Visualisierung zeitlicher Verläufe auf geografischen Karten

Transkript

1 geografischen Karten Tominski, Schulze-Wollgast, Schumann Institut für Computergraphik Universität Rostock GeoVis 2003 Hannover, den

2 Gliederung Einführung Konzepte zur Zeitdarstellung auf Karten Ikonifizierung und Positionierung Ausnutzung der 3. Dimension als Zeitachse Spezielle Mehrfenstertechniken Framework LandVis t Zusammenfassung geografischen Karten 2/23

3 Informationsvisualisierung Einführung -1- Heutige Datenbanken enthalten immense Datenmengen (Bsp.: Gesundheitsdaten) Auswertung der Daten mit Hilfe von Visualisierungsmethoden Abbildung der Daten auf visuelle Repräsentationen; zumeist Bilder Aus der Analyse der Bilder Rückschlüsse auf die Daten ziehen Viele leistungsfähige Methoden der Informationsvisualisierung Darstellung eines Zeitbezugs auf Karten in der InfoVis bisher vernachlässigt Ziel: Entwicklung von Konzepten zur Darstellung zeitlicher Verläufe auf Karten geografischen Karten 3/23

4 Zeit- und raumabhängige Daten Einführung -2- Datenerfassung (Messung, Simulation, etc.) häufig in einem räumlichen und zeitlichen Kontext Raumbezug Zeitbezug Veranschaulichung verschiedener Wirkungskreise Unterschiedliche räumliche Granularitäten Nachbarschaftsbeziehungen Besondere Bedeutung des Parameters Zeit Spezielle Visualisierungstechniken werden benötigt Bsp.: Gesundheitsdaten: Anzahl der Krankschreibungen für verschiedene Diagnosen pro Tag pro Postleitzahlgebiet geografischen Karten 4/23

5 Verschiedene Interpretationen von Zeit Einführung -3- Interpretation der Zeitobjekte auf einer Zeitachse Zeitpunkte Zeitintervalle Interpretation der Zeitachse Lineare Zeitachse Zyklische Zeitachse Interpretation der Zeit muss durch Visualisierung widergespiegelt werden Bsp.: Gesundheitsdaten: Zeitpunkte auf hierarchischer Zeitachse, die linear oder zyklisch interpretierbar ist geografischen Karten 5/23

6 Visualisierung des Zeitbezugs Einführung -4- Bekannte Techniken der Informationsvisualisierung Zeitdiagramme, Sektorgraphen, zyklische Liniendiagramme ThemeRiver (Havre, Hetzler & Nowell, 2000), Spiraldarstellung (Weber, Alexa & Müller, 2001) Ziel: multivariate Visualisierung mehrerer Zeitobjekte auf Karten ein Merkmal mehrere Merkmale ein Zeitobjekt klassische Methoden bekannte Methoden mehrere Zeitobjekte bekannte Methoden aktuelle Forschung + geografischen Karten 6/23

7 Statische vs. Dynamische Visualisierung Einführung -5- Dynamisch Ausnutzung des Parameters Zeit in der Präsentationssteuerung zur Veranschaulichung des Parameters Zeit in den Daten Bsp.: Animationen, Slideshows Dynamik der Daten kann gut veranschaulicht werden Zeit Bilder der dynamischen Repräsentation Statisch Zeitfenster im Gedächtnis Keine automatische Veränderung der Darstellung Bsp.: Zeitdiagramm, Spiraldarstellung aktuelles Bild Alles auf einen Blick, Vergleichen von Merkmalsausprägungen, Aufdecken von Korrelationen geografischen Karten 7/23

8 Konzepte zur Zeitdarstellung auf Karten Konzepte -1- Ikonifizierung und Positionierung 2D Karte bekannte Visualisierungstechniken verkleinert auf der Karte darstellen Ausnutzung der 3. Dimension als Zeitachse 2D Karte in 3D Präsentationsraum Abbildung der Zeitachse auf die 3.Dimension des Präsentationsraumes Spezielle Mehrfenstertechniken 2D Karte Anordnung mehrerer Kartenfenster geografischen Karten 8/23

9 Visualisierung mit Ikonen Ikonifizierung und Positionierung -1- Zur Visualisierung mehrerer Merkmale eigenen sich Ikonentechniken Ikone Grafisches Primitiv Mehrere Merkmale werden verschlüsselt in verschiedenen visuellen Attributen (z.b. Farbe, Winkel, Textur, etc.) Exakte Positionierung im Präsentationsraum ist möglich Bsp.: Chernoff-Gesicht, Farbikone, Data-Jack geografischen Karten 9/23

10 Raum- und Zeitbezug mit Ikonen Ikonifizierung und Positionierung -2- Spezielle Ikonen eignen sich zur Repräsentation zeitabhängiger Rotationsbereich 135 Merkmale Ikonen mit exponierter Zeitachse Bsp.: Maximumikone zum Aufzeigen von Maximalwerten; Zeitrad zum Aufdecken von Korrelationen 8 Merkmalsachsen 1 Zeitachse Visualisierung von Raum- und Zeitbezug durch spezielle Ikonen in Verbindung mit einer Kartendarstellung geografischen Karten 10/23

