2009 Diplom M. Keck - Professur Mediengestaltung

Transcrição

FAKULTÄT INFORMATIK
INSTITUT FÜR SOFTWARE- UND MULTIMEDIATECHNIK
PROFESSUR MEDIENGESTALTUNG
Diplomarbeit zum Thema
Entwicklung eines Visualisierungskonzepts für Dateien im
dreidimensionalen Informationsraum
zur Erlangung des akademischen Grades
Diplom-Medieninformatikerin
15. Juni 2009
eingereicht von: Mandy Keck
Matrikelnummer: 2928458
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Rainer Groh
Wissenschaftlicher Betreuer: Dipl.-Medieninf. Jan Wojdziak
Eidesstattliche Erklärung
Hiermit versichere ich, die vorliegende Arbeit zum Thema
Entwicklung eines Visualisierungskonzepts für Dateien im dreidimensionalen
Informationsraum
selbstständig und unter ausschlieÿlicher Verwendung der angegebenen Literatur und
Hilfsmittel erstellt zu haben.
Dresden, 15. Juni 2009
Mandy Keck
Danksagung
Ich möchte mich an dieser Stelle bei all denen bedanken, die mich bei der Anfertigung meiner
Diplomarbeit unterstützt haben.
Ein ganz besonderer Dank geht an Prof. Dr.-Ing. habil. Rainer Groh und Dipl.-Medieninf.
Jan Wojdziak für die engagierte Betreuung meiner Diplomarbeit und ihre vielen hilfreichen
Ratschläge.
Ebenfalls möchte ich mich bei den weiteren Mitarbeitern und Diplomstudenten des Lehrstuhls
für die Unterstützung, die tolle Arbeitsatmosphäre und die vielen konstruktiven Diskussionen
bedanken.
Auch geht ein herzliches Dankeschön an alle Korrekturleser für das hilfreiche Feedback.
Ganz besonders möchte ich meiner Familie danken, die mich während des ganzen Studiums
so tatkräftig unterstützt hat und mir jederzeit mit Zuspruch und Ansporn beiseite stand.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Gliederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Grundlagen und Begrie
2.1 Begrie der Computergrak . . . . . .
2.2 Begrie der Dateiverwaltung . . . . . .
2.3 Grundlagen der visuellen Wahrnehmung
2.3.1 Farbwahrnehmung . . . . . . .
2.3.2 Objektwahrnehmung . . . . . .
2.3.3 Räumliche Wahrnehmung . . .
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3 Verwandte Arbeiten
3.1 Informationsvisualisierung . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 Begrisdenition . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2 Der Visualisierungsprozess . . . . . . . . . . .
3.1.3 Datentypen der Informationsvisualisierung . . .
3.1.4 Visual Information-Seeking-Mantra . . . . . .
3.1.5 Spezielle Anzeigetechniken . . . . . . . . . . .
3.1.6 2D versus 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Dreidimensionale Benutzerschnittstellen . . . . . . . .
3.2.1 Denition von 3D-Benutzerschnittstellen . . .
3.2.2 Gestaltungsempfehlungen für 3D-Anwendungen
3.2.3 Navigation in dreidimensionalen Räumen . . .
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4 Analyse bestehender Systeme
39
4.1 Analysekriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2 Vorstellung der Dateimanager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3 Vergleich der Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5 Synthese und Konzeption
57
5.1 Problem- und Anforderungsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.1.1 Problemanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1
5.2
5.3
5.1.2 Anforderung an die Visualisierung .
Entwicklung des Visualisierungskonzepts . .
5.2.1 Visualisierung der Metadaten . . . .
5.2.2 Strukturierung der Daten . . . . . .
5.2.3 Visual Information-Seeking Mantra .
5.2.4 Metaphernndung . . . . . . . . .
5.2.5 Aufbau des Szenenlayouts . . . . .
5.2.6 Einsatz von 3D-Techniken . . . . .
5.2.7 Navigationskonzept . . . . . . . . .
Zusammenfassung der Konzeption . . . . .
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6 Praktische Umsetzung
6.1 Die Arbeitsumgebung Bildsprache LiveLab . .
6.2 Aufbau des DataVis-Plugins . . . . . . . . .
6.3 Realisierung des Visualisierungskonzepts . . .
6.3.1 Visualisierung der Metadaten . . . . .
6.3.2 Strukturierung der Daten . . . . . . .
6.3.3 Visual Information-Seeking Mantra . .
6.3.4 Umsetzung des Szenenlayouts . . . .
6.3.5 Einsatz von 3D-Techniken . . . . . .
6.3.6 Navigationskonzept . . . . . . . . . .
6.4 Zusammenfassung der praktischen Ergebnisse
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7 Zusammenfassung
97
7.1 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
7.2 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.3 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Glossar
iii
Abkürzungsverzeichnis
vii
Literaturverzeichnis
viii
Abbildungsverzeichnis
xiv
Tabellenverzeichnis
xvii
1 Einleitung
In der Informationsgesellschaft von heute stehen dem modernen Nutzer digitaler Medien
dank hochleistungsfähigen Speichertechnologien und der zunehmenden globalen Vernetzung
nahezu unbegrenzte Mengen an Informationen und Daten zur Verfügung. Letztere kann der
Anwender lokal abspeichern und für gewöhnlich nach Belieben bearbeiten, verknüpfen und
vervielfältigen. Hierbei stellt sich ihm aber die Frage, wie er seine Daten sinnvoll ordnen kann,
so dass ein schneller Zugri auf diese problemlos möglich ist. Zudem stellt das steigende
Volumen an Daten hohe Anforderungen an das Dateisystem zur Verwaltung der Datenmengen
sowie an die Benutzerschnittstelle, deren Aufgabe es ist, diese ezient darzustellen.
Obwohl sich die Benutzeroberächen der Betriebssysteme in den letzten Jahren in Hinblick
auf ihre Funktionalität und visuellen Eekte im hohen Maÿe weiterentwickelt haben, sind
viele ursprüngliche Konzepte weitgehend erhalten geblieben. In diesem Zusammenhang hat
sich die zugrundeliegende
Desktop-Metapher
als De-facto-Standard durchgesetzt.
Angesicht des zunehmenden Datenvolumens stellt sich jedoch die Frage, ob diese Metapher in
ihrer gegenwärtigen Ausgestaltung den komplexen Aufgaben der Dateiverwaltung gewachsen
ist (vgl. [RSK04]). In diesem Zusammenhang gilt insbesondere die Ordnerhierarchie häug
als zu starr, um Dateien mühelos ordnen und verwalten zu können. Gleichermaÿen wird die
Darstellungsform der Dateien den neuen Anforderungen nicht hinreichend gerecht. Dem Nutzer werden diese lediglich in Form von einfachen Listen dargestellt und durch einen Namen,
ein Icon oder eine Vorschau präsentiert.
Diese Vorgehensweise reicht allein jedoch oft nicht aus, um gesuchte Dateien schnell wieder-
Metadaten
zunden. Aus diesem Grund werden weitere Datei-
in die Suche mit einbezogen.
Die meisten Standard-Dateimanager stellen diese jedoch nur in Textform zur Verfügung, was
eine schnelle Erfassung der Daten durch den Anwender erschwert.
Daraus ergibt sich ein entscheidender Nachteil vor dem Hintergrund, dass der Mensch Text
seriell verarbeitet, während visuelle Informationen parallel verwertet werden können. Demgegenüber steht der Vorteil der Visualisierung, die es dem Betrachter ermöglicht, Informationen
aus komplexen visuellen Szenen sehr schnell herauszultern.
Der Vorzug der Visualisierung liegt demnach in der Möglichkeit, Daten in eine für den Menschen schnell erschlieÿbare Form zu bringen und folglich den Suchaufwand innerhalb dieser
erheblich zu verringern. Diese Erkenntnis wird bei der Informationsvisualisierung ausgenutzt,
3
1 Einleitung
um abstrakte Daten zu veranschaulichen (vgl. [CMS99], [SM00]).
In diesem Zusammenhang rücken, aufgrund der Komplexität der darzustellenden Datenmengen und der Leistungsfähigkeit heutiger Computer, neben den zweidimensionalen auch dreidimensionale Informationsvisualisierungen immer mehr in den Fokus der aktuellen Forschung.
Dreidimensionale Darstellungen haben sich bereits in vielen Anwendungsbereichen - wie beispielsweise in der Unterhaltungsindustrie - fest etabliert und setzen sich zunehmend auch in
alltäglichen Anwendungen wie dem Dateimanager durch.
Aus diesem Grund stellt sich die Frage, welche Vorteile der Einsatz von dreidimensionalen
Darstellungen mit sich bringt, obwohl diese in ihrer Produktion und in ihrem Ressourcenverbrauch kostenintensiver als zweidimensionale Visualisierungen sind.
1.1 Zielsetzung
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Konzepts zur Visualisierung verschiedener Metadaten von Dateien. Dadurch sollen wichtige Dateieigenschaften auf einen
Blick erfassbar gemacht werden, was die Suche und den Vergleich der Dateien untereinander
erleichtern soll.
Bei der Konzipierung sollen theoretische Grundlagen und Erkenntnisse aus dem Gebiet der
Informationsvisualisierung genutzt werden, um eine möglichst intuitive Vermittlung der Daten
zu gewährleisten. Dabei liegt der besondere Fokus auf dreidimensionalen Visualisierungsmethoden und den damit einhergehenden Fragestellungen: Welches Potential bietet die Erschlieÿung der dritten Dimension und welche besonderen Herausforderungen ergeben sich
aus ihr?
Darüber hinaus soll die Analyse verschiedener Dateimanager eine Basis für das Visualisierungskonzept schaen und gegebenenfalls Verbesserungspotenzial aufdecken. Dabei sollen einerseits zweidimensionale Standard-Dateimanager betrachtet werden, andererseits aber auch
Systeme, die eine dreidimensionale Darstellungsform oder eine Alternative zur DesktopMetapher anbieten.
Das entworfene Visualisierungskonzept ist anschlieÿend in der am Lehrstuhl für Mediengestaltung entwickelten Arbeitsumgebung Bildsprache LiveLab umzusetzen.
1.2 Gliederung
Die Diplomarbeit untergliedert sich in sieben Kapitel. Nach der Einleitung werden im Kapitel 2
wichtige Grundlagen und Begrisdenitionen, die im Verlauf der Arbeit von Bedeutung sind,
4
1.2
Gliederung
dargelegt. Dabei wird zunächst auf wichtige Begrie der Computergrak und der Dateiverwaltung und anschlieÿend auf einige Grundlagen der visuellen Wahrnehmung eingegangen.
Daran anschlieÿend werden in Kapitel 3 verwandte Arbeiten aus den einieÿenden Wissenschaftsgebieten vorgestellt. Dabei wird im ersten Teil des Kapitels eine Einführung in das
Gebiet der Informationsvisualisierung gegeben. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Entwicklung von dreidimensionalen Benutzerschnittstellen. Der Schwerpunkt beider Unterkapitel
liegt dabei auf der Betrachtung verschiedener Visualisierungstechniken und Gestaltungsrichtlinien, die beim Entwurf einer Informationsvisualisierung oder einer dreidimensionalen Anwendung zu beachten sind.
Kapitel 4 befasst sich mit einer Betrachtung von verschiedenen Dateimanagern, die Dateien
im zweidimensionalen oder dreidimensionalen Raum darstellen. Dazu werden im ersten Teil
des Kapitels Kriterien entwickelt, auf deren Basis die verschiedenen Systeme im Anschluss
analysiert und verglichen werden.
