier Achsen durchführt (Abbildung 6): (1) geografischer Bezug oder Bezug zur virtuellen Welt (geografisch/virtuell), (2) Vergegenständlichung der Information (materialisiert/immateriell), (3) räumlicher Bezug der dargestellten Information (räumlich/nicht räumlich). Die erste Achse charakterisiert, ob die Struktur der Karte (z.b. das Koordinatensystem) entweder einen Bezug zur physischen (räumlich-geografischen) oder zur virtuellen Welt hat. Die zweite Achse charakterisiert Eigenschaften der dargestellten Datenobjekte. Diese können in materialisierter Form in der uns umgebenden physischen Welt existieren oder aber virtueller, nichtmaterieller Natur sein. Zur materiellen Welt zählen auch alle Materialeigenschaften, die mit physikalischen Methoden gemessen werden können, z.b. die Temperatur oder die Bitrate in einem Rechnernetzwerk. Beispiele für immaterielle Daten sind dagegen statistische Daten wie die Bevölkerungsdichte oder das Wahlverhalten von Menschen in einer Region. Die dritte Achse bezieht sich mehr auf die Art und Weise der Beziehung der dargestellten Datenobjekte zueinander. Der räumliche Bezug charakterisiert, ob der Anordnung der Datenobjekte in einer Karte ein räumliches oder ein abstraktes Kriterium zugrunde liegt. Beispielsweise basiert die Anordnung von Gebäuden in einer virtuellen Stadt auch auf der Annahme eines räumlichen Koordinatensystems, während die Anordnung von Dokumenten in einer Dokumentkarte von abstrakten Kriterien, wie z.b. von der Dokumentähnlichkeit, abhängt. Die postulierte Klassifikation schließt allerdings zwei mögliche Kombinationen aus. Zum einen haben Objekte in einer Karte mit einem geografischem Bezug immer auch einen räumlichen Bezug. Zum anderen hatten wir bereits festgestellt, dass Objekte der virtuellen Welt stets in einer nicht materialisierten Form existieren. Damit ergeben sich insgesamt vier Kategorien für die Einteilung von Karten: (1) geografisch/materialisiert/räumlich (z.b. Landkarte, NSFNET-Backbone, Abbildung 7) (2) geografisch/immateriell/räumlich (z.b. thematische Karte, MapVisualizer, Abbildung 5) (3) virtuell/immateriell/räumlich (z.b. Landkarte einer virtuellen Welt, Alphaworld, Abbildung 8) (4) virtuell/immateriell/nicht-räumlich (z.b. Konzeptkarte, NewsMap, Abbildung 9) 7

8 Abbildung 6 Klassifikationsschema für Karten über die Realwelt (nach Dodge und Kitchin, 2001) Abbildung 5 sowie Abbildung 7-9 zeigen typische Beispiele für jede der vier möglichen Kategorien. Abbildung 7 zeigt in schematischer Form die Datenrate des NSF- Datennetzwerkes in den USA. Der geografisch-räumliche Bezug ist vorhanden ebenso die Daten mit einer Entsprechung in der physischen Welt (Datennetz, gemessene Datenrate). Eine Zuordnung erfolgt hier zur Kategorie (1). Abbildung 7 Karte des Datenverkehrs des T1-NSFNET-Backboones für den Zeitraum September Entnommen aus der Visualisierungsstudie (Video) von Donna Cox und Robert Patterson, NCSA. Das Datenvolumen variiert von 0 (violett) bis 100 Milliarden Bytes (weiß). Die Datenerfassung erfolgte durch Merit Network. Die Karte in Abbildung 5 stellt dagegen abstrakte, d.h. immaterielle, statistische Daten, hier die Bevölkerungsdichte in einem geografischen Kontext dar. Auch die politische Einteilung der USA in Staaten ist in diesem Fall eine immaterielle Struktur. Diese Karte kann der Kategorie (2) zugeordnet werden. Die Besiedlungskarte der virtuellen Alphaworld in Abbildung 8 hat keine Entsprechung in der physischen Welt, die räumliche Anordnung der Objekte in der virtuellen Welt basiert aber auch auf der Grundlage eines räumlichen Koordinatensystems. Diese Karte gehört daher in die Kategorie (3). 8

9 Abbildung 8 Satellitenkarte der Stadt im Zentrum von AlphaWorld, erstellt von Roland Vilett im August Alphaworld ist eine virtuelle Welt mit einer Ausdehnung von Quadratmetern. Sie wurde für die Besiedlung 1995 zugänglich gemacht. In der virtuellen Welt kann man sich mittels Avataren bewegen und natürlich auch neue Gebiete (in der Karte grün) besiedeln. In der Newsmap (Abbildung 9), d.h. einer Karte zum Auffinden von relevanten Nachrichten, sind dagegen im Vergleich zur Alphawelt Objekte nicht auf der Basis räumlicher Kriterien angeordnet. Grundlage des Mappings sind hier semantische Kriterien, wie die Bestimmung von Objektähnlichkeiten. Dieser Kartentyp kann daher in die Kategorie (4) eingeordnet werden. Abbildung 9 Dokumentkarte der Nachrichtsuchmaschine Newsmap. Die topografische Karte ist hier als Metapher für die Darstellung abstrakter Datenobjekte benutzt worden, um von unseren Erfahrungen mit geografischen Karten zu profitieren. Berge und Täler repräsentieren Themengebiete mit unterschiedlicher Konzentration von Nachrichten (Punkte). Wichtige Themen einer Nachrichtenkollektion erschließen sich dadurch sofort dem Betrachter. 9

