Dynamic Label Placement in Practice

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1 Disputation Dynamic Label Placement in Practice Beschriftungsplatzierung in interaktiven Karten in der Praxis Nadine Schwartges Lehrstuhl für Informatik I, Universität Würzburg

2 Interaktive Karten und Labeling

3 Interaktive Karten und Labeling 3D +

4 Interaktive Karten und Labeling New OldTown 3D Si d Ro ad e Main Street + Blue River Cross Road River Bridge Middle Town Patrol Road

5 Interaktive Karten und Labeling New OldTown 3D Si d Ro ad e Main Street + Blue River Cross Road River Bridge Middle Town Patrol Road

6 Interaktive Karten und Labeling New OldTown 3D Si d Ro ad e Main Street + Blue River Gliederung: Cross Road River Bridge 1. Beschriftung von Punkten Middle Town Patrol Road

7 Interaktive Karten und Labeling New OldTown 3D Si d Ro ad e Main Street + Blue River Gliederung: Cross Road River Bridge 1. Beschriftung von Punkten Middle Town 2. Beschriftung von Straßen Patrol Road

8 Interaktive Karten und Labeling New OldTown 3D Si d Ro ad e Main Street + Blue River Beschriftungsplatzierung River Bridge in interaktiven Karten Cross Road in der Praxis Middle Town Patrol Road

9 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen.

10 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen.

11 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen.

12 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen.

13 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen.

14 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen.

15 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen. Maximiere die Anzahl von angezeigten Beschriftungen, sodass jedes Referenzobjekt höchstens eine Beschriftung besitzt und keine zwei Beschriftungen überlappen.

16 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen. Maximiere die Anzahl von angezeigten Beschriftungen, sodass jedes Referenzobjekt höchstens eine Beschriftung besitzt und keine zwei Beschriftungen überlappen. NP-schwer Heuristiken

17 Das allgemeine Beschriftungsproblem Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen. Maximiere die Anzahl von angezeigten Beschriftungen, sodass jedes Referenzobjekt höchstens eine Beschriftung besitzt und keine zwei Beschriftungen überlappen. NP-schwer Anwendung: Kartografie Heuristiken

18 Geschichte

19 Geschichte 1960er Regeln für gute Beschriftungsplatzierung (Imhof)

20 Geschichte 1960er Regeln für gute Beschriftungsplatzierung (Imhof) automatische Beschriftungsplatzierung

21 Geschichte 1960er Regeln für gute Beschriftungsplatzierung (Imhof) automatische Beschriftungsplatzierung 2005 Beschriftung interaktiver Karten

22 Beschriftung von Punkten

23 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Problem +

24 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Problem +

25 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Problem +

26 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Problem +

27 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Problem +

28 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Beobachtung

29 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Beobachtung

30 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Beobachtung

31 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Lösung z max z y z max z y 0 x p z p 0 x p Finde für jeden Referenzpunkt p einen active range A(p) = (0; z p ], z p z max, sodass sich keine zwei Kegel schneiden und p z p maximal.

32 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Lösung kein Flackern kein Springen z max z y z max z y 0 x p z p 0 x p Finde für jeden Referenzpunkt p einen active range A(p) = (0; z p ], z p z max, sodass sich keine zwei Kegel schneiden und p z p maximal.

33 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Stand der Forschung Been et al. (2006 & 2010) z max z y Theorie 0 x

34 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Stand der Forschung Been et al. (2006 & 2010) z max z y Theorie 0 x Meine Forschung MIP Perf.. 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0, Anzahl Referenzpunkte

35 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Schrumpfende Kegel (Been et al., 2006 / Been et al., 2010)

36 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Schrumpfende Kegel (Been et al., 2006 / Been et al., 2010)

37 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Schrumpfende Kegel (Been et al., 2006 / Been et al., 2010)

38 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Schrumpfende Kegel (Been et al., 2006 / Been et al., 2010)

39 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Schrumpfende Kegel (Been et al., 2006 / Been et al., 2010)

40 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Schrumpfende Kegel (Been et al., 2006 / Been et al., 2010)

