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1 Slide 1 Visualisierung evolutionärer Zusammenhänge

2 Slide 2 Evolution Enstehung neuerarten: Vererbung Mutation Selektion Horizontaler Gentransfer, Endosymbiose, Hybridisierung

3 Slide 3 2 Beispiele:

4 Slide 4 Klassischer Dinosaurier Stammbaum

5 Slide 5 Tree of Life by Tim Hughes

6 Slide 6 Was fällt auf?

7 Slide 7 Daten Rohdaten: DNA,RNA und Protein Sequenzierung Rekonstruktion: verschiedene Algorithmen

8 Slide 8 Probleme Größe der Graphen ( und mehr Knoten) Lösung des Rekonstruktionsalgorithmus nicht eindeutig. Rekonstruktion hängt von Daten und verwendetem Algorithmus ab

9 Slide 9 Anforderungen an die Visualierung Darstellung großer Graphen Strukturmerkmale sollen erkennbar sein Orientierungshilfen geben Vergleich ermöglichen (Vorhersehbarkeit) Vergleich erleichtern (Markierung, Navigation)

10 Slide 10 Einordnung in Visualisierung Informations-Visualisierung Darstellung großer Hierarchien Graphen zeichnen

11 Slide 11 Layout: Dimension 3D : Mehr Raum für zusätzliche Informationen Natürlichere Darstellung Hohe Hardwareanforderungen 2D : Gut für Publikationen Einfachere Implementation

12 Slide 12 2D Layout

13 Slide 13 3D Layout

14 Slide 14 Bäume und Netzwerke Bäume: Einfachere Struktur In 2D einbettbar Rekonstruktion sowieso fehlerbehaftet Besser entwickelte Algorithmen Netzwerke: Entspricht evolutionären Vorgängen besser Komplexer Berechnung Komplexere Darstellung Darstellung mittels Spannbaum

15 Slide 15 NeighborNet

16 Slide 16 Zoom Techniken Geometrischer Zoom Semantischer Zoom (Ein/ Ausblenden von Details) Level of Detail

17 Zoom: Beispiel Zoom: Beispiel

18 Slide 18 Geometrischer Zoom: Probleme Benutzer verliert die Übersicht Änderung des Zoomlevels zur Navigation notwendig Keine einheitliche Darstellung

19 Slide 19 Fokus+Kontext Techniken Verbesserung gegenüber Zoom: Ausschnitt wird fokussiertder Kontext bleibt sichtbar

20 Slide 20 Fokus+Kontext Übersicht Fischauge 3D Darstellung Hyperbolisch Sphärisch

21 Slide 21 Fischaugenverzerrung Unabhängig von Layout Verzerrung mittels konkaver, monotonor Funktion Verzerrung abhängig von der Entfernug vom Fokuspunkt Je nach Funktion polare, kartesische oder andere Verzerrung Komplizerte Kurven entstehenhöherer Rechenaufwand für Approximation Geignet für mittelgrosse Graphen

22 Slide 22 Hyperbolische Darstellung Besonderes Layoutverfahren Mehr Platz als in euklidischer Ebene Verschiedene Projektionen Unerwartete hyperbolische Effekte (Drehungen) Animation schwierig Geeignet für sehr grosse Graphen 2D und 3D möglich

23 Slide 23 Grundlagen der hyperbolischen Darstellung Darstellung von M.C Escher

24 Slide 24 Sphärische Darstellung Besonderes Layout Beschränkter Platz Intuitiver Zugang des Benutzers zur Darstellungstechnik Darstellung von Hierarchien mittels Bändern 3D Ansatz (vieleicht) möglich

25 Slide 25 Grundlagen Magic Eye

26 Bäume Vergleichen Bäume vergleichen

27 Slide 27 Bäume vergleichen Es gibt verschiedene Möglichkeiten: direkter Vergleich Baummetriken

28 Slide 28 Direkter Vergleich Struktur erkennbar Hilfe bei gemeinsamer Navigation nötig- erkennen äquivalenter Teilbäume durch Programm Kompatibel mit Fokus+Kontext Nur für den Vergleich weniger Bäume geeignet TreeJuxtaposer