10 4. Nutzerschnittstelle Karte Dynamische und interaktive Karten eignen sich in besonders gut als visuelle Kommunikationsschnittstellen für Informationssysteme, da sie wie keine andere visuelle Metapher eine Reihe von grundlegenden Anforderungen an die Gestaltung von grafischen Nutzerschnittstellen erfüllen. Wichtige Designkriterien für grafische Nutzerschnittstellen (Graphical User Interface oder GUI) wurden von BEN SHNEIDERMAN in seinem Buch DESIGNING USER INTERFACE [8] beschrieben. Diese Kriterien werden heute vor allem zur Qualitätsprüfung (Usability) von Kommunikationsoberflächen benutzt. Gute visuelle Benutzerschnittstellen erlauben dem Benutzer, interaktive Karten mit geringem Lernaufwand und weitgehend ohne elektronische Hilfestellungen kognitiv zu erfassen und zu bedienen. Aus den Erfahrungen mit grafischen Oberflächen ergeben nach SHNEIDERMAN im wesentlichen fünf Anforderungen: (1) Die Gewährleistung von Überblick und Detail. (2) Die Möglichkeit zum Vergrößern und Verkleinern eines Ausschnittes (engl. Zoom) bei gleichzeitiger Veränderung der Beobachtungsposition (engl. Pan). (3) Das Filtern von Informationen und die Durchführung dynamischer Anfragen (engl. Dynamic Queries). (4) Das Anzeigen von Details auf Anforderung (engl. Details on demand). (5) Die Rückverfolgung von Benutzeraktivitäten (engl. History). Überblick und Detail In jeder Phase der Nutzinteraktion ist eine Orientierung notwendig, die in der Regel mit Hilfe einer Übersichtskarte erreicht werden kann. Die meisten interaktiven Karten bieten eine solche Funktion an. In der Regel kann man dann sowohl in der Überblickskarte als auch in der Detailkarte navigieren. Veränderungen der Beobachterposition in einer Karte bewirken automatisch eine Veränderung der Position in der jeweilig anderen Karte. Eine Überblickskarte bietet zudem einen guten Startpunkt für die Informationssuche. Zur gleichzeitigen Darstellung von Übersicht und Detail gibt es zwei Methoden. Häufig wird zur Detailkarte eine zusätzliche Übersichtskarte eingeblendet, die u.u. einen Teil der Detailkarte verdecken kann. Eine andere Möglichkeit ist die Anwendung einer Zoomfunktion, z.b. die Anwendung eines Lupen- oder Fischaugeneffektes (engl. Fisheye View), die im nächsten Abschnitt genauer beschrieben wird. Abbildung 10 zeigt einen interaktiven Stadtplan der Stadt Karlsruhe. Die Position der Detailkarte wird hier vollständig durch die Verschiebung eines Auswahlrechtecks in der Übersichtskarte gesteuert. Abbildung 10 Detailkarte der Innenstadt von Karlsruhe mit eingeblendeter Übersichtskarte. Durch die interaktive Verschiebung des roten Rechtecks in der Übersichtskarte ändert sich automatisch der Ausschnitt der Detailkarte. 10

11 Zoom und Änderung der Beobachtungsposition Zoomfunktionen werden benötigt, um interaktiv relevante Bereiche einer Karte zu vergrößern und so relevante Daten von nichtrelevanten zu differenzieren. Außerdem benutzt man die Vergrößerung eines Kartenausschnittes zur Darstellung einer höheren Detailliertheit der Daten. Das Zoomen ermöglicht eine visuelle Fokussierung auf wichtige Bereiche, während andere, weniger relevante Informationsstrukturen ausgeblendet werden oder in den Hintergrund treten. Neben dem Verfahren des sequentiellen Anzeigens neuer Kartenausschnitte gibt es auch die grafische Möglichkeit einer Änderung der Raumgeometrie. Dadurch kann erreicht werden, dass bestimmte Strukturen und Objekte der Karte vergrößert in den Vordergrund gebracht werden, während andere Bereiche verzerrt im Hintergrund dargestellt werden. Es entsteht ein sogenannter Fischaugeneffekt, bei dem der Benutzer neben einem vergrößerten und meist etwas verzerrtem Kartenausschnitt zur besseren Orientierung stets die restliche Karte, wenn auch weniger detailliert, im Blickfeld hat. Der Vorteil besteht darin, dass der Benutzer nie die Karte verlassen muss und so nicht Gefahr läuft an irgendeiner Stelle die Orientierung zu verlieren. Der Nachteil ist allerdings, dass, wie bei einer Lupe in der Regel nur eine Vergrößerungsstufe eingestellt werden kann. Ein eindrucksvolles Beispiel für diese Vergrößerungsfunktion