41 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Schrumpfende Kegel (Been et al., 2006 / Been et al., 2010)

42 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Schrumpfende Kegel (Been et al., 2006 / Been et al., 2010)

43 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V0)

44 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V0)

45 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V0)

46 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V0)

47 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V0)

48 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V0)

49 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V0)

50 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V1)

51 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V1)

52 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V1)

53 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V1)

54 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V1) p p q q d(pp ) < d(qq ) fixiere p

55 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Wachsende Kegel (V1) p p q q d(pp ) < d(qq ) fixiere p Hilfsmittel: Delaunay-Triangulierung

56 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Ergebnisse Qualität. 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0, Anzahl Referenzpunkte MIP22 MIP35 Schrumpfende Kegel Wachsende Kegel (V0) Wachsende Kegel (V1)

57 Beschriftungen im Fest-Positionen-Modell Ergebnisse Qualität. 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 Laufzeit (Sek.) / logarithmisch! Anzahl Referenzpunkte Anzahl Referenzpunkte MIP22 MIP35 Schrumpfende Kegel Wachsende Kegel (V0) Wachsende Kegel (V1)

58 Beschriftungen im Schiebemodell Problem

59 Beschriftungen im Schiebemodell Problem

60 Beschriftungen im Schiebemodell Problem f i Sichtbereich Frame

61 Beschriftungen im Schiebemodell Problem f i Sichtbereich Frame Historie f i+1

62 Beschriftungen im Schiebemodell Problem f i Sichtbereich Frame Historie f i+1 Maximiere unter Beachtung der Historie die Summe der Gewichte aller beschrifteten Punkte eines überlappungsfreien Labelings.

63 Beschriftungen im Schiebemodell Problem f i Sichtbereich Frame Historie f i+1 kein Springen Maximiere unter Beachtung der Historie die Summe der Gewichte aller beschrifteten Punkte eines überlappungsfreien Labelings.

64 Beschriftungen im Schiebemodell Stand der Forschung Van Kreveld et al. (1999) 1P 1S statisch: 15%

65 Beschriftungen im Schiebemodell Stand der Forschung Van Kreveld et al. (1999) 1P 1S statisch: 15% Maass & Döllner (2006), Mote (2007), Luboschik et al. (2008) Beschriftung je Frame

66 Beschriftungen im Schiebemodell Stand der Forschung Van Kreveld et al. (1999) De Berg et al. (2008) 1P 1S statisch: 15% Maass & Döllner (2006), Mote (2007), Luboschik et al. (2008) Beschriftung je Frame

67 Beschriftungen im Schiebemodell Schiebe-Algorithmus (Skizze)

68 Beschriftungen im Schiebemodell Schiebe-Algorithmus (Skizze)

69 Beschriftungen im Schiebemodell Schiebe-Algorithmus (Skizze)

70 Beschriftungen im Schiebemodell Schiebe-Algorithmus (Skizze)

71 Beschriftungen im Schiebemodell Schiebe-Algorithmus (Skizze)

72 Beschriftungen im Schiebemodell Schiebe-Algorithmus (Skizze)

73 Beschriftungen im Schiebemodell Schiebe-Algorithmus (Skizze)

74 Beschriftungen im Schiebemodell Schiebe-Algorithmus (Skizze) +

75 Beschriftungen im Schiebemodell Datenstruktur: Rechtseckszerlegung

76 Beschriftungen im Schiebemodell Datenstruktur: Rechtseckszerlegung

77 Beschriftungen im Schiebemodell Warteliste Performanz & Reduktion von Flackern

78 Beschriftungen im Schiebemodell Warteliste Performanz & Reduktion von Flackern p

79 Beschriftungen im Schiebemodell Warteliste Performanz & Reduktion von Flackern p Verzögere den nächsten Test von p um mindestens W Frames.

