Datenvisualisierung

Techniken der Datenvisualisierung werden mittlerweile in allen Disziplinen eingesetzt. Mit ihnen kann einerseits die effiziente Aufbereitung und Analyse einer exponentiell gewachsenen Informationsmenge gewährleistet werden. Andererseits lassen sich so komplexe Informationsinhalte in einem visuellen Umfeld angemessen kommunizieren.

Der Autor präsentiert die wesentlichen Felder der Computervisualistik und illustriert diese durch Anwendungsbeispiele: Das Spektrum reicht von elementaren Methoden zur Erstellung von Diagrammen, Infografiken und Kartenwerken, über geometrische Modellierung und Bildbearbeitung, bis hin zur Augmented- und Virtual Reality. Das Buch vermittelt so die Grundlagen der computergestützten Datenvisualisierung.

Prof. Dr. Peter Fischer-Stabel ist Professor für Angewandte Informatik, Umwelt- & Geoinformatik am Umweltcampus der Hochschule Trier.

Vorwort 5
Hinweise zum Buch 7
Abbildungsverzeichnis 15
Tabellenverzeichnis 19
1 Einführung 21
1.1 Raster- und Vektorgrafik 25
1.1.1 Rastergrafik 27
1.1.2 Vektorgrafik 31
1.2 Anwendungsfelder der Visualisierung 34
1.3 Literatur 36
2 Computervisualistik 37
2.1 Qualität einer Visualisierung 39
2.2 Wahrnehmungskapazitäten des Menschen 41
2.2.1 Visuelle Wahrnehmung und graphische Mindestgrößen 45
2.2.2 Barrierefreiheit 47
2.3 Der Visualisierungsprozess 49
2.4 Hinweise zum Visualisierungsdesign 53
2.5 Literatur 54
3 Diagrammtechniken 55
3.1 Business-Charts 56
3.2 Piktogramme 61
3.3 Infografiken 62
3.4 Literatur 63
4 Geovisualisierung und Kartographie 65
4.1 Geodaten 67
4.2 Kartographische Grundlagen 69
4.2.1 Grundsätze guter Kartengraphik 71
4.3 Kartogramme 72
4.3.1 Nicht-zusammenhängende Kartogramme 73
4.3.2 Zusammenhängende Kartogramme 74
4.3.3 Dorling-Kartogramm 74
4.4 Extrudierte Karten 75
4.5 Literatur 77
5 Generative Computergrafik 79
5.1 Geometrische Modellierung 80
5.1.1 Objekte in der Szene 81
5.2 Modellierungsmethoden 82
5.2.1 Kantenmodelle 83
5.2.2 Flächenmodelle 83
5.2.3 Volumenmodelle 86
5.3 Oberflächeneigenschaften 87
5.4 Bildsynthese (Rendering) 88
5.5 Anwendungsbeispiel: 3D - Stadtmodelle 90
5.5.1 Airborne Laser Scanning (ALS) 90
5.5.2 Ableitung eines 3D-Stadtmodells aus ALS -Daten 97
5.6 Photogrammetrie 100
5.6.1 Stereophotogrammetrie 101
5.6.2 Nahbereichs-Photogrammetrie 102
5.7 Haptischer Ausdruck / 3D-Druck 103
5.8 Literatur 105
6 Bildbearbeitung 107
6.1 Datenerfassung Rasterdaten 109
6.2 Workflow der Bildbearbeitung 113
6.2.1 Punktoperatoren 115
6.2.2 Lokale Operatoren / Filterung im Ortsbereich 119
6.2.3 Globale Operatoren 122
6.3 Bildanalyse 123
6.4 Bildanalyse am Beispiel von Daten der Fernerkundung 125
6.4.1 Pixelbasierte Klassifikation multispektraler Daten 128
6.4.2 Grundprinzip der Klassifikationsverfahren 129
6.4.3 Überwachte Klassifikation 132
6.4.4 Anwendungsbeispiel: Erfassung von versiegelten Flächen 134
6.5 Weitere ausgewählte Operationen mit Bildern 141
6.5.1 Stitching 141
6.5.2 Mosaicing 142
6.5.3 High Dynamic Range (HDR)-Fotografie 143
6.5.4 Morphing 146
6.6 Weiterführende Literatur 146
7 Augmented Reality 147
7.1 Begriffsklärung 148
7.2 Historische Entwicklung und Anwendungsbereiche 150
7.3 Grundlagen 152
7.3.1 AR-Systeme 152
7.3.2 Darstellung 153
7.3.3 Interaktion 155
7.3.4 Tracking 156
7.4 Trackingverfahren 157
7.4.1 Markerbasiert 157
7.4.2 Natürliche Marker (merkmalsbasiert) 158
7.4.3 Dreidimensionale Marker 159
7.4.4 Markerloses Tracking mit SLAM 160
7.4.5 Nicht-optisches Tracking 161
7.4.6 Kombination verschiedener Verfahren 162
7.5 Entwicklerwerkzeuge 162
7.5.1 Android 162
7.5.2 iOS 163
7.5.3 Facebook AR Studio 163
7.5.4 Windows Mixed Reality 164
7.5.5 Software-Bibliotheken 164
7.5.6 Unity 166
7.6 Ausblick 166
7.7 Literatur 167
8 Virtual Reality (VR) 169
8.1 Begriffserklärung 169
8.2 Historische Entwicklung 171
8.3 Anwendungsbeispiele 175
8.4 Erstellung von VR-Anwendungen 178
8.4.1 Allgemeines zu Erstellung von Inhalten 179
8.4.2 Beispiel: Interaktive Historytainment-Anwendung 181
8.5 Aktuelle Marktübersicht 183
8.5.1 Mobile VR 184
8.5.2 High-End-VR 185
8.6 Was bringt die Zukunft? 188
8.7 Literatur 190
9 Visualisierung und Manipulation 191
9.1 Stichproben mit systematischem Fehler 192
9.2 Auswirkungen der Wahl des Lokationsmaßes 194
9.3 Manipulation mit Diagrammen 196
9.4 Manipulation mittels Piktogrammen 199
9.5 Manipulation mit Karten 200
9.6 Manipulation mittels Bildbearbeitung 201
9.7 Anmerkungen 202
9.8 Weiterführende Literatur 204
Index 205