zeigt Abbildung 11. Der Fischaugeneffekt wurde hier auf eine Karte des U-Bahn-Netzes der Stadt London angewendet. Das sequentielle Verfahren erlaubt demgegenüber eine stufenlose Vergrößerung und Verkleinerung eines Kartenausschnittes bei gleichzeitiger Veränderung der Beobachterposition. Allerdings geht auf diese Weise die Kontextinformation verloren. Abbildung 11 Karte der U-Bahnlinien in London mit integrierter Lupe. Das Rechteck mit einem vergrößerten Detailausschnitt der Karte kann interaktiv über die gesamte Karte bewegt werden. Der Betrachter erhält so Detailinformationen (U-Bahn-Stationen) im Kontext des gesamten Liniennetzes. Eine Gesamtkarte in der Detailliertheit des Auswahlrechteckes würde dagegen die verfügbare Größe des Ausgabemediums bei weitem übersteigen. Filter und dynamische Anfragen Filter und dynamische Anfragen haben prinzipiell die Aufgabe, relevante von nichtrelevanten Informationen zu trennen. Vielfach filtert der Benutzer die angebotene Informationen einer Karte individuell nach seinen Erfordernissen. Bei nahezu allen visuellen Benutzeroberflächen navigiert oder zoomt sich der Benutzer durch eine Karte und filtert parallel dazu für ihn relevante Informationen. Bei der Informationsauswahl gibt es im wesentlichen zwei Möglichkeiten. Zum einen die wahlweise Anzeige voreingestellter Informationen oder zu anderen eine Datenbanksuche, deren Suchergebnisse dynamisch in eine Karte projiziert werden (z.b. Webmap, Abbildung 16). Ein anschauliches Beispiel für das wahlweise Ein- und 11

12 Ausblenden vorausgewählter Informationen zeigt die Wetterkarte des Wetterdienstes wetter.de in Abbildung 12. Durch das Anklicken der dargestellten Reiter kann man sich für eine vorher ausgewählte Region wahlweise das Wetter, die Temperatur, die Windrichtung oder die Windstärke anzeigen lassen. In gleicher Weise ist auch eine Auswahl von äquivalenten Wetterübersichten für verschiedene Tage möglich. Auch sensitive Karten wie sie sehr häufig im Web benutzt werden, gehören in die Kategorie der Auswahlfilter. Abbildung 12 Wetterkarte des Online-Dienstes wetter.de mit vielfältigen interaktiven Auswahlmöglichkeiten zur Informationsfilterung. Neben der Auswahl von Regionen kann man sich verschiede Angaben zum Wetter allgemein, zur Temperatur, Windrichtung oder Windgeschwindigkeit anzeigen lassen und auf einer Zeitachse verschiedene Tage auswählen. Details auf Anforderung Die Funktionalität, Details über bestimmte Objekte nur auf Anforderung anzuzeigen, besitzen eigentlich die meisten Karten. Dieses Verfahren wurde besonders populär durch die Anwendung der Webtechnologie, da Hyperlinksysteme und dynamische Webseiten in analoger Weise arbeiten. Ob Pop-Up-Fenster oder das Einblenden von Text oder Bildern beim Überfahren eines Objektes mit dem Mauszeiger, hier existieren eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten. Ziel ist es die Informationsdichte der Karte zunächst zu verringern, um dadurch die Karte übersichtlicher zu gestalten. In der Straßenkarte in Abbildung 13 ist beispielsweise eine Textinformation eingeblendet, die angezeigt wird, wenn man mit dem Mauszeiger auf ein spezielles Objekt der Karte zeigt. History Die Speicherung der Abfolge von Benutzeraktivitäten für eine Rückverfolgung und mögliche Zurücknahme von Aktionen ist ein wichtiges Element zur Verfeinerung der Benutzerführung. In einer Studie wurde festgestellt, dass 80% aller Benutzeraktivitäten bei Webbrowsern die Betätigung der Back-Funktion ist. In Karten ist die definierte Rückverfolgung von Benutzeraktionen und die Wahl definierter Eintrittspunkte von grundlegender Bedeutung für die Navigation und Orientierung. In der Straßenkarte in Abbildung 13 sind die Schalter back und forw. zu sehen, die ein Vor- und Zurück in den jeweiligen Benutzeraktivitäten erlauben. Dazu werden alle Nutzeraktivitäten registriert und gespeichert. 12