Aufbauend auf den zuvor erlangten Erkenntnissen wird anschlieÿend in Kapitel 5 das Visualisierungskonzept erstellt. Dabei werden im ersten Teil des Kapitels Anforderungen an das
Konzept festgelegt und im zweiten Teil die einzelnen Konzeptionsschritte dargelegt.
Im Anschluss wird in Kapitel 6 auf wichtige Schritte der praktischen Umsetzung des Konzepts
eingegangen. Im Zuge dessen wird die Arbeitsumgebung Bildsprache Live Lab (BiLL) kurz
vorgestellt, mit der das Visualisierungskonzept umgesetzt wird. Im letzten Teil des Kapitels
werden die praktischen Ergebnisse der Arbeit vorgestellt.
Abschlieÿend wird in Kapitel 7 eine Zusammenfassung des Inhalts gegeben und ein Fazit über
die erzielten Ergebnisse gezogen. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen des Konzepts und weiterführende Forschungsansätze gegeben.
5
In diesem Kapitel werden wichtige Grundlagen und Begrie geklärt, die im Verlauf der
Diplomarbeit von Bedeutung sind. Beginnend mit den Begrien der Computergrak und der
Dateiverwaltung wird anschlieÿend auf einige Grundlagen der visuellen Wahrnehmung eingegangen. Dabei werden die Farb- und Objektwahrnehmung und anschlieÿend die räumliche
Wahrnehmung betrachtet.
2.1 Begrie der Computergrak
Koordinatensystem:
Geometrische Objekte werden in der Computergrak üblicherweise durch Vektoren im kartesischen Koordinatensystem dargestellt (vgl. [BM01]), dessen Achsen paarweise orthogonal zueinander sind. Das Koordinatensystem dient der Positionsbestimmung der Objekte im
Raum, deren Punkte durch Angabe von Koordinaten eindeutig bestimmt werden können. Im
dreidimensionalen Raum wird zwischen dem rechts- und linkshändigen Koordinatensystem
unterschieden, wobei das rechtshändige Koordinatensystem den positiven und das linkshändige Koordinatensystem den negativen Drehsinn erfüllt (vgl. [OM04]). In dieser Diplomarbeit
wird das rechtshändige Koordinatensystem (siehe Abbildung 2.1) genutzt.
Y-Achse
X-Achse
Z-Achse
Abbildung 2.1: rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem
7
Objektkoordinate P
Zentralprojektion
Projektionsebene
Bildschirmkoordinate P‘
Z-Achse
Parallelprojektion
Projektionsebene
Projektionsstrahlen
Augpunkt
Projektionsebene
Z-Achse
Abbildung 2.2: Die Projektion - links: die Projektionsstrahlen schneiden die Projektionsebene
in P', rechts oben: perspektivische Abbildung bei der Zentralprojektion, rechts
unten: gröÿenbeibehaltende Abbildung bei der Parallelprojektion
Projektion:
Um dreidimensionale Objekte auf die zweidimensionale Darstellungsäche des Bildschirms abzubilden, werden in der Computergrak verschiedene Projektionsmethoden eingesetzt. Diese
lassen sich in Parallel- und Zentralprojektion unterteilen und können jeweils eine der beiden
grundlegenden, aber sich gegenseitig ausschlieÿenden Aufgaben der bildlichen Darstellung
lösen: Während die Zentralprojektion ein Objekt so darstellt, dass der räumliche Eindruck
auf der Abbildung erhalten bleibt, bewahrt die Parallelprojektion seine Gröÿe und Form (vgl.
[XP03]).
Bei der Projektion werden die Objektkoordinaten auf ein Bild in der Projektionsebene, die die
Anzeigeoberäche bildet, abgebildet. Die Geraden, die man als Projektionsstrahlen bezeichnet, laufen dabei durch die Objektkoordinaten und schneiden die Projektionsebene, wodurch
die Abbildung entsteht (vgl. Abbildung 2.2 links).
Zentralprojektion:
Bei der Zentralprojektion werden Prinzipien angewandt, die schon aus der Malerei bekannt
sind, um perspektivische Bilder zu erzeugen. Dabei bendet sich das Auge des Betrachters im
Projektionszentrum. Ausgehend von einem Punkt des darzustellenden Objektes verläuft der
Projektionsstahl zum Projektionszentrum und bestimmt durch den Schnittpunkt mit der Projektionsäche den Bildpunkt. Die Konstruktion einer perspektivischen Ansicht verleiht dem
Bild zwar eine realistische Tiefe, bringt aber gewisse Verzerrungen mit sich. So erscheinen
Objekte kleiner, je weiter sie vom Projektionszentrum entfernt sind. Dies ist in Abbildung 2.2
8
2.1 Begrie der Computergrak
rechts oben zu sehen. Der hintere Würfel ist zwar gröÿer als der vordere, dennoch scheinen
beide durch den unterschiedlich groÿen Abstand zum Projektionszentrum auf der Projektionsäche die gleiche Gröÿe zu haben.
Parallelprojektion:
Bei der Parallelprojektion bendet sich der Augpunkt im Unendlichen. Dadurch verlaufen alle
Projektionsstrahlen parallel zur Projektionsausrichtung (vgl. Abbildung 2.2 rechts unten).
Der parallele Verlauf der Projektionsstrahlen bewirkt, dass die Objekte unabhängig von ihrer
Entfernung zur Projektionsebene stets in derselben Gröÿe abgebildet werden, was jedoch das
Entstehen eines räumlichen Bildeindrucks verhindert (vgl. [BGZ02]).
FarClippingPlane
NearClippingPlane
View Frustum
Projektionszentrum
Projektionsstrahlen
Abbildung 2.3: Begrenzung des Sichtkörpers durch Near- und Far-Clipping-Plane bei der
Zentralprojektion
Ansichten und Clipping im dreidimensionalen Raum:
Wie bei der Fotograe ist es auch im dreidimensionalen Raum wichtig, die virtuelle Kamera
innerhalb der Szene zu positionieren und diese auf bestimmte Szenenobjekte auszurichten,
um eine Abbildung dieser zu erzeugen. Durch die beschränkten Ausmaÿe der Bildebene bzw.
des Bildschirms und durch Festlegung der Projektionsrichtung, kann nur ein Teil der virtuellen Szene dargestellt werden (vgl. [BGZ02]). Dieser Bereich, der auch als Ansichtsvolumen
bezeichnet wird, stellt im Fall der Parallelprojektion einen unendlichen Quader dar, dessen
Seiten parallel zur Projektionsrichtung verlaufen. Bei der Zentralprojektion ergibt sich eine in
Richtung der optischen Achse unendliche Pyramide (vgl. [XP03]). In der Praxis wird oftmals
die Verwendung eines endlichen Ansichtsvolumens bevorzugt, um die Anzahl der projizierten Objekte zu begrenzen. Des Weiteren können bei der Zentralprojektion Objekte, die sich
9
Wurzelknoten
Lichtquelle
Kamera
Gruppe
Baum
Kegel
Vorderansicht
Haus
Box
Pyramide
Seitenansicht
Box
Abbildung 2.4: Beispiel eines Szenengraphen
sehr nahe am Projektionszentrum benden, fast den ganzen Bildschirmplatz für sich beanspruchen, während weit entfernte Objekte kaum noch voneinander zu unterscheiden sind.
Aus diesen Gründen führt man zur Begrenzung des darzustellenden Bereiches eine vordere
(engl. Near-Clipping-Plane ) und eine hintere Clippingebene (engl. Far-Clipping-Plane ) ein,
die zusammen mit den äuÿeren Projektionsstrahlen das endliche Ansichtsvolumen bzw. den
Sichtkörper (engl. View Frustum) aufspannen (vgl. Abbildung 2.3). So werden nur noch Objekte, die sich innerhalb dieses Sichtkörpers benden auf dem Bildschirm dargestellt. Objekte,
die sich auÿerhalb oder teilweise auÿerhalb des Sichtkörpers benden, werden abgeschnitten,
was man auch als Clipping bezeichnet.
Szenengraph:
Ein Szenengraph ist eine Datenstruktur aus der Computergrak, mit der die räumliche und
logische Anordnung der Objekte einer Szene beschrieben wird [@sc07]. Der Szenengraph
umfasst sämtliche Informationen einer 3D-Szene. So beinhaltet er neben der geometrischen
Beschreibung der Visualisierungsobjekte beispielsweise auch Gruppierungen, Materialeigenschaften, Beleuchtungssituationen und Kameraeinstellungen (vgl. Abbildung 2.4).
Üblicherweise werden Szenengraphen in einer Baumstruktur organisiert, die aus verschiedenen
Knoten (engl. Nodes ) und Kanten, die die Knoten miteinander verbinden, besteht. Ausgehend vom Wurzelknoten (engl. Root Node ) wird die gesamte virtuelle Szene hierarchisch
zerlegt. So können dem Wurzelknoten, der einen Elternknoten (engl. Parent Node ) darstellt,
mehrere Kindknoten (engl. Child Node ) untergeordnet sein. Als Blattknoten (engl. Leaf Node ) werden die Knoten bezeichnet, die keine Kindknoten besitzen und die die physikalischen
Objekte der Szene selbst darstellen (vgl. [Ebn07]).
10
2.2 Begrie der Dateiverwaltung
Aufgrund des hierarchischen Aufbaus ist es möglich, verschiedene Eigenschaften an die untergeordneten Knoten zu vererben. Als Beispiel soll hier die Szene in Abbildung 2.4 dienen:
die Gruppe, bestehend aus Baum und Haus, besitzt eine bestimmte Position innerhalb der
Szene. Die Kindknoten können jedoch noch zusätzliche Transformationen besitzen. Durch
die Vererbung werden die einzelnen Geometrien an die Position der Szenengruppe verschoben und können zusätzlich noch beliebige Rotationen oder Translationen in Relation zur
Gruppenposition besitzen.
Vertices
Transformer
Clipper
Projector
Rasterizer
Pixel
Abbildung 2.5: Rendering-Pipeline (nach [Ang90])
Rendering-Pipeline:
Ein Renderer ist ein Programm oder ein Programmsystem, das aus dreidimensionalen Szenen zweidimensionale Bilder erzeugt und diese beispielsweise auf einem Bildschirm darstellt
([BGZ02], S. 193). Seine Funktionsweise kann durch die so genannte Rendering-Pipeline
beschrieben werden, die eine Sequenz von einzelnen Bearbeitungsschritten beinhaltet. Abbildung 2.5 zeigt die vier wichtigsten Schritte des Rendering-Prozesses (vgl. [FUZ05]).
Das Rendering beginnt mit der Modelltransformation, bei der die einzelnen Objekte der Szene durch verschiedene Matrizenoperationen in das Weltkoordinatensystem überführt werden.
Dem Weltkoordinatensystem liegen alle anderen Koordinatensysteme zugrunde, so dass mit
seiner Hilfe alle Objekte in der Szene lokalisiert werden können (vgl. [@we09]).
Durch die beschränkten Ausmaÿe der Bildebene bzw. des Bildschirms kann nur ein Teil der
Szene dargestellt werden. Objekte oder Teile von diesem, die auÿerhalb dieses darstellbaren
Bereiches liegen, werden im nächsten Schritt, dem Clipping, entfernt. Die Eliminierung dieser
Objekte kann zu einer Performanzsteigerung führen.
