Graphische Entscheidungsunterstützung: Von großen Datenmengen zu effektiven Entscheidungen

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1 Graphische Entscheidungsunterstützung: Von großen Datenmengen zu effektiven Entscheidungen Dr. Jörn Kohlhammer Fraunhofer IGD 12. September Seminar GIS & Internet, UniBW München Überblick Vorstellung Fraunhofer IGD Entscheidungsorientierte Visualisierung Visuelle Analyse (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 2

2 Fraunhofer IGD in Darmstadt 145 Mitarbeiter 210 Externe ca. 16,5 Mio. Budget INI-GraphicsNet 80 Einrichtungen an 40 Standorten Mitarbeiter ca. 1 Mrd. Budget (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 3 IGD in Darmstadt und Rostock IGD-Darmstadt IGD-Rostock Interaktive Multimedia Appliances Multimediale Kommunikation Industrielle Anwendungen Visualization and Interaction Techniques Echtzeitlösungen für Simulation und Visual Analytics Virtuelle und Erweiterte Realität Mobile Multimedia Technologien Entertainment Technologien Graphische Informationssysteme e-learning und Knowledge Management Cognitive Computing & Medizinische Bildverarbeitung Sicherheitstechnologie für Graphik und Kommunikationssysteme (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 4

3 Abt. Simulation and Visual Analytics Visualisierung für Simulationsumgebungen Virtual Prototyping für die Textilindustrie Informationsvisualisierung und Visual Analytics Mobile Visualisierungslösungen Fokus: Echtzeitlösungen (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 5 Überblick Vorstellung Fraunhofer IGD Entscheidungsorientierte Visualisierung Visuelle Analyse (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 6

4 Information Overload in vielen Bereichen Isolierung der wichtigen Information entscheidend, insbesondere in informationsintensiven Anwendungen zeitkritischen Anwendungen Probleme aktueller Ansätze Entscheidungsorientierte Visualisierung Geringe Skalierbarkeit Fehlende Semantik Ziel: Effiziente, benutzerorientierte Informationsvisualisierung (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 7 Situationsbewusstsein Feedback State of the Environment Task/System Factors Level Adapt. von Endsley, 2000 Situation Awareness Projection of Future Status Comprehension of Current Situation Perception of Elements In Current Situation Decision Individual Factors Beispiel: Fluglotsen (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 8

5 Human-Centered Computing Symbiotische Arbeitsteilung von Mensch und System Mensch: Kreativität, Auflösen von Widersprüchlichkeiten, Strategien, Prinzipien, u.a. System: Genauigkeit ohne Ermüdung, Datenspeicherung, zuverlässige, deterministische Verarbeitung, u.a. Ziel: Erhöhung der Effizienz des Gesamtsystems Erweiterung der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeiten durch Informationsvisualisierung (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 9 Visual Analytics benutzerorientiert Maschine / System Mensch Statistische Analysen Data Mining Wissenschaftl. Visualisierung Komprimieren & Filtern Das Beste aus zwei Welten Informations-visualisierung Graphik und Rendering Kognitionswissenschaften Mensch-Maschine- Schnittstelle Design Visuelle Wahrnehmung Visuelle Intelligenz Entscheidungslehre Erwartungen des Benutzers (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 10

6 Herausforderung: Skalierbarkeit Skalierbarkeit in Bezug auf Menge von Daten und Dimensionalität Anzahl der Datenquellen und Heterogenität Datenqualität und Datenauflösung Dynamik und Neuheit Datenrepräsentierung und visuelle Auflösung Benutzerschnittstelle und Interaktion Darstellungsgeräte (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 11 Entscheidungsorientierte Visualisierung Representation of Tasks and User Roles Human-Centered Computing Perception of Information Displays Knowledge Representation Decision- Centered Visualization (DCV) Information Visualization Semantics for Visualization (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 12

7 Entscheidungsorientierte Visualisierung Visualisierung in Bezug auf aktuelle Situation, Aufgabe und Benutzerrolle Benutzerorientierte Unterstützung des Situationsbewusstseins Informationintensive und zeitkritische Anwendungen in verschiedenen Wissensdomänen (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 13 Beispiel: Notfallmanagement Krankenhaus 12 Verfügbarkeit 12 Posit ion Krankenw agen 7 Verfügbarkeit Posit ion Ziel Einsat zort Posit ion Verletzte Opfer 27 Casualties 40 Fatalities (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 14

8 E 1 (ε 1,α 1,δ 1 ) (ε 1,α 2,δ 2 ) R 12,2 E 2 (ε 2,α 1,δ 1 ) (ε 2,α 2,δ 2) (ε 2,α 3,δ 3) (ε 3,α 1,δ 1) R 2 2 (ε 3,α 2,δ 2),3 E 3 E (ε 2 2,α 1,δ 1) (ε 2,α 2,δ 2 ) (ε R 2,α 3,δ 3) 2 2,3 E 3 1 R 12,2 (ε 3,α 1,δ 1) (ε 1,α 2,δ 2) (ε 1,α 1,δ 1) (ε 3,α 2,δ 2) Adaptive Informationsverteilung Desktop PC Domain Ontology Mission Manager Situation Manager Decision Focus Presentation Requirement Data Access PDA 12 Domain Database Data Hub 7 Network Access Casualties 40 Fatalities Available Position (Ambulance, Map) (Hospital, Destination Map) (Accident Site, Text) Available Capacity Casualties Internet/LAN E Position Fatalities (Accident Site, Map) Position Konsole (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 15 TRAVO Mobile High-End Visualisierung Echtzeit 3D Datenübertragung Echtzeit 2D Image Datenübertragung Dynamischer Server (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 16