13 Abbildung 13 zeigt eine interaktive Straßenkarte des Anbieters map24, in der alle oben genannten Designkriterien enthalten sind: Eine Überblickskarte (rechts unten), die wahlweise angezeigt werden kann, eine stufenlose Zoomfunktion entweder über den Schieberegler in der Übersichtskarte oder mit Hilfe eines Auswahlrechtecks direkt in der Detailkarte, die Änderung des Detailliertheitgrades der Karte sowie der Anzahl der dargestellten Datenobjekte beim Einzoomen, die Änderung der Beobachtungsposition durch Verschieben des Auswahlrechteckes in der Übersichtskarte, eine Filterfunktion durch das Ein- und Ausblenden bestimmter Detailelemente der Karte, Details zu den in der Karte dargestellten Objekten wahlweise durch eine Mouse-Over-Funktion oder die Schaltflächen in der Symbolleiste der Karte. Abbildung 13 Interaktive Straßenkarte des Dienstes Map24 für die Region Frankfurt am Main. Die interaktive Karte enthält eine Reihe wichtiger Designelemente für grafische Nutzeroberflächen. Die Vergrößerung/Verkleinerung kann über eine Übersichtkarte (rechts unten) oder die Schaltflächen +/- eingestellt werden. Je nach Zoomlevel erscheinen mehr oder weniger geografische Details in der Karte. Zusatzinformationen zu Objekten der Karte erhält man durch die Auswahl mit der Maus. Eine Rückverfolgung aller Benutzeraktivitäten ist mit den back- und forw. Schalterfläche möglich. 5. Wissenskarten Wissenskarten sind virtuell und repräsentieren immaterielle Datenobjekte, die zueinander keinen räumlichen Bezug haben. Sie veranschaulichen in grafischer Form abstrakte Konzepte, Ideen und Assoziationen. Dazu zählen vor allem Dokumentkarten, die Dokumente bestimmten Themengebieten zuordnen und so die Suche nach bestimmten Information maßgeblich erleichtern. Die Anwendungsgebiete von Wissenskarten sind vielfältig und reichen von interaktiven Benutzeroberflächen für Informationsrecherchesysteme (z.b. Suchmaschinen und Datenbanken) über Online-Kataloge bis hin zu Navigationsoberflächen und Orientierungshilfen für Hyperlinkstrukturen, sogenannte Sitemaps. Abstrakte Wissenskarten benutzen oft visuelle und interaktive Metaphern traditioneller Landkarten (siehe auch Abbildung 9) zur Darstellung abstrakter Informationen, die jedoch im Gegensatz zu den geografischen Karten nicht in irgendeiner räumlichen Beziehung zueinander stehen. Wissenskaten kann man in zwei Kategorien unterteilen: Konzeptkarten und Assoziative Karten. Konzeptkarten stellen Themenbereiche in einer spezifischen Anordnung und Größe dar. Diese Themenbereiche enthalten dann die eigentlichen Datenobjekte, z.b. Dokumente, Webseiten etc.. Größe und Ausdehnung der Themenbereich charakterisieren die semantische Struktur der Karte, in ähnlicher Weise wie ein Koordinatensystem in einer geografischen 13

14 Karte die räumliche Struktur festlegt. Dabei ist die Anordnung der Themenbereiche innerhalb der Karte nicht zufällig. Vielmehr repräsentieren bestimmte Themengruppen einen inhaltlich zusammengehörigen Konzeptbereich. Viele Konzeptkarten sind interaktiv, d.h. die Auswahl eines Themenbereiches generiert eine neue, detailliertere Konzeptkarte mit neuen Themenbereichen. Prinzipiell unterscheidet man zwei Methoden, um eine Konzeptkarte zu generieren, zum einen durch Einsatz von Algorithmen zur Selbstorganisation, zum anderen mit Hilfe vorgegebener, meist hierarchischer Strukturen. Im Fall der Selbstorganisation findet eine automatische Kategorisierung eines Datenbestandes statt, im zweiten Fall wird eine Klassifikationsstruktur vorgegeben, z.b. ein Themenkatalog, wie ihn die Katalogdienste verwenden. Selbstorganisierte Konzeptkarten Karten, die durch eine Selbstorganisation entstanden sind, besitzen eine dynamische Struktur, d.h. Größe, Anordnung und die Charakteristik der Themen- und Konzeptbereiche ändert sich in Abhängigkeit der beteiligten Datenobjekte. In strukturgebundenen Karten ändert sich die Zuordnung von Datenobjekten zu einer statischen Struktur, die in etwa vergleichbar mit dem Koordinatensystem einer Landkarte ist. Ausgangsdaten für Konzeptkarten sind meist Dokumente (z.b. Webseiten oder Texte). Durch textanalytische Verfahren ermittelt man aus dem Dokumentkorpus inhaltsbeschreibende Begriffe sowie deren Häufigkeit und Abstand im Text. Für jedes Dokument kann auf diese Weise ein charakteristisches Muster berechnet werden mit deren Hilfe ein neuronales Netzwerk trainiert werden kann. Das Ergebnis ist eine selbstorganisierte Konzeptkarte, wie sie in Abbildung 14 zu sehen ist. In einer solchen Karte sind Themengebiete dargestellt und mit einem Label versehen. Ihre Position wird in einer solchen Karte durch die Beziehung der Themengebiete bestimmt. Themenrelevante Dokumente findet man in den betreffenden Kategorien der Karte. Auch die Anordnung der Themenbereiche ist nicht zufällig: thematisch zusammengehörige Bereich liegen eng beieinander und bilden so übergeordnete Konzeptbereiche. Abbildung 14 ET-Map von Hsinchun Chen am Artificial Intelligence Lab der University of Arizona entwickelter Prototyp einer selbstorganisierten Konzeptkarte. Die Abbildung zeigt das oberste Level einer aus mehreren Ebenen bestehenden Themenkarte. Sie basiert auf der Analyse von ca Weblinks des Yahoo- Katalogs zum Thema Entertainment. Die Karte benutzt räumliche Organisations- und Repräsentationskonzepte. So ist die Größe der Themenbereiche proportional zur Anzahl der in dieser Kategorie enthaltenen Webdokumente. Nahe beieinanderliegende Bereiche der Karte beschreiben auch inhaltlich zusammengehörige Themen, wie z.b. FILM und OSCAR in der linken unteren Ecke. 14