11 Ikonifizierung Ikonifizierung und Positionierung -3- Nutzung der bekannten Techniken zur Zeitdarstellung durch Ikonifizierung Visuelle Repräsentationen mit bekannten Techniken erzeugen und zu Ikonen verkleinern Ikonen müssen bestimmten Anforderungen genügen Ideal: volle Aussagekraft bleibt erhalten Minimalanforderung: Überblick über die Daten Bsp.: ThemeRiver, Spiraldarstellung, Zeitscheibe geografischen Karten 11/23

12 Positionierung Ikonifizierung und Positionierung -4- Ikonen auf der Karte positionieren Probleme: Bestimmung der Größe der Ikonen Bestimmung der Referenzpunkte der Ikonen Überlappungen zwischen Ikonen untereinander bzw. Ikonen und Karte vermeiden geografischen Karten 12/23

13 Lexis Pencils über der Karte Ausnutzung der 3. Dimension als Zeitachse -1- Lexis Pencil verschlüsselt mehrere zeitabhängige Merkmale farbcodiert auf seinen Seiten Positionierung der Lexis Pencils über der Karte Bei Navigation im Raum Orientierung der Pencils zum Betrachter beibehalten Rotation der Pencils durch separate Interaktion Lexis P encil Karte geografischen Karten 13/23

14 Helices über der Karte Ausnutzung der 3. Dimension als Zeitachse -2- Helices eignen sich besonders zur Darstellung großer Datensätze (siehe: Weber, Alexa & Müller, 2001) Positionierung von Helices über der Karte Problem: Rückseiten der Helices, und damit eine halbe Zykluslänge stets vom Betrachter weg gewandt Projektion einer Spiraldarstellung, um Rückseiten sichtbar zu machen Helixband Auswahl von Zyklen projizierte Spiraldarstellung Helix aus [WAM01] Karte geografischen Karten 14/23

15 Maximumanalyse Ausnutzung der 3. Dimension als Zeitachse -3- Idee: Visualisierung von Maxima zur Veranschaulichung möglicher Ausbreitungswege von Krankheiten Zeitachsen auf denen maximale Merkmalsausprägungen markiert sind Zeitlich aufeinanderfolgende Maxima durch Linienzug verbunden Abbildung [Car78] geografischen Karten 15/23

16 Spezielle Mehrfenstertechniken Spezielle Mehrfenstertechniken -1- Erzeugen von visuellen Repräsentationen (Fenster) für jedes Zeitobjekt (z.b. Einfärbung der Gebiete einer Karte) Spezielle Anordnung der Fenster in Abhängigkeit der Interpretation der Zeit und der Größe des Datensatzes Bsp.: lineare Anordnungen Einfache Anordnung Filmrollen-Metapher Fokus&Kontext-Anordnung geografischen Karten 16/23

17 Visualisierungsframework LandVis t LandVis t -1- System zur Visualisierung zeit- und raumabhängiger Gesundheitsdaten über das Internet Integration verschiedener Konzepte zur Zeitdarstellung auf Karten Adaptive Kartendarstellung mit Fokus&Kontext-Konzept bzw. Übersicht&Detail-Technik Anbindung an ein relationales Datenbanksystem Internettauglich durch Implementierung in Java geografischen Karten 17/23

18 Systemarchitektur LandVis t -2- DB DB-Schnittstelle Karten-Schnittstelle Hauptmodul Kartendarstellung Ikonendarstellung Datenauswahl Interaktion Verschiedene Ikonentechniken Kartendaten Positionsoptimierungsmodul geografischen Karten 18/23

19 Integrierte Zeitdarstellungen LandVis t -3- Maximumikone ThemeRiver Zeitrad Zeitscheibe Zeitspirale Rotationsbereich Merkmalsachsen 1 Zeitachse geografischen Karten 19/23

20 Automatisches Positionieren von Ikonen LandVis t -4- Einfache Positionierung der Ikonen im Mittelpunkt der Bounding- Box (umschließendes Rechteck) eines Gebietes der Karte führt zu Konflikten Konfliktauflösung durch iteratives Optimierungsverfahren geografischen Karten 20/23

21 Fokus & Kontext für die Karte LandVis t -5- Integration einer kartografischen Lupe (nach Rase, 1997) Vergrößerte Darstellung der Ikonen ohne den Überblick zu verlieren geografischen Karten 21/23

22 Übersicht&Detail für Ikonen LandVis t -6- Semitransparente Detailfenster für Ikonendarstellung erlauben detaillierte Analyse der Daten Markierung von Nachbarn Übersichtskarte geografischen Karten 22/23

23 Schlussbetrachtung Zusammenfassung Entwicklung von Konzepten zur Kombination von Zeit- und Kartendarstellung Umsetzung der Konzepte in einem System zur Visualisierung von Gesundheitsdaten Integration verschiedener Ikonentechniken zur Visualisierung verschiedener Interpretationen der Zeit Ausblick Erweiterte Konzepte zur Navigation durch die Zeit Ereignisorientierte Visualisierung zur visuellen Hervorhebung bestimmter Ereignisse in den Daten geografischen Karten 23/23