9 HEyeWall - Large-Display Technology 6000 x 3000 Pixel (18 megapixel) on 4,8 x 2,4 meters 48 projectors (9x resolution of large area projections) (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 17 Überblick Vorstellung Fraunhofer IGD Entscheidungsorientierte Visualisierung Visuelle Analyse (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 18

10 Visual Analytics Neues Thema mit zunehmender Bedeutung in verschiedensten Bereichen Immer schneller wachsende Masse komplexer Informationen Bio-Technologien Markt- und Finanzanalysen Data Warehouses Sicherheit Informationsmassen nicht nur Overload, sondern Chance! (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 19 Visual Analytics Datensammlung und -analyse haben zunehmende Bedeutung in verschiedensten Unternehmensbereichen Immer schneller wachsende Masse komplexer Daten Informationsmassen nicht nur Overload, sondern Chance! Der passive Betrachter wird zum aktiven Benutzer Intelligente Systeme zur Nutzung der Daten??? (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 20

11 Visual Analytics ein neuer Ansatz Kombination aus Informationsvisualisierung, Statistik, Data Mining, Business Intelligence und anderen Gebieten Grundidee: Interaktive Präsentation der Daten in visueller Form Informationsvisualisierung Wahrnehmungstheorie Interaktivität Visual Analytics Data Mining Statistik Wissensmanagement Benutzerfreundlichkeit Datenbankmanagement (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 21 Was ist das Neue? Was gibt es schon? Automatisches Knowledge Discovery & Data Mining Interaktive visuelle Daten-Exploration Was brauchen wir? Enge Integration visueller und automatischer Datenanalysemethoden mit Datenbanktechnologien für skalierbare interaktive Entscheidungsunterstützung Visuelle Daten-Exploration Visualisierung Daten Wissen Modelle (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 22 Data Mining Feedback Loop

12 Visual Analytics ein neuer Ansatz Maschine / System Mensch Statistische Analysen Data Mining Wissenschaftl. Visualisierung Komprimieren & Filtern Das Beste aus zwei Welten Informations-visualisierung Graphik und Rendering Kognitionswissenschaften Mensch-Maschine- Schnittstelle Design Visuelle Wahrnehmung Visuelle Intelligenz Entscheidungslehre Erwartungen des Benutzers (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 23 Visual Analytics von Daten zu Taten Ziel: Verkürzung des Weges von Daten zur Entscheidung Daten Interaktive Information / Erkenntnis Entscheidung Handlung (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 24

13 Visual Analytics Neue Ansätze Visualisierung großer Datenmengen Integration von weiteren Dimensionen Raum Zeit Darstellung fehlender, unsicherer oder inkonsistenter Daten Integration von Datenanalyse und -darstellung KVMap (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 25 KVMap Analysis of complex data Multivariate Data analysis Visualisation of correlations between variables Overview of all entries in a large data set Visual deduction of rules by identifying patterns Combination of Statistical analysis (computer) Pattern recognition (human) (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 26

14 Visual Analytics - Datenintegration Erschließung neuer Datenquellen Datenintegration und -bereinigung Verbreiterung der Datengrundlage Erstellung neuer bzw. Verbesserung alter Analysemodelle Neue Daten in unterschiedlichen Formaten und Medien Texte, numerische Daten, Bilder, Videos Verknüpfung verschiedener Datentypen und -quellen (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 27 Beispiel: Visual Analytics im Debriefing Kopplung abstrakter und physikalischer Daten mit verschiedenen 12 interaktiven Visualisierungstechniken Casualties 40 Fatalities Casualties56 40 Fatalities (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 28

15 Beispiel: Visual Analytics und Simulation Virtueller Test Physikalische Modelle GIS-Daten Pläne Nicht-Physikalische Modelle Katastropheneinsatzpläne Exit Skizze der Visualisierung des Fluchtverhaltens von Personengruppen Visualisierung CFD-basierter Simulationsdaten eines Tunnelbrandes (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 29 Beispiel: Visuelle Entscheidungsfindung über Nutzung von WMS (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 30

16 Echtzeitlösungen für Simulation und Visual Analytics Dr. Jörn Kohlhammer Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung Fraunhoferstraße Darmstadt Deutschland Tel.: +49 (6151) Fax.: +49 (6151) joern.kohlhammer@igd.fraunhofer.de (c) September 2007, Dr. Jörn Kohlhammer, Fraunhofer IGD Seminar GIS & Internet 31