Im nächsten Schritt, der Projektionstransformation, wird die dreidimensionale Szene abhängig vom gewählten Projektionsverfahren auf die zweidimensionale Ausgabeäche projiziert.
Im letzten Schritt ndet die Rasterung statt, bei der die einzelnen Bildpunkte (engl. Pixel )
berechnet werden, um auf dem Ausgabegerät dargestellt werden zu können.
2.2 Begrie der Dateiverwaltung
Datei:
Eine Datei (engl. File ) ist eine Sammlung von zusammengehörenden Daten, die mit einem
Anwendungsprogramm erstellt und unter einem eindeutigen Namen auf dem Datenträger gespeichert wird (vgl. [@il08]). Diese wird in einem Verzeichnis abgelegt und ist dann über eine
eindeutige Adresse (Dateiname inklusive Pfad) abrufbar. Dateien werden durch das Dateisystem verwaltet, das neben dem Dateinamen und den Dateiinhalten noch weitere Informationen über die Datei speichert (die Datei-Metadaten).
11
Datei-Metadaten:
Unter Metadaten (Daten über Daten) versteht man strukturierte Daten, mit deren Hilfe
eine Informationsressource beschrieben und dadurch besser aundbar gemacht wird [@me01].
Praktisch alle Betriebssysteme unterscheiden zumindest grundlegende Metadaten wie

Dateityp

Dateigröÿe

Zugrisrechte

Erstelldatum und

letzte Änderung.
Da manche Betriebssysteme eine sehr eingeschränkte Menge an Metadaten zur Verfügung
stellen, wird mehr und mehr dazu übergegangen, die Metadaten direkt in den jeweiligen
Dateien zu speichern. So können den Dateien weitere Metadaten, die speziell zum zugrunde
liegenden Dateiformat passen, zugeordnet werden, wie zum Beispiel

Interpret, Album, Dauer, Titelnummer bei Musikdateien

Titel, Verfasser, Thema, Stichwörter bei PDFs

Auösung, Kameramodell, Aufnahmedatum bei Fotos.
Verzeichnisstruktur:
Ein Verzeichnis (auch Ordner, engl. directory ) ist eine Datenstruktur mit Informationen
über Dateien zu dem Zweck, diese ezient und geordnet auf einem Datenträger verwalten
zu können ([SW01], S. 261). In gewöhnlichen Dateisystemen wird eine hierarchische Verzeichnisstruktur verwendet, die die Struktur eines Baumes hat. Die Baumstruktur beginnt
üblicherweise mit dem Wurzelknoten (engl. root ) und verzweigt dann beliebig in weitere Unterverzeichnisse. In jeder Ebene des Baumes können sowohl Dateien als auch Verzeichnisse
liegen. Dabei stellt das Verzeichnis eine spezielle Datei dar, die die Pfadangaben der Dateien
aufbewahrt und eine neue Ebene des Baumes bildet. Durch die Pfadangabe kann innerhalb
des Dateisystems die Eindeutigkeit von Dateinamen gesichert werden. Diese können entweder absolut (beginnend mit der Wurzelposition) oder relativ zum aktuellen Arbeitsverzeichnis
(engl. working directory ) sein.
Dateimanager:
Ein Dateimanager ist ein Programm, mit dem man Dateien und Verzeichnisse verwalten kann.
Grasche Dateimanager wie Finder, Explorer oder Konqueror stellen die Verzeichnisstruktur
und die darin enthaltenen Dateien für gewöhnlich als Liste oder Symbole dar. Dabei werden
12
meist verschiedene Sortier- und Gruppierungsmöglichkeiten angeboten, um die Suche nach
den Dateien zu erleichtern. Des Weiteren werden weitere Grundfunktionen bereitgestellt wie
das Erstellen, Kopieren, Verschieben, Ändern und Löschen von Dateien. Ferner werden den
Dateien Programme zugeordnet, mit denen man diese önen kann.
In den folgenden Abschnitten werden einzelne Aspekte der menschlichen visuellen Wahrnehmung beschrieben, die für diese Arbeit besonders relevant sind. Dazu zählen die Farb- und
die Objektwahrnehmung als auch die Tiefenwahrnehmung. Aufgrund der Komplexität der
Thematik wird in diesem Abschnitt nur auf einige Beispiele eingegangen. Für einen tieferen
Einblick in diese Thematik wird an dieser Stelle auf [SM00], [Gol02] und [War04] verwiesen.
2.3.1 Farbwahrnehmung
Das Gebiet der Farbe und Farbempndung ist ein wichtiger Aspekt der Wahrnehmungspsychologie, in der die unterschiedlichen Eekte des Farbsehens analysiert werden. Bei den
wahrnehmbaren Farben unterscheidet man chromatische (bzw. bunte) und achromatische
(bzw. unbunte) Farben. Chromatische Farben sind gekennzeichnet durch den Buntton, eine
Farbsättigung und eine Helligkeit. Dabei beschreibt der Buntton die Ausrichtung der Farbe im
Farbenkreis und die Sättigung die Reinheit einer Farbe, also ihren Weiÿ- bzw. Schwarzanteil.
Dahingegen lassen sich achromatische Farben allein durch die Helligkeit beschreiben ([SM00],
Seite 84).
Abbildung 2.6: Verschiedene Einüsse der Farbwahrnehmung - links: Einuss der Beleuchtung, rechts: Einuss der Umgebungsfarbe (nach: [@fa00])
Farben erleichtern die Gliederung von Szenen und unterstützen die Unterscheidung und das
Erkennen von Objekten. So wird durch die Fähigkeit des Farbsehens beispielsweise die Abgrenzung von Gegenständen vor einem Hintergrund stark unterstützt (z.B. Blumen auf einem
13
Feld). Des Weiteren liefern Farben auch Hinweise darüber, dass Teile eines Gegenstandes,
die durch vor ihm liegende Objekte verdeckt sind, zusammen gehören (vgl. [Gol02]).
Verschiedene Einüsse spielen bei der Farbwahrnehmung eine groÿe Rolle. So hängt die
Farbempndung stark von der Umgebung und den Kontext ab und kann so abhängig von der
Gröÿe des farbigen Objektes oder im Zusammenspiel mit anderen Farben eine ganze andere
Wirkung erzielen. Im Folgenden sollen einige Beispiele dafür aufgezeigt werden.
Farbe und Gröÿe:
Die Reinheit der wahrgenommenen Farbe hängt mitunter auch von der Gröÿe des farbigen
Objekts ab. So kann ein kleines gleichfarbiges Objekt intensiver und etwas dunkler als ein
gröÿeres Objekt gleicher Farbe wirken (vgl. [SM00]).
Farbe und Beleuchtung:
Die Farbkonstanz beschreibt den Eekt, dass eine Farbe bei variierenden Beleuchtungsverhältnissen noch relativ konstant wahrgenommen werden kann (vgl. [Gol02]). Ein Beispiel ist
in Abbildung 2.6 links zu sehen.
Farbe im Zusammenspiel mit Umgebungsfarben:
Auch die Komposition mehrere Farben kann die Wahrnehmung der Einzelfarbe beeinussen.
Ein Beispiel ist in Abbildung 2.6 rechts zu sehen, bei der jeder Innenstreifen gleichfarbig
ist. Jedoch verändern die unterschiedlichen Umgebungsfarben den Farbeindruck dieser (vgl.
[@fa00]). Dieser Eekt wird als Simultankontrast bezeichnet.
2.3.2 Objektwahrnehmung
Die Wahrnehmung und das Erkennen von Objekten ist ein komplexer Vorgang, bei dem das
visuelle System mehrere Probleme lösen muss. Darunter fällt unter anderen auch die Fragestellung, wie optische Reize durch den Wahrnehmungsprozess strukturiert werden, so dass
sie als Figuren bzw. Einheiten wahrgenommen werden - ein Forschungsgegenstand, mit dem
sich vor allem die Gestaltpsychologie beschäftigt (vgl. [RPW04]).
Aufbauend auf dem Grundsatz das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile formulierten
die Gestaltpsychologen Regeln, nach denen in der menschlichen Wahrnehmung Einzelteile zu
ganzen Gestalten zusammengefügt werden. Diese werden als Gestaltgesetze oder Gestaltprinzipien bezeichnet und beschreiben, welche Wahrnehmungen entstehen, wenn bestimmte
Reizbedingungen gegeben sind ([Gol02], Seite 192).
Das Prinzip der Nähe, das Prinzip der Ähnlichkeit, das Prinzip der stetigen und guten Fortsetzung und das Prinzip der Geschlossenheit stellen nach SCHUMANN die wichtigsten Prinzipien dar, die die grundlegenden Strukturierungsprozesse in der menschlichen Wahrnehmung
beschreiben ([SM00], Seite 107). Diese Regeln werden in verschiedenen Visualisierungstech14
Abbildung 2.7: links: Gesetz der Nähe - Nahes wird als zusammengehörig empfunden, rechts:
Gesetz der Ähnlichkeit - gleiches oder fast gleiches wird als zusammengehörig
empfunden (nach: [SM00])
niken zur Darstellung von Zusammengehörigkeit und Beziehungen zwischen Informationselementen eingesetzt und sollen im Folgenden kurz vorgestellt werden.
Prinzip der Nähe:
Objekte, die dicht beieinander liegen, werden als zusammengehörig wahrgenommen (vgl.
Abbildung 2.7 links). Dies kann bei der Gruppierung und Strukturierung von Daten genutzt
werden, indem zusammengehörende Objekte möglichst eng beieinander platziert werden.
Prinzip der Ähnlichkeit:
Das Prinzip greift die Beobachtung auf, dass optische Reize mit gleicher oder ähnlicher
Struktur als zusammengehörig eingeordnet werden. Die Ähnlichkeit muss sich dabei nicht nur
auf die Form beziehen. Objekte können sich auch in anderer Hinsicht ähneln wie beispielsweise
in ihrer Helligkeit oder in ihrem Farbton, aber auch in ihrer Gröÿe oder Orientierung. In
Abbildung 2.7 ist rechts ist ein Beispiel zu sehen, in der sich einige Objekte sowohl in der
Form als auch in der Farbe ähneln. Dabei gruppiert die Farbe stärker als die Form (vgl.
[SM00]).
Prinzip der stetigen und guten Fortsetzung:
Gibt es mehrere Möglichkeiten, einzelne Elemente in eine Gestalt einzuordnen, wird die einfachere und regelmäÿigere bevorzugt. Ein Beispiel ist in Abbildung 2.8 zu sehen, bei der zwei
sich kreuzende Kurven wahrgenommen werden und nicht zwei sich berührende Halbkreise.
Prinzip der Geschlossenheit:
Dieses Prinzip verweist auf das Phänomen, in geometrischen Gebilden diejenigen Strukturen
als Figur wahrzunehmen, die eher geschlossen als oen wirken. Wie die Abbildung 2.8 zeigt,
werden geschlossene Formen als eigenständige Objekte wahrgenommen. Dieser Eindruck
kann durch eine tatsächliche Geschlossenheit aber auch nur durch die Andeutung derselben
hervorgerufen werden.