15 Ein Prototyp für eine selbstorganisierte Karte ist die ET-Map in Abbildung 14. Die Karte basiert auf der Analyse von ca Weblinks des Yahoo-Katalogs zum Thema Entertainment. Die Karte ist sensitiv und besteht aus mehreren Konzeptebenen. In eine neue Konzeptebene gelangt man durch die Auswahl eines Themengebietes in einer übergeordneten Kartenebene. Konzeptkarten mit vorgegebener Struktur Gibt man eine Klassifikationsstruktur, z.b. eine Hierarchie vor, kann man eine andere Visualisierungstechnik anwenden, die sogenannte Treemap-darstellung. Treemaps wurden von Ben Shneiderman entwickelt und werden als ein flächenausfüllendes Verfahren zur Visualisierung großer Datenmengen eingesetzt. Hierarchisch organisierte Daten werden dabei als ineinander geschachtelte Rechtecke dargestellt, Größe und Farbe der Rechtecke werden benutzt, um die Dateneigenschaften zu kodieren, während die Anordnung und Verschachtelung der Rechtecke die Organisationsstruktur, d.h. die Position eines Datenobjektes in der Hierarchie visualisieren. Abbildung 15 zeigt die Anwendung der Metapher Treemap auf eine Newsgrouphierarchie. In der Karte werden insgesamt 1195 Beiträge der Newsgroup Com inklusive ihrer Untergruppen dargestellt. Die Größe der Themenbereiche ist proportional zur Anzahl der Beiträge in einer Gruppe. Die Farbkodierung wird benutzt, um die Dynamik einer Gruppe, d.h. die Änderungsrate der Beiträge, zu zeigen. Man kann daher auf den ersten Blick erkennen, welche Gruppen am aktivsten sind. Abbildung 15 Netmap. Treemap-Visualisierung von ca Beiträgen der Newsgroups COM und ihrer Untergruppen (z.b. OS, pc, lang). Entwickelt wurde dieses Interface von Anrew Fiore und Marc A.Smith für die statistische Analyse von Newsgroupaktivitäten. Die Größe der Themenbereiche ist proportional zur Anzahl der Beiträge in einer Gruppe. Die Farbkodierung von rot (wenig Änderung) bis grün (starke Änderung) zeigt die Änderungsrate der Gruppenbeiträge in einem bestimmten Zeitraum. Ein anderes Beispiel für die Verwendung einer Konzeptkarte ist der visuelle Katalog WebMap (Abbildung 16) mit integrierter Suchfunktion. Auf der Grundlage einer vorgegebenen hierarchischen Klassifikationsstruktur wurden ca Webseiten, die in der Karte durch Punkte oder charakteristische Icons symbolisiert sind, analysiert und in spezifische Kategorien gemappt. Genau wie ET-Map offeriert WebMap mehrere Ebenen von Unterkategorien, die interaktiv durch die Auswahl eines Themenbereiches in einer übergeordneten Karte aufgerufen werden können. Zusätzlich zu den statischen Informationen enthält die Karte auch noch einen dynamische Komponente. Die Ergebnisse einer Suchanfrage bei der Suchmaschine Google werden automatisch in die Kategorien eingeordnet und als rote Rechtecke in der jeweils aktuellen Karte angezeigt. WebMap ist nicht nur ein 15

16 visuelles Kommunikationsinterface, sondern es berücksichtigt nahezu alle Anforderungen für das Design grafischer, interaktiver Nutzerschnittstellen, wie wir sie im Abschnitt 4 Nutzschnittstelle Karte beschrieben haben: Zoom, Details auf Anforderung, History. Einziger Schwachpunkt ist das Fehlen einer Übersichtskarte. Die einzige Unterstützung bei der Navigation durch die Hierarchie bildet die Anzeige eines textbasierten Themenpfades, mit dessen Hilfe die Nutzeraktivitäten verfolgt werden können. Abbildung 16 Webmap kartiert das World Wide Web, indem es analog zu YAHOO ca Webseiten bestimmten, vorgegebenen Kategorien zuordnet und in einer thematischen Übersichtskarte darstellt. Durch einfaches Anklicken wird ein Themenbereich ausgewählt, vergrößert und inklusive aller darin enthaltenen Unterthemen dargestellt. Die Ergebnisse einer Suchanfrage an die Suchmaschine Google werden automatisch in die vorhandene Kartierung eingeordnet und als rote Rechtecke in der jeweils aktuellen Karte angezeigt. Zusatzinformationen zu Einträgen in der Karte erhält man auch hier durch die einfache Auswahl