it 3/2004
Editorial
Wissenschaftliche Visualisierung
Daniel A. Keim, Universität Konstanz, Thomas Ertl, Universität Stuttgart
Die rasante technologische Entwick- lung der letzten zwei Jahrzehnte ermöglicht heute die dauerhafte Speicherung riesiger Datenmengen durch den Computer. In fast al- len Wissenschaften werden große Datenmengen gespeichert, die ana- lysiert und verstanden werden müs- sen. Aber nicht nur in der Wis- senschaft, sondern auch in kom- merziellen Anwendungen und auch im alltäglichen Leben entstehen große Datenmengen. So werden bei- spielsweise alltägliche Vorgänge des menschlichen Lebens, wie das Be- zahlen im Supermarkt oder die Be- nutzung des Handys durch Compu- ter aufgezeichnet. Die Daten werden gesammelt, da sie wertvolle Infor- mationen enthalten können. Das Finden der wertvollen Informatio- nen in den großen Datenmengen ist aber keine leichte Aufgabe.
„Ein Bild sagt mehr als tau- send Worte.“ Dieser bekannte – Konfuziuszugeschriebene – Satz be- schreibt das Programm der wis- senschaftlichen Visualisierung. In- formation soll nicht durch Worte oder Zahlen, sondern durch Inter- aktion mit Bildern vermittelt wer- den. Wie das Zitat andeutet, ist dieses Bemühen keineswegs neu.
Schon seit dem Beginn der his- torischen Überlieferung spielte Vi- sualisierung eine zentrale Rolle bei der Vermittlung von Information.
Und dies nicht ohne Grund: Von allen menschlichen Sinnesorganen besitzt das visuelle Wahrnehmungs- system die größte Bandbreite für die Aufnahme von Information.
Über einen langen Zeitraum je- doch war die wissenschaftliche Vi-
sualisierung im Wesentlichen auf zweidimensionale Darstellungen be- grenzt. Die Verwendung des Com- puters führte schließlich zu Be- ginn der 60er-Jahre zu vollkom- men neuen graphischen Darstel- lungsmöglichkeiten. Dies war die Geburtsstunde der Computergra- phik. Innerhalb kurzer Zeit war die rechnergestützte dreidimensio- nale Darstellungen von Daten nicht mehr aus den Naturwissenschaf- ten wegzudenken und bald entstand das eigenständige Gebiet der wissen- schaftlichen Visualisierung. Neben der visuellen Darstellung der Da- ten spielte dabei die Möglichkeit der Benutzerinteraktion eine wich- tige Rolle.
Heute ist die wissenschaftli- che Visualisierung ein eigenstän- diges Forschungsgebiet innerhalb der Computergraphik. Dabei wer- den große Datenmengen in visueller Form dargestellt, um dem mensch- lichen Benutzer einen Einblick in die Struktur der Daten zu geben.
Durch die direkte Einbeziehung des Menschen werden die besonderen menschlichen Fähigkeiten – Flexibi- lität, Kreativität und das Allgemein- verständnis – in den Analyseprozess mit eingebunden und erlauben eine interaktive Anpassung der Explora- tionsziele.
Gerade auch im deutschsprachi- gen Europa gibt es eine Reihe von Forschergruppen, die aktiv und in- ternational anerkannt auf dem Ge- biet der wissenschaftlichen Visuali- sierung arbeiten. In diesem Schwer- punktheft haben wir versucht, die gesamte Breite der wissenschaftli- chen Visualisierung samt repräsen-
tativen Anwendungen darzustellen.
Die ersten drei Beiträge beschäfti- gen sich mit der klassischen wis- senschaftlichen Visualisierung, wo- hingegen die nächsten beiden Bei- träge dem Gebiet Informationsvi- sualisierung zuzuordnen sind. Der abschließende Beitrag stellt ausge- wählte Projekte im Bereich Wissen- schaftliche Visualisierung kurz dar.
Nun zu den Artikeln im Einzel- nen:
Der erste Beitrag (Scheuermann, Weiskopf) beschäftigt sich mit der Visualisierung von Vektor- und Flussdaten, wie sie in Anwendun- gen wie zum Beispiel dem Auto- mobilbau oder Flugzeugbau auftre- ten. Der Artikel gibt einen Einblick in textur- und topologiebasierte Methoden zur Strömungsvisualisie- rung.