15
Abbildung 2.8: links: Prinzip der stetigen und guten Fortsetzung - die einzelnen Elemente
werden zu zwei sich kreuzenden Kurven zusammengefasst (nach [SM00]),
rechts: Prinzip der Geschlossenheit - die einzelnen Elemente werden zu einem
Kreis zusammengefasst (nach [@ge09])
2.3.3 Räumliche Wahrnehmung
Grundsätzlich lassen sich die verschiedenen Faktoren, die zum räumlichen Sehen verwendet
werden, in monokulare und binokulare Faktoren unterscheiden. Monokulare Faktoren sind
solche, die nur von einem Auge wahrgenommen werden können und zur Tiefenwahrnehmung
verwendet werden. Im Gegensatz dazu basiert das binokulare Tiefensehen auf der Verwendung
von Informationen, die mit Hilfe beider Augen gewonnen werden (vgl. [SM00]). Da bei der
Projektion dreidimensionaler Szenen auf ein zweidimensionales Ausgabegerät viele Tiefeninformationen verloren gehen, soll der gezielte Einsatz von verschiedenen monokularen Faktoren
den subjektiven Tiefeneindruck verbessern. Dieser ist notwendig, um Informationen über die
dreidimensionale Form sowie Position und Neigung von Objekten im Raum zu gewinnen. Die
monokularen Faktoren können in statische und dynamische Faktoren unterschieden werden.
Zu den monokularen Faktoren gehören die perspektivischen Tiefenhinweise, die relative Höhe,
die Verdeckung, Licht und Schattenwurf, die Luft- und Farbperspektive und die gewohnte
Gröÿe. Zu den dynamischen Faktoren zählen die Bewegungsparallaxe und das fortschreitende
Zu- und Aufdecken von Flächen. Diese werden im Folgenden kurz vorgestellt.
Perspektivische Tiefenhinweise:
Ein wichtiger Faktor beim räumlichen Sehen ist die Perspektive. Die Linearperspektive entsteht durch die Zentralprojektion (siehe Kapitel 2.1), die der Abbildung durch das menschliche
Auge entspricht und somit einen natürlichen Bildeindruck erzeugt. Dabei schneiden sich die
parallelen Geraden eines Raumes in einem gemeinsamen Fluchpunkt.
Einige Tiefenhinweise (engl. depth cues ) sind ein direktes Resultat der perspektivischen Abbildung wie der Texturgradient oder die relative Gröÿe (vgl. [War04]).
Texturgradient:
Texturelemente von gleichmäÿig texturierten Oberächen werden kleiner und dichter, je weiter sie vom Betrachter entfernt sind.
16
Abbildung 2.9: links: Tiefenhinweise durch Perspektive, rechts: Positionsbestimmung durch
Schattenwurf
Relative Gröÿe:
Wenn zwei Objekte physikalisch gleich groÿ sind, so erscheint das Nähere der beiden gröÿer
als das Objekt, das weiter entfernt ist (siehe Abbildung 2.9 links).
Relative Höhe:
Objekte, die sich vor dem Horizont im unteren Teil des Sichtfeldes benden, erscheinen näher
als Objekte, die höher angeordnet sind bzw. sich näher an der Horizontlinie benden (vgl.
[BKLP04]).
Verdeckung:
Die Verdeckung (engl. Occlusion) bezeichnet das Phänomen, dass nahe Objekte die Sicht
auf weiter entfernte Objekte teilweise oder vollständig versperren können. So erscheint das
verdeckende Objekt dem Betrachter näher, liefert jedoch keine Information darüber, wie weit
es sich vor dem anderen Objekt bendet.
Licht und Schatten:
Einen weiteren indirekten Tiefenhinweis stellen Licht und Schatten dar. Licht fördert die Tiefenwahrnehmung, da Objekte, die stärker beleuchtet sind, dem Betrachter näher erscheinen
(vgl. [BKLP04]). Der Schattenwurf kann ebenfalls Aufschluss über die relative Lage zwischen
verschiedenen Objekten geben (vgl. Abbildung 2.9 rechts). So scheint die rechte Kugel in
der Abbildung über dem Untergrund zu schweben, während die linke auf ihm auiegt.
Luft- und Farbperspektive:
Die Farbe oder Schärfe eines Objektes kann ebenfalls den Tiefeneindruck verstärken.
Bei der Luftperspektive werden Objekte in der Ferne unschärfer und mit weniger Kontrast
wahrgenommen als Objekte im Vordergrund. Techniken der Computergrak können dabei
helfen, diesen Eekt umzusetzen wie zum Beispiel Nebeleekte (engl. Fogging), die die Szene
langsam in eine vordenierte Farbe überblenden. Dadurch kann ein ieÿender Übergang in den
Hintergrund erzielt und atmosphärische Eekte wie Nebel, Smog und Dunst erzeugt werden.
Andererseits kann mit diesen Techniken die Rechenzeit begrenzt werden, da die Komplexität
17
Abbildung 2.10: Tiefeneindruck durch Bewegungsparallaxe (nach [BKLP04]
der Szene reduziert wird [@te01].
Die Farbperspektive erhöht den Tiefeneindruck, indem im Vordergrund eher warme Farben
(gelb, orange, rot) und im Hintergrund kalte Farben (Blau- und Grüntöne) eingesetzt werden,
wodurch ein Warm-Kalt-Kontrast entsteht.
Gewohnte Gröÿe:
Bei der Wahrnehmung spielt auch die Erfahrung eine wichtige Rolle. So beeinusst auch die
gewohnte Gröÿe die Tiefenwahrnehmung. Ein Experiment von William Epstein [Eps65] zeigte,
dass das Wissen über die Gröÿe eines Objektes unter bestimmten Bedingungen beeinusst,
wie weit entfernte Objekte wahrgenommen werden ([Gol02], Seite 230). Betrachtet man ein
Bild, auf dem ein Cent-Stück und ein Euro nebeneinander in gleicher Gröÿe abgebildet sind,
so erscheint das Cent-Stück näher, da die Erfahrung, dass dieses kleiner als das Euro-Stück
ist, mit einbezogen wird.
Bewegungsparallaxe:
Die Bewegung wirkt sich ebenfalls auf die räumliche Tiefenwahrnehmung aus. Die Bewegungsparallaxe (engl. Motion Parallax ) beschreibt den Eekt, dass nahe liegende Objekte
schneller am Auge vorbeiziehen als entfernte. Anhand der wahrgenommenen Geschwindigkeiten können Rückschlüsse auf die relative Entfernung der Objekte gezogen werden. Eine
Beispielbildsequenz ist in Abbildung 2.10 zu sehen.
Fortschreitendes Zu- und Aufdecken von Flächen:
Benden sich zwei Objekte in unterschiedlicher Entfernung, bewirkt jede Bewegung, die nicht
senkrecht zu diesen Flächen verläuft, dass diese sich relativ zueinander bewegen. Dabei wird
die hintere Fläche von der vorderen zugedeckt, wenn sich der Beobachter in die eine Richtung
bewegt und aufgedeckt, wenn er sich in die andere Richtung bewegt. Dieses Zu- bzw. Aufdecken hängt stark mit der Bewegungsparallaxe zusammen und überlappt mit ihrer Wirkung
(vgl. [Gol02]).
18
Im ersten Teil des Kapitels wird eine Einführung in das Gebiet der Informationsvisualisierung
gegeben, um für die Visualisierung der Dateien eine Grundlage zu schaen. Im zweiten Teil
wird auf die Entwicklung von dreidimensionalen Benutzerschnittstellen eingegangen, wobei
der Fokus darauf liegt, was bei der Gestaltung dieser zu beachten ist.
3.1 Informationsvisualisierung
Ein Bild sagt mehr als tausend Worte
Dieses bekannte Sprichwort verdeutlicht den Mehrwert von visuellen Darstellungen gegenüber gesprochenen oder textuellen Beschreibungen. Es bezieht sich darauf, dass komplizierte
Sachverhalte und Zusammenhänge in einer Visualisierung oft viel einfacher erklärt werden
können, da es der menschlichen Wahrnehmung auÿerordentlich leicht fällt, Bilder zu verstehen (vgl. [Shn96]).
Abbildung 3.1 verdeutlicht den Begri Visualisierung, im speziellen die Informationsvisualisierung: Daten - in welcher Form auch immer - werden in Bilder transformiert und anschlieÿend
vom Betrachter interpretiert. Die Abbildung hebt hervor, dass die grasche Kodierung von
Daten oft einen Aha-Eekt beim Betrachter auslösen kann (vgl. [Spe07]). Des Weiteren
wird gezeigt, dass Daten und Informationen etwas völlig unterschiedliches sind. Rohdaten
enthalten keine Informationen, erst die Deutung dieser kann Informationen erzeugen. Die
prinzipielle Aufgabe der Informationsvisualisierung ist es, Informationen aus Daten abzuleiten
und diese graphisch so zu repräsentieren, dass strukturelle Zusammenhänge und relevante
Eigenschaften der Daten intuitiv erfasst werden können ([SM04], Seite 135).
Dieses Unterkapitel beschäftigt sich mit wichtigen Aspekten der Informationsvisualisierung.
Zunächst wird aufgezeigt, was unter der Informationsvisualisierung in der Informatik verstanden wird. Danach wird der Visualisierungsprozess beschrieben, der die Grundlage für die
nachfolgenden Abbildungsstrategien und Techniken darstellt. Anschlieÿend werden die Vorund Nachteile von zwei- und dreidimensionalen Informationsvisualisierungen diskutiert.
19
Data
and gain
insight
We look at
that picture
Ah Ha!!
Information Visualization
Abbildung 3.1: Visualisierung von Daten (nach [Spe07])
3.1.1 Begrisdenition
Bevor näher auf die Informationsvisualisierung eingegangen wird, soll zunächst der Begri der
Visualisierung im Allgemeinen geklärt werden. DÄSSLER deniert die Visualisierung als ein
Prozess [zur] Transformation von Daten, Informationen und Wissen in visuelle Darstellungsformen [...]. Visualisierung ist aber auch Ausdruck des menschlichen Vermögens ca. 75% der
Information aus visuellen Eindrücken der Realwelt aufzunehmen ([Däs99], Seite 2).
Die Informationsvisualisierung ist eine spezielle Form der allgemeinen Visualisierung und hat
sich mittlerweile in der Informatik als eigenständiges Fachgebiet etabliert. Aus der Perspektive der Informatik lassen sich verschiedene Versuche nden, den Begri knapp und präzise
zu denieren. Eine am häugsten zitierte Denition ist die von CARD ET. AL, der zufolge
Informationsvisualisierung als The use of computer-supported, interactive, visual representation of abstract data to amplify cognition. verstanden werden kann ([CMS99], S. 7).
Während sich diese Denition nur auf die Repräsentation von Daten bezieht, beschreibt
DÄSSLER den Begri folgendermaÿen:
Unter Informationsvisualisierung werden heute alle Konzepte, Methoden und Tools
zur visuellen Darstellung von Informationen aus Datenbanken, digitalen Bibliotheken oder anderen groÿen Dokumentsammlungen, zusammengefasst. Informationsvisualisierung beinhaltet die computergestützte Aufbereitung und die visuelle
Repräsentation abstrakter Informationen mit dem Ziel, den kognitiven Zugang zu
elektronisch gespeicherten Daten zu erleichtern ([Däs99], Seite 3).