80 Beschriftungen im Schiebemodell Demo

81 Beschriftungen im Schiebemodell Ergebnisse: Multi-Interaktionspfad 1S vs. 1P, W = 0: Qualität (49%) 1S 1S vs. 1P, W = 30: Qualität (41%) 1P 1S: Framerate

82 Beschriftungen im Schiebemodell Ergebnisse: Multi-Interaktionspfad 1S vs. 1P, W = 0: Qualität (49%) 1S 1S vs. 1P, W = 30: Qualität (41%) 1P 1S: Framerate Rechteckszerlegung: Framerate Warteliste: Framerate 35 Labels: > 24 FPS 205 Labels: 4 10 FPS

83 Beschriftung von Straßen

84 Eingebettete Beschriftungen Problem Label + 3D

85 Eingebettete Beschriftungen Problem Label + 3D Label L a b l e

86 Eingebettete Beschriftungen Problem Label + 3D Label L a b l e Label

87 Eingebettete Beschriftungen Problem Label + 3D Label L a b l e Label Label

88 Eingebettete Beschriftungen Problem Label + 3D Label L a b l e Label Label Nebenstr. Hauptstr.

89 Eingebettete Beschriftungen Problem Label + 3D Label L a b l e Label Label Nebenstr. Hauptstr. NP-schwer

90 Eingebettete Beschriftungen Lösung in jedem Frame für jede unbeschriftete Straße bewerte jede mögliche Beschriftungsposition

91 Eingebettete Beschriftungen Stand der Forschung Strijk (2001) Bewertungsfunktion l e L a b statisch

92 Eingebettete Beschriftungen Stand der Forschung Strijk (2001) Bewertungsfunktion Maass & Döllner (2007) l e L a b statisch Geradlinig Konfliktgraph Interaktionen: Work-Around

93 Eingebettete Beschriftungen Stand der Forschung Strijk (2001) Bewertungsfunktion Maass & Döllner (2007) l e L a b statisch Geradlinig Konfliktgraph Interaktionen: Work-Around Vaaraniemi et al. (2012) Geradlinig Billboard kräftebasierter Algorithmus

94 Eingebettete Beschriftungen Bewertung b i summiere Kosten der Bewertungskriterien

95 Eingebettete Beschriftungen Bewertung b i b i α summiere Kosten der Bewertungskriterien Kosten w a α 2

96 Eingebettete Beschriftungen Bewertung b i b i α summiere Kosten der Bewertungskriterien Kosten w a α 2 b j 1 b j b k+1 b k l C(l) = k i=j C(b i)

97 Eingebettete Beschriftungen Diskretisierung l

98 Eingebettete Beschriftungen Diskretisierung l l l l C(l) = C(l )

99 Billboard-Beschriftungen Problem

100 Billboard-Beschriftungen Problem

101 Billboard-Beschriftungen Problem Schellingstraße Gegenbaurstraße

102 Billboard-Beschriftungen Problem Schellingstraße 3D Gegenbaurstraße

103 Billboard-Beschriftungen Lösung: Kräftebasierter Algorithmus Gegenbaurstraße Schellingstraße

104 Billboard-Beschriftungen Lösung: Kräftebasierter Algorithmus Gegenbaurstraße Schellingstraße Schellingstraße

105 Billboard-Beschriftungen Stand der Forschung Eades (1984)

106 Billboard-Beschriftungen Stand der Forschung Eades (1984) Maass & Döllner (2006) Beschriftung je Frame

107 Billboard-Beschriftungen Stand der Forschung Eades (1984) Maass & Döllner (2006) Beschriftung je Frame Vaaraniemi et al. (2012) Geradlinig Billboard kräftebasierter Algorithmus

108 Kombination von zwei Beschriftungsarten Demo

109 Kombination von zwei Beschriftungsarten Ergebnisse Framerate, 23 Billboards, 55 eingebettete Labels, * eingebettet: 94 FPS * Billboard: 211 FPS * kombiniert: 92 FPS

110 Zusammenfassung im Fest-Positionen-Modell Beschriftung von Punkten im Schiebemodell Eingebettete Beschriftungen Beschriftung von Straßen Billboard-Beschriftungen Sophienstr. Dynamic Label Placement in Practice, Kombination von zwei Beschriftungsarten

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