VISAR - VISUAL Analytics And Rendering

Das Ziel dieses Projektes ist es, eine nahtlose visuelle Analyse von Daten zu ermöglichen, welche 3D Geometrie, sowie relationale und multivariate Informationen beinhalten. Es sollen neue Ansätze erforscht werden, um den höchst möglichen Grad an Integration zwischen realistischer 3D Echtzeitgrafik und Techniken aus den Bereichen der Informationsvisualisierung und visuellen Analytik zu erzielen. In vielen Anwendungsgebieten, wie Konstruktion und Inspektion von großräumiger Infrastruktur, Verkehrs-Visualisierung und Archäologie, werden 3D Modelle benutzt, die die reale Welt in hohem Detail abbilden aber auch eine Vielzahl an zusätzlichen Eigenschaften für jedes repräsentierte Objekt abspeichern. Um solche Modelle visuell zu analysieren, werden Darstellungsmethoden benötigt, die diese heterogenen Daten nahtlos und intuitiv aufbereiten. In dem Projekt wird an einem integrierten Framework für die Visualisierung, Navigation und Interaktion von einer Kombination aus abstrakten Daten und 3D Geometrie geforscht. Die Forschung wird dabei benutzerzentriert durchgeführt, wobei sukzessive Prototypen in Benutzerstudien evaluiert werden. Durch die enge Integration von Echtzeitgrafik und neuesten Methoden der Informationsvisualisierung wird die Anwendung visueller Analytik auf Problemklassen, bei denen realistische 3D Modelle der realen Welt benötigt werden, ermöglicht.

In einer Vielzahl von Anwendungsfällen sind ExpertInnen mit komplexen, heterogenen Daten konfrontiert, die einerseits aus dreidimensionalen geometrischen Daten und andererseits aus multivariate Daten bestehen. Im Beispiel von Tunnelwartung spielt die Dokumentation von Rissen in der Betonschale eine entscheidende Rolle. Jeder dieser Risse wird beschrieben durch eine 3D Polylinie und durch multivariate Attribute, wie z.B. Breite, Orientierung, und Feuchtigkeit. Nasse Risse entlang des und quer zum Tunnelverlauf können schnell zum Abplatzen der Betonschale führen. Um derartige Gefahrenmuster frühzeitig zu erkennen, sind ExpertInnen auf eine gleichzeitige Visualisierung von geometrischen und multivariaten Daten angewiesen.Das primäre von Ziel von VISAR - Visual Analytics and Rendering - ist es, neue Wege und Mittel zu erforschen, wie realistische 3D Echtzeitgrafik und Methoden aus dem Bereich Informationsvisualisierung enger verflochten werden können, um eine visuelle Analyse der zuvor beschriebenen, heterogenen Daten zu ermöglichen. Die Kombination aus interaktiven 3D Darstellungen und Informationsvisualisierung erfreut sich steigender Beliebtheit, vor allem in Bereichen wie Stadtplanung, Neurowissenschaften, oder Katastrophenmanagement, um nur ein paar zu nennen. Doch bei der Kombination von räumlichen und nicht räumlichen Visualisierungen ergeben sich gewisse Probleme, denen selten Beachtung geschenkt wird. Zum Beispiel kann es für AnalystInnen Probleme bereiten, die geometrische Repräsentation eines Datenpunkts zu finden, der zuvor als Ausreißer in einem Streudiagramm entdeckt wurde. Darüber hinaus gibt es keine Richtlinien für das Erstellen von integrierten Visualisierungen, die eine gleichzeitige Analyse von geometrischen und multivariaten Daten ermöglichen sollen.In diesem Projekt haben wir ein theoretisches Modell entwickelt, das die Möglichkeiten beschreibt, die bei der Integration von 3D Echtzeitgrafik und Informationsvisualisierung zur Verfügung stehen. Diese Integration basiert auf koordinierten BenutzerInnen-Interaktionen zwischen Daten, Navigation, und visueller Darstellung. Weiters haben wir ein konzeptionelles Rahmenwerk erstellt, das DesignerInnen von Visualisierungen Richtlinien vorgibt, wie man integrierte Lösungen entwickelt, die eine effektive und intuitive visuelle Analyse von heterogenen Daten ermöglichen.Wir konnten unsere theoretische Arbeit in mehreren Anwendungsfällen zum Einsatz bringen. In einem Anwendungsfall sind LichtdesignerInnen mit einer Vielzahl an möglichen Beleuchtungskonfigurationen für Büroräume konfrontiert. Beleuchtungsplanung in diesem Zusammenhang verfolgt meist widersprüchliche Ziele wie z.B. Beleuchtungsvorschriften für Arbeitsplätze, Energieverbrauch, oder Preis. In unserer integrierten Lösung haben wir eine interaktive Beleuchtungssimulation mit einer neuartigen Rangvisualisierung verknüpft, die es BenutzerInnen ermöglicht, quasi-optimale Beleuchtungskonfigurationen zu finden, ohne auf systematisches Ausprobieren zurückgreifen zu müssen. In einem anderen Anwendungsfall müssen Stadtplaner 30 Gebäude bezüglich deren visuellen Einflusses auf das Stadtbild bewerten. Dies geschieht anhand von teils historischen Sichtachsen und charakteristischen Aussichtspunkten. Wir haben verschiedene Metriken entwickelt, um visuellen Einfluss zu quantifizieren, wie z.B. Verdeckung eines Wahrzeichens oder Verdeckung des Himmels inklusive einer Methode zur schnellen Berechnung dieser Sichtbarkeitsinformation anhand eines 3D Stadtmodells. Eine neu entwickelte Rangvisualiserung erlaubt es BenutzerInnen Gebäudekandidaten zu sortieren und zu filtern, basierend auf den Sichtbarkeitsmetriken, während eine verknüpfte 3D Visualisierung es ermöglicht, die räumliche Verteilung des visuellen Einflusses auf das Stadtbild einzuschätzen.Neben unseren Leistungen im Kernbereich dieses Projektes konnten wir auch andere Anwendungsfälle, die sich mit heterogenen Daten auseinandersetzen, unterstützen. Wir können weiters auch in verwandten Gebieten wie visuelle Parameterraum-Analyse oder System-Integration auf Erfolge verweisen.