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Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
Goethe-Universität, FrankfurtGraphische Datenverarbeitung
Visualisierung
Auswahlfaktoren und graphische Semiotik
WS 2000/20012
Visualisierung5. Auswahlfaktoren und grahische Semiotik© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
Rückblick
� Allgemeine ZielsetzungenExpressivität – Effektivität – Angemessenheit
� Visualisierungsprozess� Beschreibung der Daten
� Beobachtungsraum� Datenmerkmale
� Reduktion einer Datenmenge� Projektion� Selektion
WS 2000/20013
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Nächsten Schritte
Auswahlfaktoren für Visualisierungsverfahren� (Spezielle) Bearbeitungsziele� Anwendung� Allgemeine Wahrnehmungsfähigkeiten des
Menschen� Nutzer� Ressourcen
Graphische Semiotik (Wissenschaft der graphischen Zeichen und Symbole) Welche „Bildarten“ gibt es?
Mapping- (=Visualisierungs-) verfahren
WS 2000/20014
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Übersicht
1. (Spezielle) Bearbeitungsziele2. Anwendungsmodell3. Nutzermodell4. Ressourcenmodell5. Graphische Semiotik
-Eine kleine Einführung-6. Charakterisierung von Bildern
WS 2000/20015
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Übersicht (Fortsetzung)
7. Zusammenfassung 8. Glossar9. Weitere Informationen10.Ausblick – Nächste Schritte
WS 2000/20016
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Übersicht Auswahlfaktoren
� Bearbeitungsziele
� Anwendung
� Nutzer
� Ressourcen
� Allgemeine Wahrnehmungs-fähigkeiten des Menschen
� Spezifikation der konkreten Problemstellung
� Spezifika einer konkreten Anwendung bzw. eines Anwendungsgebietes
� Charakteristika eines Nutzers oder einer Nutzergruppe, z.B. Präferenzen, Wissens- oder Trainingsstand
� Funktionalität des verwendeten Systems (Hardware und Software)
� Wahrnehmungspsychologie
WS 2000/20017
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Spezielle BearbeitungszieleSpezielle BearbeitungszieleSpezielle BearbeitungszieleSpezielle Bearbeitungsziele
Wir unterscheiden:Präsentation von Ergebnissen und Sachverhalten KenntnisvermittlungAnalyse von Daten
KenntnisgewinnungspezielleBearbeitungsziele
allgemeineBearbeitungsziele
Visualisierungs-entscheidungen
spezielleBearbeitungsziele
.
.
.
ExpressivitätEffektivitätAngemsessenheit
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Spezielle BearbeitungszieleSpezielle BearbeitungszieleSpezielle BearbeitungszieleSpezielle BearbeitungszieleAnalyse (ähnliche Ziele)Analyse (ähnliche Ziele)Analyse (ähnliche Ziele)Analyse (ähnliche Ziele)
Bertin Robertson BeshersElementare PUNKT Directed SerarchInformationen Erkennen von Werten
für einen PunktInformationen bezogen LOKAL Comparision auf Teilbereiche Erkennen von Werten
in einem lokalenZusammenhang
Informationen bezogen GLOBAL Explorationauf den gesamten Erkennen der globalenBeobachtungsraum Verteilung der Werte im
Beobachtungsraum
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Problemklassen - Fragen
� IdentifikationsproblemWelchen Wert haben Daten in einem bestimmten Gebiet?
� LokalisierungsproblemWo liegen Daten eines bestimmten Wertes?
� KorrelationsproblemGibt es Zusammenhänge zwischen zwei oder mehreren Variablen oderzwischen Datenwerten und bestimmten Gebieten des Beobachtungsraumes bzw. bestimmten Zeitpunkten?
� VergleichsproblemWie unterscheiden sich die Datenwerte in einem bestimmten Gebiet oderzu unterschiedlichen Zeitpunkten?
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Problemklassen – Fragen (2)
� VerteilungsproblemWo liegen Extremwerte und Ausreißer? Lassen sich Muster in den Datenwerten bzw. Trends erkennen?
� HäufigkeitsproblemWelche Datenwerte treten besonders häufig auf?
� GruppierungsproblemWelche Datenwerte lassen sich anhand gemeinsamer Eigenschaften zusammenfassen, d. h., welche Cluster treten auf?
� KategorisierungsproblemWelche Datenwerte müssen auf Grund unterschiedlicher Eigenschaften separiert werden, das heißt, welche Klassifizierungen können vorgenommen werden?