Doch beide Denitionen haben gemeinsam, dass als Ausgangspunkt für die Visualisierung
abstrakte Daten vorliegen. Das können zum Beispiel Dokumente, Begrie oder textbasierte
Informationen aus Datenbanken oder dem Web sein. Dies verdeutlicht auch den Unterschied
20
von Informationsvisualisierungen zu wissenschaftlichen Visualisierungen:
Mit der wissenschaftlichen Visualisierung ist die Visualisierung physischer Daten gemeint,
die zum Beispiel aus Messungen oder Experimenten entstehen können. Dabei wird das Ziel
verfolgt, Konzepte für die visuelle Repräsentation der Daten zur Verfügung zu stellen, [...] um
ein besseres Verständnis für physikalischen Prozesse, mathematische Konzepte und andere
reale Phänomene zu vermitteln ([DP98], Seite 41). Durch die Simulationsparameter oder
die Realität werden bei der wissenschaftlichen Visualisierung bereits räumliche Dimensionen
vorgegeben. Dagegen muss der Informationsraum bei abstrakten Daten erst deniert werden,
was die Abbildung (engl. Mapping) von nichträumlichen, abstrakten Daten auf eine visuelle
Form wesentlich komplizierter macht (vgl. [Däs99]).
Das Ziel der Informationsvisualisierung besteht also darin, abstrakte Informationen strukturell aufzubereiten und grasch darzustellen, um folgende Aspekte zu unterstützen ([Däs99],
S.3):
das Aunden spezischer Informationsdomänen in groÿen Datenbeständen
das Erkennen von Relationen, Strukturen oder Trends in unstrukturiert erscheinenden
Informationsmengen
Multiple Views, d. h. verschiedene Sichten auf identische Datenbestände
die Darstellung von Informationen im Kontext zu anderen Informationen.
3.1.2 Der Visualisierungsprozess
Um eine abstrakte Datenmenge in eine visuelle Form zu bringen, müssen verschiedene Transformationsschritte durchlaufen werden. Diese Schritte lassen sich in sequentieller Weise anordnen, analog zu einer Pipeline - der so genannten Visualisierungspipeline. Bei der Informationsvisualisierung soll der Nutzer zudem in den Visualisierungsprozess mit einbezogen werden
und die Möglichkeit haben, auf jeden Transformationsschritt Einuss zu nehmen. Dieser
Transformationsprozess wird im Referenzmodell der Informationsvisualisierung von CARD
ET. AL beschrieben [CMS99] und ist in Abbildung 3.2 zu sehen.
Ausgangspunkt für den Visualisierungsprozess sind die Rohdaten (engl. Raw Data), die noch
völlig unstrukturiert vorliegen können. Um sie in eine strukturierte Form zu bringen, werden
sie in der Datentransformation (engl. Data Transformation), in Datentabellen (engl. Data
Tables ) oder ein anderes strukturiertes Datenmodell überführt. Dabei werden sie mit Metadaten angereichert und damit die Beziehungen zwischen den Datenelementen beschrieben.
Der visuelle Abbildungsvorgang (engl. Visual Mapping ) stellt den Kernprozess des Visualisierungsprozesses dar. In diesem Transformationsschritt wird die Datentabelle in konkrete
21
Data
Raw
Data
Visual Form
Data
Tables
Data
Transformations
Visual
Structures
Visual
Mappings
Views
View
Transformations
User
and Tasks
Human Interaction
Abbildung 3.2: Referenzmodell der Informationsvisualisierung (nach [CMS99])
visuelle Strukturen (engl. Visual Structures) überführt. Dabei werden die Datenwerte auf
verschiedene visuelle Elemente - wie Platzierung im Raum oder grasche Eigenschaften wie
Form, Farbe und Textur - abgebildet. Da bei der Informationsvisualisierung im Gegensatz zur
wissenschaftlichen Visualisierung (vgl. Kapitel 3.1.1) ein abstrakter Datenraum ohne räumlichen Bezug vorliegt, muss in diesem Schritt eine geometrische Struktur deniert werden.
Um eine solche geometrische Struktur zu erstellen und die abstrakten Datenwerte sinnvoll
auf visuelle Elemente abzubilden, wird sich oft einer visuellen Metapher bedient, welche die
Interpretation der Daten besonders gut unterstützt. Des Weiteren wird an dieser Stelle entschieden, ob die Struktur zwei- oder dreidimensional sein soll.
Bis zu diesem Punkt wird die visuelle Struktur gewissermaÿen als statische Präsentation
gesehen. Bei der Sichttransformation (engl. View Transformation) wird dem Benutzer die
Möglichkeit geboten, verschiedene Sichten (engl. Views) auf die visuellen Strukturen einzunehmen, zum Beispiel durch Zoomen oder Änderung des Standpunktes im dreidimensionalen
Raum.
Wie oben bereits erwähnt, hat der Benutzer die Möglichkeit, in alle drei Transformationsschritte des Visualisierungsprozess einzugreifen. So kann beispielsweise durch Filter oder dynamische Abfragen in der Datentransformation festgelegt werden, welche Daten überhaupt
angezeigt werden sollen. Beim visuellen Abbildungsvorgang kann jeder Datentyp manuell
einem visuellen Objekt mit bestimmten Eigenschaften zugewiesen werden. So kann zum Beispiel die Achsenbelegung in einem Punktediagramm verändert oder den einzelnen Punkten
eine bestimmte Farbe oder Form zugeordnet werden. Die Sichten können verändert werden,
indem zum Beispiel eine Kamerafahrt durch den virtuellen Raum stattndet oder einzelne
Objekte gedreht oder verschoben werden (vgl. [CMS99], S.17 .).
3.1.3 Datentypen der Informationsvisualisierung
Wie in Kapitel 3.1.2 bereits erläutert, stellt die visuelle Abbildung den Kernprozess der Visualisierung dar. Um eine Datenmenge in eine visuelle Form zu bringen, muss zunächst der
22
Aufbau der zugrunde liegenden Daten bekannt sein.
WARE unterteilt Daten in Entitäten (engl. entities ) und Beziehungen (engl. relationships )
([War04], S. 23). Entitäten sind die Objekte, die visualisiert werden sollen und stellen die Abstraktion von Daten dar. Beziehungen beschreiben die Struktur, die die einzelnen Entitäten
untereinander verknüpfen. So können die einzelnen Entitäten zum Beispiel eine Vater-KinderBeziehung haben und so eine hierarchische Struktur bilden. Entitäten und Beziehungen können verschiedene Attribute besitzen ([War04], S. 24). So kann beispielsweise die Entität
Auto die Attribute Modell, Preis und Farbe haben. Diese Attribute denieren den Datenraum, wobei jedes Attribut eine Dimension des Datenraums aufspannt (vgl. [Sch08]),
der im oben genannten Beispiel dreidimensional ist. Haben die Daten mehr als drei Attribute,
werden diese als multidimensionale Daten bezeichnet. Bei der Visualisierung dieser ergibt sich
jedoch das Problem, dass ein höherdimensionaler Datenraum in einen niedrigdimensionalen
visuellen Informationsraum (z.B. in ein dreidimensionales Koordinatensystem) projiziert werden muss ([DP98], S. 45). Unter Zuhilfenahme weiterer visueller Attribute (wie bspw. Farbe,
Form und Textur) kann dieser visuelle Informationsraum jedoch erhöht werden.
Um eine eektive Informationsvisualisierung zu erstellen, müssen die Datenattribute gezielt
auf visuelle Attribute abgebildet werden. Dafür ist wichtig, die Charakteristik der zugrunde
liegenden Datenattribute zu identizieren.
So können die Datentypen dieser Datenattribute folgendermaÿen klassiziert werden:
sind eine ungeordnete Menge, bei der die Datenwerte entweder gleich
oder ungleich sein können. Sie entsprechen quasi einer Klassizierung der Daten (wie
z.B. Tulpen, Nelken, Rosen, ...) und lassen sich in keine bestimmte Reihenfolge bringen.
Nominale Daten
Ordinale Daten
woch, ...
stellen eine geordnete Menge dar, wie z.B. Montag, Dienstag, Mitt-
haben einen numerischen Wertebereich und stellen präzise Werte
dar (z.B. 36°, 15MB) (vgl. [Mac86]).
Quantitative Daten
Auf Basis dieser Klassizierung kann dann eine Abbildung auf die visuelle Variablen erfolgen.
Eine der bedeutendsten Arbeiten dazu stammt von Jaques Bertin (vgl. [Ber82]). Er unterscheidet acht verschiedene visuelle Variablen, die unabhängig voneinander variiert werden
können, um abstrakte Datenwerte darzustellen. Diese acht Variablen sind Gröÿe, Helligkeit, Muster, Farbe, Richtung und Form, sowie die zwei räumlichen Dimensionen der Ebene.
MACKINLAY (vgl. [Mac86]) ergänzte diese und untersuchte weiterhin die Eektivität der
einzelnen visuellen Variablen zur Abbildung von nominalen, ordinalen und quantitativen Daten (vgl. [SM00]). Dabei entstand eine Hierarchie für die Verwendung der visuellen Variablen
abhängig vom darzustellenden Datentyp. Dieses Ergebnis ist in Abbildung 3.3 zu sehen.
23
Visuelle Variablen:
Position
Textur
Fläche, Größe
Orientierung
Helligkeit
Form
Farbton
Länge
Sättigung
Winkel
Umfassung
Volumen
Verbindung
Effektivität visueller Variablen (nach Mackinlay):
Effektivität
Quantitativ
Ordinal
Nominal
Position
Länge
Winkel
Orientierung
Fläche
Volumen
Helligkeit
Sättigung
Farbton
Textur
Verbindung
Umfassung
Form
Position
Helligkeit
Sättigung
Farbton
Textur
Verbindung
Umfassung
Länge
Winkel
Orientierung
Fläche
Volumen
Form
Position
Farbton
Textur
Verbindung
Umfassung
Helligkeit
Sättigung
Form
Länge
Winkel
Orientierung
Fläche
Volumen
Abbildung 3.3: Bewertung der visuellen Variablen nach [Mac86], die hellgrauen Variablen sind
für den jeweiligen Datentyp ungeeignet
So sind nicht alle visuellen Variablen auch für jeden Datentyp geeignet. Während zum Beispiel
die Textur als gut geeignet für nominale Datentypen eingeschätzt wird, ist sie für quantitative
Datentypen ungeeignet. Dagegen ist die Position für alle Datentypen sehr gut geeignet, da
die örtliche Auösung im menschlichen visuellen System die höchste im Vergleich zu allen
anderen visuellen Stimuli ist.(vgl. [SM00]).
3.1.4 Visual Information-Seeking-Mantra
Das Referenzmodell aus Abschnitt 3.1.2 stellt eine theoretische Basis für den Prozess der
Informationsvisualisierung dar. Für das Design von Informationsvisualisierungen werden nun
Richtlinien benötigt, die beschreiben, wie dieser Prozess umgesetzt werden kann.
24
SHNEIDERMAN beschreibt ein zentrales Prinzip, dass er als Visual Information-SeekingMantra bezeichnet:
Overview rst, zoom and lter, then details-on-demand
([Shn99], S. 523)
Es beschreibt ein prinzipielles Vorgehen bei der visuellen Suche von Informationen, welches
von einer Benutzerschnittstelle unterstützt werden sollte.