Ein zweites Teilgebiet der wis- senschaftlichen Visualisierung ist die Visualisierung von Volumenda- ten. Volumendaten spielen in vie- len Anwendungen wie zum Beispiel im Maschinenbau und der Medi- zin eine wichtige Rolle. Der Beitrag von Pfister gibt einen Überblick über das Gebiet der Volumenvisua- lisierung und beschreibt die Stan- dardverfahren sowie ihre Beschleu- nigung durch Hardware.
Der Beitrag vonPreimundPeit- genbehandelt das Gebiet der nicht- photorealistischen Visualisierung in der Medizin. Der Beitrag zeigt wie typische Aufgaben in der Medizin, wie zum Beispiel Diagnostik und Therapieplanung durch die Interak- tion mit der Visualisierung der 3D- Objekte, unterstützt werden kön- nen.
it– Information Technology 46 (2004) 3 Oldenbourg Verlag
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Zuerst ersch. in: it - Information technology 46 (2004), 3, pp. 148-153
Konstanzer Online-Publikations-System (KOPS) URL: http://www.ub.uni-konstanz.de/kops/volltexte/2008/6961/
URN: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:352-opus-69614
Die Visualisierung komplexer Netzwerke ist Thema des Artikels vonBrandesundWagner. Die Visua- lisierung komplexer Graphen ist ein Teilgebiet der Informationsvisuali- sierung. Ziel ist eine übersichtliche Darstellung der komplex struktu- rierten Graphen. Je nach Anwen- dung spielen auch unterschiedliche ästhetische Gesichtspunkte wie die Zentralität von Knoten oder die Or- thogonalität von Kanten eine wich- tige Rolle.
Graphen sind nur ein Spezial- fall der Informationsvisualisierung, die sich allgemein mit der Visuali- sierung von Daten beschäftigt, die über keine inhärente 2D-oder 3D- Struktur verfügen. Der Artikel von Schumann und Müller gibt einen Einblick in die Techniken und Me- thoden der Informationsvisualisie- rung sowie der verwendeten Inter- aktionstechniken.
Die wissenschaftliche Visualisie- rung lebt von den Anwendungen.
Alle Artikel dieses Themenheftes enthalten praktische Anwendungs- beispiele. Trotzdem scheint es an- gebracht in einem separaten Artikel die verschiedenen Anwendungsbe- reiche näher unter die Lupe zu
nehmen. Der Artikel vonHegezeigt beispielhaft, wie die Methoden der wissenschaftlichen Visualisierung in den Ingenieurwissenschaften, der Physik, Biochemie, Medizin und Biologie angewendet werden.
Die Hauptbeiträge dieser Aus- gabe belegen eindrucksvoll den Stand der Forschung, den die wissenschaft- liche Visualisierung erreicht hat. Al- lerdings kann das große Spektrum der Anwendungen und Projekte der in der Visualisierung aktiven For- schungsgruppen im deutschsprachi- gen Raum auf diese Weise kaum an- gemessen beschrieben werden. Da- herhabenwirimabschließendenBei- trag einer Reihe von Projekten die Möglichkeit gegeben, das Bild von dieser noch jungen Disziplin der In- formatik abzurunden.
Unser Dank gilt den Autoren der Artikel für ihre exzellenten Beiträge und dem Hauptherausgeber Prof.
Dr. P. Molitor für seine professio- nelle Unterstützung bei der Zusam- menstellung des Schwerpunktheftes.
Allen Lesern wünschen wir, dass die Artikel Ihr Interesse finden und Sie einen guten Einblick in die Teilge- biete der wissenschaftlichen Visuali- sierung erhalten.
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1 Prof. Dr. Daniel A. Keim ist Pro- fessor für Praktische Informatik an der Universität Konstanz und leitet dort die Ar- beitsgruppe Datenbanken, Data Mining und Visualisierung. Seine Arbeitsgebiete sind Informationsvisualisierung, Data Mining, Ähnlichkeitssuche in Multimedia Datenban- ken sowie Indexierung hochdimensionaler Daten.
Adresse: Universität Konstanz, Institut für Informatik, Universitätsstraße 10, D-78457 Konstanz, E-Mail: keim@inf.uni-konstanz.de
2 Prof. Dr. Thomas Ertlist Professor für Praktische Informatik an der Universität Stuttgart und leitet dort das Institut für Vi- sualisierung und Interaktive Systeme. Er lehrt, forscht und publiziert in den Bereichen Mensch-Maschine-Kommunikation, Com- putergrafik und Visualisierung.
Adresse: Universität Stuttgart, Institut für Vi- sualisierung und Interaktive Systeme (VIS), Universitätsstraße 38, D-70569 Stuttgart, E-Mail: Thomas.Ertl@informatik.uni-stutt- gart.de