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Anwendung Anwendung Anwendung Anwendung bestimmt die Rollebestimmt die Rollebestimmt die Rollebestimmt die Rolle
� Eigenständiges Kommunikationsmittel„Bildsprache“ � Semiotik (später)
� Vortragsunterstützung (Ergänzung einer Rede)(Folien, Dias, Rechner,..., Poster)
� Illustration (Ergänzung eines Textes) � als Teil einer MM-Präsentation / eines Hypermedia-
Systems� interaktive Präsentation� Element in der Benutzungsoberfläche u.v.a.m.
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NutzerNutzerNutzerNutzer
� unterschiedlicher Wissens- / Trainingsstand � berufsspezifische Unterschiede� kulturelle Unterschiede� individuelle Präferenzen (Geschmack)� modische Aspekte
...� Sensorische (unmittelbar) oder
„willkürliche / eigenmächtige“ (arbitrary)(erlernte) Symbole, Ikonen, ..., Bilder
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Unterschiedlicher Wissens- / Trainingsstand
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NutzerNutzerNutzerNutzer
� unterschiedlicher Wissens- / Trainingsstand � berufsspezifische Unterschiede� kulturelle Unterschiede� individuelle Präferenzen (Geschmack)� modische Aspekte
...� Sensorische (unmittelbar) oder
„willkürliche / eigenmächtige“ (arbitrary)(erlernte) Symbole, Ikonen, ..., Bilder
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Kulturelle Unterschiede
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Kulturbedingte Assoziationen für Farben(1)
Weiss
GelbGrünBlauRot
TotReinheit
GeburtWohlstandKraft
Ming DynastieHimmel
HimmelGlückChina
TotAnmutWürde
ZukunftJugendEnergie
Schurke-rei
ÄrgerGefahr
Japan
TotReinheit
ErfolgWohlstandFruchtbar-keit
LebenKreativität
Indien
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Kulturbedingte Assoziationen für Farben(1)
Neutrali-tät
VorläufigVorüber-gehend
Krimina-lität
FreiheitFrieden
Aristo-kratie
Frankreich
ReinheitFeigheitSicherMännlich-keit
GefahrUSA
SpaßGlückWohlstand
Fruchtbar-keitStärke
TugendTreueWahrheit
TotÄgyptenWeissGelbGrünBlauRot
WS 2000/200118
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Ressourcen
� Hardware, Software, Peripherie� Qualität und Kosten (Rechenzeit) von einsetzbaren
Visualisierungsmethoden� die zur Verfügung stehenden Rechnerkapazitäten,� die Charakteristika des Ausgabemediums sowie� die verfügbaren Interaktionsgeräte und -techniken,� die Systemumgebung
wie etwa die Stärke und Färbung des Umgebungslichts.
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Charakteristika des Ausgabemediums
� Ortsauflösung� zeitliche Auflösung� Farbwiedergabe
sinnvoll bis zur Grenze des Wahrnembaren... später ein „ideales“ Display kennenlernen
WS 2000/200120
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ZusammenfassungAuswahlfaktoren
� allgemeine und spezielle Bearbeitungsziele� Anwendung� Nutzer� Ressourcen
noch offen: � allgemeine Wahrnehmungsfähigkeiten des
Menschen
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Offener philosophischer Streit
Sind Bilder gleichermaßen willkürlich wie Worte – oder
gibt es „Ähnlichkeitsmaße“ zwischen Bildern und den realen Dingen, die sie repräsentieren?
Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. (???)
WS 2000/200122
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Meinungen„The picture, particularly one printed on paper, is a highly
conventional symbol, which a child reared in the Western culture has learned to interprete. “
Biesheuvel, 1947„ Realistic representation, in brief, depends not upon
imitation or illusion or information but upon incalculation. Almost any picture may represent almost anything; that is, given picture and object there is usually a system of representation, a plan of correlation, under which the picture represents the object.“
Goodman, 1968Es gibt keine guten oder schlechten Visualisierungen,
alle sind gleichgut, alles nur Konvention.Je früher man diese Konventionen lernt, umso besser.
WS 2000/200123
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BeispielBeziehungen zwischen Objekten
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Wahrnehmungspsychologie
� Solange das visuelle System (Funktion des neuronalen Systems) nicht vollständig (naturwissenschaftlich) verstanden ist, gibt es Raum für Meinungen.
� Viele Hinweise (insbesondere aus der Wahrnehmungs- und Lernpsychologie), daß eine Unterscheidung zwischensensorischen und willkürlichenSymbolen und Bildern Sinn macht.
WS 2000/200125
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Graphische Semiotik(Graphische Semiologie)
� Wissenschaft von den graphischen Zeichen, Symbolen, Sinnbildern, ...