mit der Maus Assoziative Karten In gleicher Weise wie Konzeptkarten repräsentieren auch assoziative Wissenskarten einen Überblick über ein spezifisches Themengebiet. Im Gegensatz zu Konzeptkarten, die wie in Abbildung 16 zusammengehörige Dokumente in einem Themengebiet zusammenfassen und mittels der Gruppierung von Themenbereichen Konzeptbereiche entstehen, visualisieren assoziative Karten ausschließlich Objekte und deren Objektbeziehungen. Als grafische Metapher werden daher nicht farbige Flächen, sondern Knoten und Kantendarstellungen benutzt, wie sie aus der grafischen Darstellung von Graphen bekannt sind. Zusätzlich kann man die Art einer Assoziation durch die Auswahl von Farbe, Typ und Dicke der Knotenverbindungselemente kodieren. Die Anwendung assoziativer Karten ist vielfältig. Sie reicht von einfachen Hilfsmitteln zur Navigation in Hyperlinkstrukturen (z.b. Sitemaps) über visuelle Nutzerschnittstellen für Suchmaschinen im World Wide Web bis zur Visualisierung von semantischen Informationsstrukturen im sogenannten Semantic Web. Assoziative Karten werden immer eingesetzt, wenn man einen Überblick über ein große Zahl von Objekten und Objektbeziehungen, wie beispielsweise Begriffs- und Dokumentrelationen, Klassifikationen oder Hyperverlinkungsschemata, erhalten will. Grundsätzlich lassen sich zwei Arten von assoziativen Strukturen unterscheiden: Baumstrukturen und netzwerkartige Strukturen. Baumstrukturen bilden dabei eine Untermenge der Netzstrukturen. Sie lassen nur Beziehungen (Eltern-Kind-Relationen) zwischen bestimmten Objekten zu, während Netzwerkstrukturen prinzipiell erlauben, dass jedes Objekt mit jedem anderen Objekt in Beziehung stehen kann. Hierarchische Informationsstrukturen begegnen uns sehr oft im 16

17 alltäglichen Umgang mit Information, ob es sich dabei um die Verwaltung von Dateien oder die Anordnung von Produkten in einem Katalog handelt. Zur Visualisierung von hierarchischen Strukturen existieren eine Vielzahl grafischer Metaphern. Die grafische Repräsentation von Assoziationen in Form von Knoten und Kanten führt stets zu Darstellungsproblemen, falls die Anzahl von Objekten und Verbindungselementen eine bestimmte Größe erreicht hat. Baumstrukturen erreichen sehr schnell eine vertikale oder horizontale Ausdehnung, die leicht die Bildschirmgröße überschreitet. Auf der anderen Seite wird im Falle einer netzwerkartigen Verlinkungskarte die grafische Darstellung mit einer wachsenden Anzahl von Verlinkungen schnell unübersichtlich, da sich immer mehr grafische Elemente überdecken. Eine Lösung für beide Probleme bietet die Interaktion. Interaktion (siehe auch Abschnitt 4) bietet die Möglichkeit strukturelle Details auf Anforderung darzustellen. Beispiele dafür sind die auf- und zuklappbaren Unterverzeichnisse des Foldertrees im Dateimanager grafischer Bedienoberflächen oder das Vergrößern bzw. Verkleinern (Zoomen) und gleichzeitige Verschieben der Informationsstruktur. Das zur Zeit populärste Beispiel einer assoziativen und interaktiven Karte zur Navigation in baumartigen Informationsstrukturen ist der Hyperbolische Baum (engl. Hyperbolic Tree). Mitte der 90er Jahre setzte Tamara Muntzner an der University of Minnesota erstmalig die Projektion von Elementen auf eine Kugeloberfläche für die Visualisierung der Struktur eines Dateiverzeichnisbaumes ein. Aus dieser Idee entwickelte Ramano Rao im XEROX Parc kurze Zeit später eines der populärsten Kommunikationsinstrumente zur Visualisierung großer hierarchischer Informationsstrukturen, den Hyperbolic Tree. Der Hyperbolic Tree wird als Dateimanager, Websitemanager (Abbildung 17), für Katalogdienste oder als Nutzerschnittstelle für Anwendungen im Semantic Web eingesetzt. Der Hyperbolic Tree hat sich in der Praxis bewährt, weil er wichtigste Designeigenschaften für interaktive Nutzeroberflächen verbindet. Durch die stufenlose Verschiebung der gesamten Struktur ist es möglich, sehr schnell innerhalb einer großen Informationshierarchie zu navigieren. Die hyperbolische Darstellung stellt dabei in ähnlicher Weise wie der Fischaugeneffekt Elemente im Zentrum der grafischen Darstellung größer und detaillierter dar. Die umgebende Struktur wird dagegen komprimiert und weniger detailliert dargestellt. Dadurch ist zu jedem Zeitpunkt der Navigation ein Kontextbezug hergestellt, der stets einen Überblick über einen Teil der gesamten Struktur vermittelt. Abbildung 17 Sitemap der Firma Inxight Software in Form eines interaktiven hyperbolischen Baumes. Die hierarchische Organisationsstruktur aller Webdokumente wird ausgehend von der Startseite (rot) dargestellt. Das Hineinzoomen in die Struktur erfolgt durch die Rotation einer imaginären Kugel, auf deren Oberfläche die gesamte Informationsstruktur aufgebracht ist. Die Anzeige der Dokumente erfolgt durch ein einfaches Anklicken der jeweiligen Symbole. 17