Ausgangspunkt sollte demnach ein Überblick (engl. Overview ) über den gesamten Informationsraum sein, der der Orientierung dienen soll. Mit Hilfe des Zooms können relevante
Informationsbereiche fokussiert werden, indem irrelevante Strukturen ausgeblendet und interessante Bereiche des Informationsraums vergröÿert werden. Durch Filteroperationen können
relevante von nichtrelevanten Informationen, die im Kontext einer konkreten Aufgabe nicht
zur Problemlösung beitragen, getrennt werden. Schlieÿlich werden dem Nutzer bei Bedarf zum Beispiel durch Anklicken einer bestimmten Informationseinheit - noch zusätzliche Informationen angeboten (engl. Details-on-Demand ) (vgl. [DP98], [SM04]).
3.1.5 Spezielle Anzeigetechniken
Mit dem Einsatz spezieller Anzeigetechniken lässt sich das in Kapitel 3.1.4 beschriebene
Visual Information-Seeking-Mantra unterstützen. Zu diesen Techniken gehören die
Übersicht-und-Detail - und
Fokus-und-Kontext -Darstellungen.
Mit diesen Techniken soll erreicht werden, dass nicht alle Informationen gleichzeitig in derselben Genauigkeit dargestellt werden. Vielmehr sollen nur die interessierenden Bereiche detailliert und allgemeine Kontextinformationen vereinfacht abgebildet werden.
Übersicht-und-Detail:
Bei der Übersicht-und-Detail-Technik werden zwei Ansichten eingesetzt. Eine Ansicht zeigt
eine grobe Übersicht über den gesamten Informationsraum, wobei auf Details verzichtet wird.
Die andere Ansicht zeigt einen kleinen relevanten Ausschnitt der Informationsmenge und veranschaulicht die Details (vgl. [SM04]). Abbildung 3.4 zeigt links ein Beispiel dazu. Wichtige
Informationen der Straÿenkarte werden grob in der Überblicksansicht dargestellt. Der rot
markierte Ausschnitt markiert den Bereich von Interesse, der in der zweiten Ansicht detailliert angezeigt wird. Die Detailansicht kann entweder durch geometrisches oder semantisches
Zoomen erzeugt werden. Unter dem geometrischen Zoom versteht man die einfache Vergröÿerung des ausgewählten Bildausschnitts, indem dieser in einer höheren Auösung präsentiert
25
Abbildung 3.4: Verschiedene Anzeigetechniken - links: Übersicht-und-Detail in zwei verschiedenen Ansichten, rechts: Fokus-und-Kontext in einer Ansicht (Bilderquelle
[Spe01])
wird. Beim semantischen Zoom variiert der Detailgehalt durch das Hinzufügen von zusätzlichen Informationen. Des Weiteren kann sich auch die Darstellungsart ändern. So kann bei
dem Beispiel mit der Straÿenkarte die Übersicht eine einfache Skizze mit wenig Straÿenzügen
zeigen und das Detailbild ein Luftbild, auf der alle Straÿen und Details der Umgebung sichtbar
sind.
Fokus-und-Kontext:
Fokus-und-Kontext-Techniken sollen dem Betrachter ermöglichen, einen Teilbereich genauer zu betrachten, ohne dass der Zusammenhang mit anderen Objekten verloren geht. Als
Fokus wird der Bereich bezeichnet, der dem aktuellen Interesse des Betrachters unterliegt.
Der Kontext enthält einen groben Überblick über die restlichen Informationen, die dementsprechend weniger detailliert dargestellt werden als die Informationen im Fokus. Das Ziel von
Fokus-und-Kontext ist es, diese beiden verschiedenen Detaillierungsgrade in einer Darstellung
zu kombinieren (vgl. [CMS99], [SM04], siehe Abbildung 3.4 rechts). Diese Resultate können
mit verschiedenen Techniken erreicht werden.
Optische Fisheye-View-Techniken vergröÿern den Fokus durch Verzerrungen. Ein Beispiel ist
in Abbildung 3.5a zu sehen. Die dabei entstehende Verzerrung erinnert an den Blick durch
eine Fischaugenlinse, was sich gerade bei der Visualisierung von Kartenmaterial gut eignet.
Eine Lösung zur Vermeidung von Verzerrungen bietet der Einsatz von graschen FisheyeViews. Dabei wird das fokussierte Objekt durch eine Transformationsfunktion verändert. Ein
Beispiel ist das Dock von Mac OS X, was in der Abbildung 3.5b zu sehen ist.
Andere Verfahren nutzen die Perspektive, um fokussierte Objekte detailliert darzustellen. Als
Beispiel ist hier die Perspective Wall (siehe Abbildung 3.5c) zu nennen, die sich einer drei26
Abbildung 3.5: Verschiedene Fokus-und-Kontext-Techniken: (a) Optischer Fisheye View
(Quelle: [SM04]), (b) das Dock von Mac OS X (Quelle: [Spe07]), (c) Perspective Wall (Quelle: [Spe07]), (d) Magic Eye View (Quelle: [KS99]), (e)
Hyperbolic Browser (Quelle: [Spe07])
dimensionalen Darstellung bedient. Bei der perspektivischen Wand wird die darzustellende
Struktur auf eine Anzeigewand projiziert. Der vordere Wandbereich bildet das Zentrum und
somit den Fokus der Darstellung. Die Seitenwände werden nach hinten 'geklappt' und perspektivisch verzerrt dargestellt. Die darauf bendlichen Objekte bleiben jedoch sichtbar und
bilden den Gesamtkontext für die fokussierten Objekte, da sie mit diesen in Beziehung stehen
(vgl. [SM04], [Spe01]).
Andere Techniken vergröÿern den zur Verfügung stehenden Raum, indem sie die darzustellende Struktur auf eine höherdimensionale Fläche oder einen Körper projizieren. Als Beispiel sind
hier der Hyperbolische Browser von LAMPING und RAO [LP95] und der Magic-Eye-View von
KREUSELER [KS99] zu nennen. Beim Hyperbolischen Browser (siehe Abbildung 3.5e) wird
die zu visualisierende Struktur auf eine hyperbolische Fläche projiziert und im euklidischen
Raum abgebildet, wodurch mit zunehmenden Abstand zum Kreismittelpunkt mehr Platz zur
Verfügung steht. Ähnlich funktioniert auch der Magic-Eye-View (siehe Abbildung 3.5d), bei
dem die Informationsstruktur auf einer Halbkugel abgebildet wird.
27
3.1.6 2D versus 3D
Die Frage, ob zweidimensionale oder dreidimensionale Informationsvisualisierungen vorteilhafter sind, ist in der Literatur umstritten und kann nicht pauschal beantwortet werden. Zum
einen gibt es mittlerweile eine groÿe Anzahl an verschiedenen zwei- und dreidimensionalen
Systemen, die schwer miteinander vergleichbar sind und ihr Einsatz eher problembezogen entschieden wird. Zum anderen hat in der kurzen Entwicklungsgeschichte von 3D-Systemen noch
keine Standardisierung stattgefunden, wie es bei 2D-Interfaces der Fall war (vgl. [Dac04]).
Jedoch rücken immer mehr inhaltliche Problemstellungen in den Fokus der Visualisierung, die
eine Erschlieÿung der dritten Dimension erfordern und immer bessere technische Möglichkeiten, die dies auch erlauben. Demzufolge sollen in diesem Abschnitt Probleme, die bei der
Nutzung von dreidimensionalen Darstellungen auftauchen können, aber auch Lösungsansätze
und Potenziale des dreidimensionalen Raums aufgezeigt werden.
Bezogen auf die Performanz und den Ressourcenverbrauch sind zweidimensionale Visualisierungen klar im Vorteil. Bei einer dreidimensionalen Darstellung muss die komplette Renderpipeline (siehe Kapitel 2.1) durchlaufen werden. Diese Schritte sind meist sehr rechenintensiv
und beanspruchen die Hardware erheblich mehr als dies bei zweidimensionalen Ausgaben
der Fall ist, was manchmal immer noch inakzeptable Bildwiederholraten zufolge hat (vgl.
[Dac04]).
Ein Hauptargument für die Nutzung von dreidimensionalen Informationssystemen ist hingegen die Verringerung der Informationsdichte und einer damit verbundenen Verbesserung des
Abbildungsverhältnisses (vgl. [DP98]). Das Hinzufügen von Tiefeninformation nutzt die Arbeitsäche eektiver aus und so können mehr Informationen dargestellt werden. Der reichere
Informationsraum eignet sich auch gut für die Präsentation mehrdimensionaler Daten, da
die zusätzliche dritte Raumkoordinate oder die Objektausrichtung im Raum genutzt werden
kann (vgl. [Sch01], [DP98]). Des Weiteren kann durch die Projektion des dreidimensionalen
Raumes auf den Monitor, wie bereits in Abschnitt 3.1.5 gezeigt, ein Fokus-Kontext-Eekt
erzielt werden. Durch die perspektivische Projektion erscheinen weiter entferntere Objekte
kleiner, während die Objekte im Vordergrund gröÿer und damit relevanter erscheinen.
Jedoch kann es im dreidimensionalen Raum zu unerwünschten Verdeckungen kommen, wenn
Objekte im Vordergrund die Sicht auf entfernte Objekte versperren (vgl. [CMS99]). Dieses
Problem kann aber durch die Möglichkeit, verschiedene Blickwinkel einzunehmen und die Datenmenge aus verschiedenen Beobachterpositionen aus zu erkunden, entschärft werden.
Die Nutzung eines zweidimensionalen Ausgabegerätes kann ebenfalls viele Probleme verursachen. Zum einen ist die Darstellungsqualität von 3D-Text und in der Ferne dargestellten
Objekte qualitativ häug nicht ausreichend (vgl. [Dac04]). Zum Anderen gestaltet sich die
Erkennung räumlicher Entfernungen als äuÿerst schwierig (vgl. [Däs99]). Um dies zu verbessern, werden auf achen Ausgabegeräten Verfahren aus der Computergrak angewendet, die
28
eine Raumtiefe vortäuschen ([DP98], S. 44). Dazu gehören Perspektive, Beleuchtungseekte, Schattierungen und Animation (vgl. Kapitel 2.3.3).
Ein weiteres Argument für die Nutzung von dreidimensionalen Benutzerschnittstellen bezieht
sich auf das räumliche Gedächtnis des Menschen. So ergab sich aus mehreren Forschungsarbeiten, dass für Objektsuch- und Akquisitionsaufgaben dreidimensionale Systeme zu präferieren sind und Ziele in klar strukturierten Räumen schneller und besser wiedergefunden werden
können, da der Mensch darin geübt ist, sich im Raum zu orientieren und sich die Position
von Gegenständen räumlich zu merken (vgl. [Dac04]).
Ob auch die Navigation im Raum besser unserer Erfahrungswelt angepasst ist, ist eine noch
nicht ausreichend geklärte Frage. Auf der einen Seite ist der Mensch an eine räumliche Welt
und eine Orientierung darin gewohnt (vgl. [SM00]). Damit lässt sich der Informationsraum
für den Nutzer in angenehmer Weise durch 3D-Navigationstechniken erkunden (vgl. [DP98]).
Jedoch birgt die Navigation im Raum auch die Gefahr der Orientierungslosigkeit. Während
in zweidimensionalen Darstellungen mit Bewegungen in horizontaler und vertikaler Richtung
ausreichend navigiert werden kann, erweist sich die Kontrolle des 3D-Raums komplizierter.