29 Slide 29 Baummetriken Treeset von Amenta und Klinger

30 Slide 30 Baummetriken Treespace- Metrik auf dem Raum der Bäume Überblick über eine grosse Anzahl von Bäumen Strukturunterschiede der Bäume nicht erkennbar Nach Auswahl können Details angezeigt werden (Konsensbaum) Einfache Visualisierung

31 Slide 31 Verlauf einer Rekonstruktion visualisieren FastDNAml- Viewer Besondere Form des Vergleiches Integration in Rekonstruktionsalgorithmus notwendig Einheitlichere Daten

32 Slide 32 3D Metaphern Sollen die Navigation erleichtern Übertragen Erfahrung/ Intuition des Benutzers auf einen neuen Kontext Erhöhen den Darstellungsaufwand Gefahr der Fehlinterpretation

33 Slide 33 Landscape Metapher

34 Slide 34 Botanische Metaphern Unix Home Verzeichniss nach Kleiberg

35 Slide 35 Treemaps Beispiel dafür, dass hierarchische Daten nicht in Baumform dargestellt werden müssen Hierarchie wird durch Größe und Anordnung der Kissen dargestellt Eignung für die Darstellung phylogenetischer Zusammenhänge fraglich Sequoia View von van Wijk und van der Wetering

36 Slide 36 DFG Antrag:Globe View Entwicklung einer neuen Visualisierungtechnik zum Vergleich phylogenetischer Bäume und zur Darstellung der Arbeitsweise von Rekonstruktionsalgorithmen

37 Slide 37 Globe View:Beschreibung Idee: Einbetten eines 3D Baumes in eine Kugel, so dass Wurzel in der Mitte liegt und die Blätter auf der Oberfläche Durch ein geeignetes Layout entsteht auf der Oberfläche eine 2D Struktur, die das Ablesen der evolutionären Distanz möglich macht. Jedem Blatt wird eine eindeutige Position zugewiesen, die nur von der Struktur des Baumes abhängt Vergleich/Tracking: Wanderung der Blätter wird animiert dargestellt Wechsel von 2D nach 3d: Benutzter taucht durch die Oberfläche

38 Slide 38 Globe View: Arbeitseinteilung A Layout-Visualisierung B Vergleich unterstützen C Darstellung optimieren D Integration in Software

39 Slide 39 A Layout Visualisierung: Evolutionäre Nähe darstellen Conetree anpassen

40 Slide 40 Evolutionäre Nähe Darstellen Definition ( Evolutionäre Distanz): kürzeste Entfernung zweier Taxa im rekonstruiertem Graphen

41 Slide 41 Problem: Zu viele Taxa haben den gleichen evolutionären Abstand.

42 Slide 42 Lösungen Approximation Farbkodierung Clustering

43 Slide 43 Clustering: Beobachtung

44 Slide 44 GlobeView Conetree Algorithmus anpassen, so dass Clustering auf Oberfläche entsteht 3D Darstellung inklusive

45 Slide 45 Vergleich unterstützen Unterschiede erkennen und kennzeichnen Automatische Navigation Sequenz für Animation erstellen

46 Slide 46 C: Darstellung optimieren Platzverschwendung kontra Überkreuzung/ Verdeckung Circle Packing Aus Stichprobe optimale Aufteilung schätzen

47 Slide 47 Darstellung optimieren:circle Packing Kreispackung Größe der Scheiben veränderen Verschiedene schnelle Algorithmen zur Anpassung vorhanden Für euklidische, hyperbolische und sphärische Geometrie geeignet

48 Slide 48 Literatur Praxis: Carrizo,S.F.2004 Phylogenetic Trees: an Information Visualisation perspective Graphen Zeichnen; Herman,I et al Graph Visualisation and Navigation in information visualisation Hyperbolisch: Munzner

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