18 Während in hierarchischen Informationsstrukturen die Art der Assoziationen stark eingeschränkt ist (ist übergeordnet und ist untergeordnet) erlaubt eine netzwerkartige Struktur die Definition beliebiger Assoziationen zwischen allen Objektpaaren einer assoziativen Karte. Ein Beispiel für die Anwendung assoziativer Netzkarten ist das visuelle Kommunikationsinterface für die Metasuchmaschine Kartoo (Abbildung 18). Das visuelle Interface kommt im Gegensatz zu anderen Suchmaschinen nur mit einer minimalen textbasierten Kommunikation aus. Nach der Eingabe eines Suchbegriffs sucht Kartoo mit Hilfe anderer Suchmaschinen relevante Webdokumente und bestimmt mit speziellen Textanalyseverfahren Assoziationen zwischen den Dokumenten. Relevante Webknoten, die auf diese Weise ermittelt wurden werden in einer Karte angeordnet; Webknoten als Kugeln, deren Größe proportional zur Relevanz variiert. Die Knoten sind durch dynamische, semantische Links miteinander verbunden und farblich kodiert. Wählt man eine Assoziation aus, kann man interaktiv das so assoziierte Themengebiet zur ursprünglichen Suche hinzufügen oder wegnehmen und eine neue Anfrage starten. Auf diese Weise kann man visuell-interaktiv die Suche verfeinern und schrittweise die Qualität der Recherche verbessern. Kartoo bietet dabei eine Unterstützung, indem es aus bereits vorhandenen Dokumenten eine dynamische Wissenskarte generiert. Zur effektiven Interaktion sind auch in dieser interaktiven Karten die wichtigsten Designelemente für grafische Nutzoberflächen, wie Zoom, Verschiebung und Details auf Anforderung integriert. Darüber hinaus kann die Anzahl der dargestellten Elemente variiert werden. Ein entscheidender Nachteil der Nutzeroberfläche besteht, wie übrigens bei allen assoziativen Karten darin, dass die Darstellung ab einer Anzahl von ca. 20 Webknoten durch die große Zahl von Überlagerungen unübersichtlich wird. Genau wie bei traditionellen Formular-basierten Suchmaschinen muss sich der Anwender auch hier auf das automatische Ranking der Webknoten verlassen. Abbildung 18 Assoziative Karte von Webknoten in Kartoo. Metasuchmaschine mit visueller Nutzeroberfläche zur interaktiven Auswahl von Suchbegriffen und Darstellung der Suchergebnisse in einer Wissenskarte. Webknoten werden als Kugeln dargestellt, wobei die Größe der Kugeln proportional zur Relevanz variiert. Die Knoten sind durch dynamische, semantische Links miteinander verbunden und farblich kodiert. Wählt man eine Assoziation aus, kann man durch die Auswahl der Symbole + oder - ein Themengebiet zur ursprünglichen Suche hinzufügen oder wegnehmen und eine neue Anfrage starten. Fährt man mit dem Mauszeiger über einen Webknoten werden alle möglichen Relationen zu anderen Webknoten dynamisch markiert. 18

19 5. Fazit: Karten als visuelle Kommunikationsinstrumente Karten besitzen eine lange Tradition in der visuellen Kommunikation der Menschen. Sie wurden bereits im Altertum als Instrumente der Navigation und zur Vermittlung von Ideen verwendet. Im 19.Jahrhundert erlangte die Kartografie eine Blütezeit. Aus dieser Zeit stammen eine Vielzahl von grafischen Metaphern, die wir auch heute in Karten verwenden. Die Informationstechnologie des 21.Jahrhunderts verwendet das Paradigma Karte schließlich in einer neuen Qualität. Interaktive und dynamische Karten, multidimensionale Karten, die Kartierung künstlicher Welten und Wissenskarten sind nur einige Beispiele für einen neuen Umgang mit Karten. Aus der traditionellen, geografischen Karte hat sich bereits heute ein komplexes, visuelles Kommunikationsinterface entwickelt. Eine Karte repräsentiert einen Ausschnitt der realen Welt (wozu auch künstliche Welten zählen) und transformiert ihn in eine Form, die eine vereinfachte, grafische Darstellung mit einem flachen Ausgabemedium erlaubt. Karten können dynamisch und interaktiv sein. Zu den fundamentalen Methoden der Kartografie gehört es, Zustände und Prozesse der Realwelt zu abstrahieren und zu verallgemeinern. Das beinhaltet die Selektion, Klassifikation, Vereinfachung und symbolhafte Darstellung von