Bei vollständiger manueller Navigationskontrolle durch den Benutzer ergeben sich zu viele
Freiheitsgrade: Neben den drei Dimensionen der Position kommen noch drei Dimensionen
für die Rotation in Frage [MCR90]. CHEN kritisiert, dass 2D-Benutzerschnittstellen nicht
einfach nur auf drei Dimensionen erweitert werden können, sondern auch Funktionen bereitgestellt werden müssen, die dem Nutzer eine bessere Kontrolle über die Objekte im 3D Raum
geben ([Che04], S.202). So können beispielsweise Techniken zur Reduktion der Freiheitsgrade oder (halb-)automatische Navigationsmöglichkeiten eingesetzt werden, worauf noch näher
in Kapitel 3.2.3 eingegangen wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der dreidimensionale Raum viel Potenzial aufweist
und ein extra degree of freedom ([Che04], S.199) bereitstellt. Jedoch kann, falsch angewendet, aus diesem Gewinn auch schnell ein Nachteil gegenüber zweidimensionalen Systemen
entstehen. Aus diesem Grund soll in Kapitel 3.2 auf wichtige Aspekte, die beim Entwurf von
dreidimensionalen Benutzerschnittstellen zu beachten sind, näher eingegangen werden.
29
3.2 Dreidimensionale Benutzerschnittstellen
Aufgrund der Leistungsfähigkeit heutiger Computer dringen dreidimensionale grasche Benutzerschnittstellen (kurz 3D GUI ) in viele verschiedene Anwendungsbereiche vor. Während
ausgefeilte 3D-Techniken aus den meisten populären Computerspielen gar nicht mehr wegzudenken sind, spielen 3D-Anwendungen in vielen anderen Bereichen wie Lernanwendungen,
E-Commerce, Architektur- und Landschaftsvisualisierung, aber auch im Bereich Informationsvisualisierung (vgl. Kapitel 3.1) eine immer gröÿere Rolle.
Dieses Unterkapitel gibt eine Einführung in das Thema dreidimensionale Benutzerschnittstellen (engl. 3D User Interfaces ). Dazu werden zuerst wichtige Begrie geklärt, bevor anschlieÿend auf Gestaltungsempfehlungen für den Entwurf von dreidimensionalen Anwendungen
eingegangen wird. Im letzten Unterpunkt wird auf die Navigation in dreidimensionalen Räumen näher eingegangen, da diese eine wichtige Form der Interaktion in dreidimensionalen
Benutzerschnittstellen darstellt.
3.2.1 Denition von 3D-Benutzerschnittstellen
In diesem Abschnitt werden wichtige Begrie zum Thema dreidimensionale Benutzerschnittstellen erläutert. Dazu erfolgt zuerst eine Denition des Begris dreidimensionale Benutzerschnittstelle selbst und danach eine kurze Einführung in die damit verbundenen Begrie
Virtuelle Realität und Desktop-VR.
Benutzerschnittstelle:
Die Benutzerschnittstelle (engl. User Interface (UI)) ist die Schnittstelle, durch die die Kommunikation zwischen Benutzer und Computer stattndet ([BKLP04], Seite 6). Sie sollte
durch den Nutzer leicht bedienbar und auf seine Bedürfnisse angepasst sein. Im Bereich
der Human-Computer Interaction (HCI) (dt. Mensch-Computer Interaktion) werden diese
Aspekte berücksichtigt.
Dreidimensionale Benutzerschnittstelle:
In [BKLP04] wird die dreidimensionale Benutzerschnittstelle (engl. 3D User Interface, kurz 3D
UI) als UI beschrieben, die 3D-Interaktionen einbezieht. Mit 3D-Interaktion ist die MenschComputer-Interaktion gemeint, in der der Nutzer Aktionen direkt im dreidimensionalen Kontext ausführt. Interaktive Systeme, die 3D-Graken darstellen, müssen nicht zwangsläug
3D-Interaktion anbieten. Betrachtet der Benutzer zum Beispiel ein 3D-Modell auf seinem
Desktop-Computer von mehreren Seiten, indem er verschiedene Blickpunkte in einem traditionellen 2D-Menü festlegt, ndet keine 3D-Interaktion statt. Auf der anderen Seite bedeutet
3D-Interaktion nicht, dass unbedingt 3D-Eingabegeräte, wie Space Mouse oder Datenhandschuh, einbezogen werden müssen. Klickt der Benutzer in der gleichen Anwendung auf ein
30
Zielobjekt um zu diesem zu navigieren, wird die 2D-Eingabe der Maus direkt in die 3D-Position
übersetzt und eine 3D-Interaktion ndet demzufolge statt ([BKLP04], Seite 7).
Eine klassische Domäne von dreidimensionalen Benutzerschnittstellen ist die Virtuelle Realität
(VR):
Virtuelle Realität (VR):
Der Ausdruck Virtuelle Realität (engl. Virtual Reality ) wurde 1989 von Jaron Lanier eingeführt, um verschiedene Richtungen der 3D-Computertechnologie zusammenzufassen. Der
Begri wird umgangssprachlich bei vielen Computerprogrammen, die dem Benutzer in irgendeiner Form eine räumliche Schnittstelle anbieten, verwendet. Da sich das Spektrum von VR
von der Einbeziehung konkreter 3D-Ein- und Ausgabemedien bis hin zur philosophischen Betrachtung erstreckt, ist eine exakte Denition dieses Begris problematisch (vgl. [DP98]).
DACHSELT beschreibt Virtuelle Realität als blickpunktabhängige Echtzeitberechnung von
3D-Grak, die es Nutzern ermöglicht, mit Hilfe einer immersiven Mensch-Computer- Schnittstelle durch eine computergenerierte, künstliche räumliche Umgebung realistischer oder abstrakter Natur zu navigieren und mit dieser zu interagieren ([Dac04], Seite 9).
Direkt bezogen auf virtuelle Informationsräume in der Informationsvisualisierung (vgl. Kapitel
3.1) beschreiben DÄSSLER und PALM den Begri folgendermaÿen:
VR ist eine Möglichkeit für den Menschen mit dem Computer zu kommunizieren
und komplexe Daten zu visualisieren und zu manipulieren. [...] Der Benutzer kann
direkt mit der künstlichen Welt wechselwirken und interaktiv Raumobjekte manipulieren. Die Echtzeitverarbeitung von Benutzeraktivitäten ist ein entscheidendes
Kriterium für die Qualität eines VR-Systems ([DP98], Seite 102).
Dabei unterscheidet man verschiedene Typen von VR-Systemen.
Immersive Systeme weisen Eigenschaften auf, die der idealtypischen Denition von VR nahekommen. Sie sollten in der Lage sein, den persönlichen Blickpunkt des Betrachters vollständig
in die virtuelle Welt zu legen ([DP98], Seite 103). Die Interaktion des Benutzers mit dieser
erfolgt durch 3D-Ein- und Ausgabegeräte, die die Wahrnehmung der gewohnten Umwelt verhindern und nur die kontrollierten computergesteuerten Eindrücke zulassen, so dass ein Gefühl
des Eintauchens (Immersion) in die virtuelle Welt entsteht. Charakteristisch für immersive
VR-Systeme sind höherdimensionale Eingabegeräte (z.B. Datenhandschuh) und häug stereoskopische Ausgabegeräte (z.B. Head Mounted Device (HMD), CAVE ) (vgl. [Dac04]).
Jedoch ist der Verbreitungsgrad von immersiven VR-Systemen aufgrund der teuren Spezialhardware relativ gering und zumeist nur Experten vorbehalten.
31
Eine Alternative stellt die sogenannte Desktop-VR dar:
Desktop-VR-Anwendungen lassen sich als nicht-immersive Virtuelle Realität auf
Standardcomputern ohne Nutzung spezieller Ein-/Ausgabegeräte denieren, wodurch sie für einen breiten Einsatz prädestiniert sind ([Dac04], Seite 10).
Dieses System benutzt zur Darstellung von 3D-Objekten und Szenen einen normalen achen Computermonitor. Oft wird auch der Begri Window on World (WoW) benutzt, da
der Benutzer von einem Blickpunkt auÿerhalb wie durch ein Fenster in die virtuelle Welt
hineinschaut. Mit Hilfe von computergraschen 3D-Verfahren wie Perspektive, Verdeckung,
Textur und Beleuchtungseekten wird ein zumindest ansatzweise räumlicher Eindruck der
Szene vermittelt ([DP98], Seite 102). Die Nutzung dreidimensionaler Eingabegeräte oder
stereoskopischer Ausgabegeräte ist jedoch auch hier nicht ausgeschlossen. So kann zum Beispiel die Tiefenwahrnehmung mit einem stereoskopischen Display verbessert werden.
Dem fehlenden Immersionsgefühl von Desktop-VR-Anwendungen stehen eine Reihe von Vorteilen gegenüber: Zum einem ist der günstigere Kostenfaktor und der damit verbundene
höhere Verbreitungsgrad zu nennen, da hier keine spezielle Hardware notwendig ist, wie z.B.
Stereobrillen oder Datenhandschuhe. So muss der Nutzer auch keine unbequemen DisplayGeräte tragen. Des Weiteren erreichen heutige Displays im Gegensatz zu HMD -Auösungen
eine sehr gute Anzeigequalität (vgl.[Dac04]). Weiterhin überfordert die Interaktion mit 3DEingabegeräten häug die kognitiven Fähigkeiten der Anwender (vgl. [SBHR07]). Daher werden die traditionellen 2D-Eingabegeräte (wie Maus und Keyboard) nicht nur für die 2D- und
menübasierte Interaktion, sondern auch bei der 3D-Interaktion, z.B. über 3D-Widgets eingesetzt.
3.2.2 Gestaltungsempfehlungen für 3D-Anwendungen
In diesem Abschnitt sollen einige Designrichtlinien und Gestaltungsempfehlungen für den
Entwurf dreidimensionaler Benutzerschnittstellen zusammengefasst werden. Das Design einer
dreidimensionalen Benutzerschnittstelle ist eine komplexe und schwierige Aufgabe, da der
3D-Raum mehr Freiheitsgrade als der 2D-Raum zur Verfügung stellt. Neben den bekannten
zweidimensionalen Parametern wie Farbe und Anordnung, gibt es im dreidimensionalen Raum
noch weitere Parameter, die bei der Gestaltung berücksichtigt werden müssen, wie zum
Beispiel Perspektive, Blickwinkel oder Entfernung. Einige Grundregeln aus dem Bereich des
2D-GUI-Designs lassen sich jedoch auch auf 3D GUIs übertragen. So stellte SHNEIDERMAN
in [Shn99] The Eight Golden Rules of Interface Design vor, die im Folgenden kurz erläutert
werden sollen:
1. Streben nach Konsistenz (einheitliche Farbgebung und Schriftarten, analoges Interaktionsverhalten, gleiche Terminologie)
32
2. Ermöglichen von Kurzbefehlen (erfahrenen Nutzern sollte es möglich sein, durch Shortcuts schneller zu arbeiten)
3. Anbieten einer informativen Rückmeldung (Feedback in allen Phasen der Interaktion)
4. Entwurf von geschlossenen Dialogen (dem Benutzer soll sichtbar gemacht werden,
wann ein Befehl abgeschlossen ist)
5. Fehlervermeidung und einfache Fehlerbehebung (z.B. Fehlerursachenanalyse beim Auftreten eines Fehlers anbieten)
6. Umkehrung von Aktionen erlauben (Undo-Funktion)
7. Unterstützen von internen Kontrollmöglichkeiten (der Nutzer sollte immer das Gefühl
haben, Herr über das Programm zu sein, nicht umgekehrt)
8. Reduzierung der Belastung des Kurzzeitgedächtnisses (z.B. durch sieben +/- zwei1
gleichzeitig angebotene Optionen bzw. dargestellte Alternativen)
Jedoch lassen sich Designrichtlinien von 2D-GUIs nur begrenzt auf 3D-GUIs übertragen, da
aufgrund der Komplexität des 3D-Raumes noch mehr Faktoren berücksichtigt werden müssen. An richtigen Standardisierungsbemühungen und Designrichtlinien für den Entwurf dreidimensionaler Benutzerschnittstellen mangelte es aber bisher, so dass DACHSELT in seiner
Arbeit (vgl. [Dac04]) Gestaltleitlinien für die Entwicklung dreidimensionaler Anwendungen
entwickelte. Des Weiteren gibt SHNEIDERMAN in [Shn03] einige Empfehlungen, die bei der
Gestaltung dreidimensionaler Benutzerschnittstellen berücksichtigt werden sollten. Die wichtigsten Punkte dieser Designempfehlungen, die besonders für diese Arbeit von Bedeutung
sind, sollen im Folgenden näher beschrieben werden.