� Jahrtausende alte Traditionen� Theologie, Philosophie, Anthropologie
Psychologie, ..., Kartographie (Bertin), ..., Visualisierung
� Jacques Bertin 1982: The Semiology of GraphicsGrundlage der modernen Visualisierung
WS 2000/200126
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Visuelle Variablen (nach Bertin 1982)
Für statische 2D-Darstellungen gibt es prinzipiell achtverschiedene visuelle Variablen, die konstruktiv zur Generierung graphischer Darstellungen eingesetzt werden können:
� die Position auf der Ebene � die Größe (Länge, Fläche/Volumen)� der Helligkeitswert,� die Musterung oder Textur,� die Farbe,� die Richtung oder Orientierung sowie� die Form des Elementes
WS 2000/200127
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Wirkungen der visuellen Variablen(nach Bertin 1982)
� Selektiv (trennend): Unterschiedliche Datenwerte werden nach Kodierung mit solchen Variablen vom Betrachter spontan in Gruppen aufgeteilt und unterschieden. besonders geeignet für nominale Daten
� Weitere Unterscheidung:� assoziativ (alle Fakoren haben gleiche
Sichtbarkeit)� nicht assoziativ
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Wirkungen der visuellen Variablen(nach Bertin 1982)
� ordinal: Datenwerte werden vom Betrachter spontan in eine Ordnung gebracht. Besonders geeignet für ordinale Daten
� proportional: Datenwerte werden vom Betrachter ebenfalls spontan in eine Ordnung gebracht. Zusätzlich erwirken diese Variablen eine direkte Assoziation der relativen Größe. (visuelle Metrik)Mit diesen Variablen lassen sich daher insbesondere ordinale und quantitative Datengut darstellen.
WS 2000/200129
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Ergänzungen und Verfeinerungen(nach Mackinlay / Cleveland)
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Weitere Einflußfaktoren auf die Effektivität (Peeck, 1987)
� ästhetische, künstlerische, technische Qualität: z.B. Farbbalance
� die Authentizität und Validität: der Grad mit dem der Betrachter das Gesehene glaubt
� die Informationsdichte: Anzahl der Bildelemente und den Detailgrad eines jeden Elementes
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Inwieweit können Bilder das Lernen unterstützen (nach Peeck, 1987)
� affektiven Faktoren: ist ein Bild interessant oder ist es imaginativ?
� Motivationsfaktoren: wie ist der Betrachter motiviert, ändert das Bild etwas an der Motivation
� kognitiven Faktoren: Inwieweit können Informationen aus dem Bild entnommen werden
WS 2000/200132
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Bildklassifikationen
Presentational Pictures
Pictograms
Abstract-graphical Pictures
nach Strothotte
zeigen natürlich sichtbareObjekte oder Relationensind intuitiv, einfach zu verstehen
Können auch nicht-sichtbareObjekte oder Relationen
zeigen. Sind von Konventionengeprägt. Diese müssen erlernt
Werden.
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Beispiele für Visualisierungen
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Piktogramme
� Piktogramme repräsentieren oft mehr, als sie aktuell zeigen
�
� (Index) Symbole Ikonen(An-)Zeichen symbolisch ikonisch
WS 2000/200135
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Welche Geschichte erzählen diese Bilder?
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Terminologie
� Ein Diagramm in seiner allgemeinsten Form ist eine graphische Repräsentation von Informationen mit Hilfe graphischer Elemente, wie etwa Punkte, Linien, Kurven und geometrischer Formen in Verbindung mit Darstellungsattributen wie Farbe und Textur. Diagramme bezeichnen somit die allgemeinste Form der graphischen Darstellung von Daten.
WS 2000/200137
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Terminologie
Achtung: im Englischen (nach Harris)für diese allgemeine Form: Chart. Harris unterscheidet verschiedene Klassen von Charts. Die wichtigsten Formen sind:
� Diagramme, die nicht-quantitative Beziehungen zwischen Elementen darstellen,
� Graphen, die dagegen quantitative Strukturen und Vergleiche zwischen zwei oder mehr Gesamtheiten, sowie
� Karten, die Orts- und Richtungsbeziehungen präsentieren.
WS 2000/200138
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Zusammenfassung
Auswahlfaktoren für Visualisierungsverfahren� (Spezielle) Bearbeitungsziele� Anwendung� Allgemeine Wahrnehmungsfähigkeiten des Menschen� Nutzer� Ressourcen
Graphische Semiotik (Wissenschaft der graphischen Zeichen und Symbole) Welche „Bildarten“ gibt es? Terminologie
WS 2000/200139
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Glossar
WS 2000/200140
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Ausblick – Mapping
Methodik der Abbildung Wahrnehmungs-fähigkeit des Menschen
Geometrie: Position, Größe, Richtung, Orientierung
Helligkeit und FarbeTextur (Muster)Bewegung, Raum
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