Daten und Informationen. Darüber hinaus kombinieren moderne Karten Elemente traditioneller Landkarten mit Elementen der Informationsgrafik und der Diagrammtechnik. Mit Mapping fasst man dabei alle Methoden zusammen, die Daten und Informationen in eine vorgegebene räumliche oder semantische Struktur abbilden. Der Begriff einer Karte ist grundsätzlich nicht auf eine ebene Darstellung beschränkt. Das bedeutet, dass auch die räumliche bzw. zeitliche Dimension in die Darstellungen einer Karte einbezogen werden können. Das Anwendungsspektrum für Karten ist heute sehr groß, ob Datenvisualisierung, Statistik oder Topografie, ob Wetterinformationsdienst, Städteinformation, Routenplaner, Tourismusdienst oder Geoinformationssysteme, überall werden Karten benutzt, um Informationen zu vermitteln. Zur Klassifikation von Karten schlägt Dodge ein Schema vor, das eine Einteilung in vier Kategorien vornimmt: (1) geografisch/materialisiert/räumlich, (2) geografisch/immateriell/räumlich, (3) virtuell/immateriell/räumlich und (4) virtuell/immateriell/nicht-räumlich. Karten eignen sich besonders als visuelle Kommunikationsschnittstellen für Informationssysteme, da sie die grundlegenden Anforderungen an die Gestaltung von grafischen Benutzerschnittstellen erfüllen: Überblick und Detail, Zoom, Filter und dynamische Anfragen, Details auf Anforderung sowie die Rückverfolgung von Benutzeraktivitäten. Eine zunehmende Bedeutung erlangen Wissenskarten. Wissenskarten sind virtuell und repräsentieren immaterielle Datenobjekte, die keinen räumlichen Bezug zueinander haben. Sie veranschaulichen in grafischer Form abstrakte Konzepte, Ideen und Assoziationen. Die Anwendungsgebiete von Wissenskarten sind vielfältig und reichen von interaktiven Benutzeroberflächen für Informationsrecherchesysteme über Online-Kataloge bis hin zu Navigationsoberflächen und Orientierungshilfen für Hyperlinkstrukturen, sogenannte Sitemaps. Wissenskarten kann man in zwei Kategorien unterteilen: Konzeptkarten und Assoziative Karten. Konzeptkarten fassen zusammengehörige Dokumente in einem Themengebiet zusammen; durch die Gruppierung von Themenbereichen entstehen Konzeptbereiche. Assoziative Karten visualisieren dagegen abstrakte Objekte und deren Objektbeziehungen. Die Möglichkeiten, die dynamische und interaktive Karten bieten sind noch lange nicht ausgeschöpft. Bereits heute gibt es eine Reihe von kartografischen Metaphern, die eine weite Verbreitung in der Computerwelt gefunden haben. In Zukunft wird es sehr stark darauf ankommen, inwieweit wir die jahrhundertlangen Erfahrungen aus dem Umgang mit Karten auch für die neuen, elektronischen Informationsmedien nutzen können. Das Paradigma Karte hat jedenfalls das Potenzial zu einem der wichtigsten semantischen und grafischen Instrumente in der Mensch-Maschine-Kommunikation zu werden. 19

20 Referenzen [1] Paul Kahn and Krzysztof Lenk, Mapping Web Sites, Rotovision, [2] Peter Wildbur and Michael Burke, Information Graphics,Thames and Hudson, London, [3] A.M. McEachren, How Maps work, The Guildford Press, New York, [4] Trevor Bounford, Digital Diagrams, Watson-Guptil Publications, New York, [5] Edward Tufte, Envisioning Information, Graphics Press, Cheshire, [6] Edward Tufte, The Visual Display of Quantitative Information, Graphics Press, Cheshire, [7] Martin Dodge and Rob Kitchin, Mapping Cyberspace, Routledge, London, [8] Ben Shneiderman, Designing the User Interface, Addison Wesley, Reading, Mass., Bildquellen Abbildung 1 Deutsche Ausgabe der Geographia von Ptolomäus aus Ulm um 1482 Abbildung 2 Tableaux Graphiques et Cartes Figuratives de M.Minard ( Abbildung 3 mit Genehmigung von Paul Morin, University of Minnesota Abbildung 4 mit Genehmigung von Paul Morin, University of Minnesota Abbildung 5 Screenshot, Data Mining System MineSet der Firma SGI Abbildung 7 aus NSFNET Visualization Video, Donna Cox and Robert Patterson, NCSA, Cox.html Abbildung 8 Roland Vilett und Activeworlds.com, Abbildung 9 Screenshot, Newsmap, Java-Applet Abbildung 10 Screenshot, Demo-Java-Applet, Abbildung 11 Screenshot, Demo von Ying Leung, Swinburne University of Technology Abbildung 12 Screenshot, Java Applet, Wetterkarte, Abbildung 13 Screenshot, Java Applet, Straßenkarte, Abbildung 14 Screenshot, ET-Map-Demo, Abbildung 15 Screenshot, Netscan, Abbildung 16 Screenshot, WebMap, Abbildung 17 Screenshot, Sitemap Inxight, Abbildung 18 Screenshot, Kartoo, 20

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