Nutzung von Metaphern, aber keine genaue Abbildung der Realität:
Metaphern lassen sich als Konzepte, Begrie und Bilder denieren, die die Übertragung
von Wissen aus einem bekannten Bereich in einen unbekannten Zielbereich erleichtern (vgl.
[Dac04]). Dabei erhöhen sie den Vertrautheitsgrad mit der Benutzerschnittstelle und können
somit auch die Attraktivität dieser erhöhen und die Motivation des Benutzers verbessern.
Als bekanntestes Beispiel für eine Metapher ist wohl die Desktop-Metapher zu nennen, bei
der der Benutzer auf dem Bildschirm mit einer ähnlichen Umgebung (Dokumenten-Stapel,
Ordner, Drucker, Papierkorb) konfrontiert ist, wie er es von seinem Schreibtisch her kennt.
Sie enthält jedoch auch Aktionen, die in einem realen Büro nicht möglich sind, wie z.B. das
Skalieren von Dokumenten. Dies verdeutlicht auch Gefahren und Grenzen von Metaphern,
1
Das Arbeitsgedächtnis kann zu einem Zeitpunkt sieben plus/minus zwei Informationseinheiten behalten
(Miller, 1956)
33
da der Rücktransport auf das Vorbild aus der realen Welt nicht immer möglich ist. So kann
eine zu eng interpretierte Metapher unexibel gegenüber funktionalen Änderungen und Erweiterungen eines Systems sein. Beispielsweise kann eine Schreibmaschine als Metapher für
die Textverarbeitung auf dem Computer stehen, dafür aber nicht das automatische Erstellen
eines Inhaltsverzeichnisses oder das Editieren des Textes erklären.
DACHSELT rät daher, bei der Entwicklung von Metaphern folgende Kriterien und Anforderungen zu beachten ([Dac04], Seite 30):
Nützlichkeit und Anwendbarkeit im Bezug auf einen bestimmten Anwendungskontext
Verständlichkeit und Klarheit des zugrunde liegenden Konzeptes
Eignung für die beabsichtigten Zielgruppen
Erweiterbarkeit des metaphorischen Konzeptes, z.B. für alternative Nutzerbedürfnisse
und funktionale Änderungen
Performance für schnelles Arbeiten, evtl. Abwägen zwischen Verständlichkeit und Ezienz.
Zwar kann die Bereitstellung von Metaphern den Einstieg in eine 3D-Anwendung erheblich
vereinfachen, jedoch sollte die Nutzung dieser nicht dazu verführen, die Realität so genau wie
möglich nachzuahmen. SHNEIDERMAN kritisierte in Why Not Make Interfaces Better than
3D Reality? [Shn03], dass viele Designer es anstreben, beim Entwurf von dreidimensionalen
Benutzerschnittstellen der Realität so nah wie möglich zu kommen. Sie glauben, je mehr eine
Benutzerschnittstelle die reale Welt abbildet, desto leichter ist der Umgang mit dieser. Doch
Benutzerstudien haben gezeigt, dass komplexe Nutzeraktionen, lästige Verdeckungen, zu viele
Bewegungsfreiheiten und die oft damit verbundene desorientierende Navigation die Ezienz
in dreidimensionalen Benutzerschnittstellen verschlechtern (vgl. [Shn03]). Statt die Realität
zu kopieren, sollte man mehr abstrahieren und das Potenzial interaktiver 3D-Grak kreativ
nutzen (vgl. [Dac04]). So gibt es zahlreiche Chancen, die in der realen Welt nicht möglich
sind, wie zum Beispiel das Teleporten, das Fliegen durch Objekte hindurch, Röntgenblicke,
das Zurückgehen in der Zeit um letzte Aktionen rückgängig zu machen oder Animationen
rückwärts abspielen zu lassen. Besonders im Bereich der Informationsvisualisierung ist es
wichtig, eine einfachere Navigation, beschränktere Bewegungsgrade und weniger Verdeckung
anzubieten, als es die 3D Realität zulässt. Bei letzerem kann zum Beispiel die Nutzung von
Transparenz oder von hyperbolischer Verzerrung hilfreich sein.
DACHSELT empehlt daher, eine Balance zwischen der Nachahmung von Realität (soviel
wie nötig, um eine Metapher glaubhaft zu vermitteln) und dem Potential der computergenerierten 3D-Welten zu schaen, in denen mit tradierten Vorstellungen auch gebrochen werden
kann ([Dac04], Seite 43).
34
Visuelle Klarheit und Vermeidung von überladenen 3D-Szenen:
Während 2D-Anwendungen einen xen Betrachtungsstandpunkt haben, ist dies bei 3DSzenen meist nicht der Fall. Hier können kontinuierliche Perspektiv- und Blickpunktänderungen stattnden und so unbeabsichtigte Objektverdeckungen auftreten. Des Weiteren verführt die Nutzung der vielen visuellen Parameter (z.B. Farbe, Form, Schattierung, Textur)
und multimedialen Elemente (z.B. Animationen, Videos, Sounds) zu überladenen 3D-Szenen
(vgl. [Dac04]).
DACHSELT und SHNEIDERMAN geben daher Empfehlungen, um visuelle Unordnung zu
vermeiden (vgl. [Shn03], [Dac04]), darunter :
das Setzen konkreter vordenierter Blickpunkte innerhalb einer Szene
sparsamer Umgang mit gestalterischen Mitteln wie Farbe und Formen, Verzicht auf die
Nutzung von Ornamenten (weniger ist mehr)
Minimierung der Navigations- und Interaktionsschritte um eine Aufgabe auszuführen
verbesserte Aufmerksamkeitssteuerung durch Begrenzung der gleichzeitig sichtbaren
Elemente (sieben+/-zwei -Regel beachten)
Schaung visuell abgeschlossener Räume, die eine gute Orientierung und das Gefühl
von Vollständigkeit und Überblick vermitteln
sparsamer und zweckorientierter Einsatz von multimedialen Elementen, damit diese
nicht von der eigentlichen Interaktionsaufgabe ablenken
Gewährleistung einer guten Lesbarkeit von Texten und Vermeidung von stark perspektivisch verzerrten Schriften (guter Kontrast zum Hintergrund, Neigung nicht gröÿer als
30 )
°
Berücksichtigung der ästhetischen Qualität und der Benutzungsfreude:
Usability (dt. Gebrauchstauglichkeit) ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von interaktiven Anwendungen. Jedoch wird in letzter Zeit auch ein weiterer wichtiger Qualitätsaspekt diskutiert: die Freude an der Nutzung von interaktiven Systemen (joy of use). Dies soll einen
positiven Eekt auf die Akzeptanz und Zufriedenheit mit der Anwendung haben und die
Motivation des Nutzers steigern, sich mit der Anwendung und deren Inhalte auseinander zu
setzen (vgl. [BHK02]). Des Weiteren spielt auch die ästhetische Qualität und Originalität
von graschen Benutzerschnittstellen eine wichtige Rolle, um eine Anwendung attraktiver
zu machen. Laut DACHSELT steckt gerade in der 3D-Grak in Verbindung mit anderen
Medien ein überragendes Potenzial, um von einer reinen Nutzerqualität einer Software zu
tatsächlicher Erlebnisqualität zu gelangen ([Dac04], Seite 47).
35
Gezielter Einsatz von 3D-Techniken und Schonung von Ressourcen:
Ein weiteres wichtiges Qualitätskriterium von interaktiven Anwendungen ist die Echtzeitfähigkeit und eine akzeptable Bildwiederholrate. Trotz moderner Grakhardware sind 3DAnwendungen ressourcenschonend zu entwickeln, denn laut DACHSELT steht und fällt mit
der erzielten Framerate, ab der ein echt interaktives Arbeiten möglich ist, die Benutzbarkeit dieser ([Dac04], Seite 47). SHNEIDERMAN rät auÿerdem sorgfältig mit dem Einsatz
von 3D-Techniken (vgl. Kapitel 2.3.3), wie Perspektive, Schatten und Beleuchtungseekten
umzugehen (vgl. [Shn03]). Es sollte im Vorfeld berücksichtigt werden, welche dieser 3DTechniken für die bevorstehende Aufgabe sinnvoll sind und welche den Tiefeneindruck kaum
verbessern bzw. eher kontraproduktiv sind. So sei der Ansatz, einfach so viele 3D-Techniken
wie möglich in der 3D-Anwendung zu vereinen, nicht immer die beste Lösung ([War04], Seite
280). Beispielsweise kann der Schattenwurf bei sehr vielen Objekten im Raum eher verwirren
als den Tiefeneindruck zu verstärken. Daher sollte der Einsatz der 3D-Techniken wohl überlegt sein und separat für die jeweilige Aufgabestellung ausgewählt werden, da diese nicht in
allen Situationen gleich wichtig zur Unterstützung des räumlichen Sehens sind (vgl. [BPG00],
[WFG92]). Bei der Ausrichtung von Objekten können beispielsweise die Perspektive und die
Bewegungsparallaxe von Nutzen sein, wohingegen sich die Perspektive bei der Skalierung von
Objekten im dreidimensionalen Raum eher schlechter auswirkt, da sie die Objekte in der Tiefe
in unterschiedlichen Gröÿen darstellt (vgl. [SM00], Seite 112).
3.2.3 Navigation in dreidimensionalen Räumen
Die Navigation im dreidimensionalen Raum ist eine wichtige Form der Interaktion, um dessen Struktur zu erkunden und die Betrachtungspunkte innerhalb der Szene zu verändern.
Gerade um das Problem der Verdeckung (siehe Abschnitt 3.1.6) abzumindern, ist es wichtig,
geeignete Navigationswerkzeuge zur Verfügung zustellen, um die Informationsobjekte aus
verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Gleichzeitig sollten die Auswahl der Navigationsinstrumente und eine gute Benutzerführung verhindern, dass der Benutzer die Orientierung
im dreidimensionalen Raum verliert, was ein häug auftretendes Problem in 3D-Umgebungen
ist ([DP98], Seite 49). Um die Möglichkeiten der Bewegung in 3D-Umgebungen aufzuzeigen,
soll zuerst auf die Freiheitsgrade im dreidimensionalen Raum eingegangen werden. Anschlieÿend sollen Metaphern vorgestellt werden, die die Navigation im Raum möglichst intuitiv
machen sollen.
Freiheitsgrade im dreidimensionalen Raum:
Bei Desktop-VR-Anwendungen stehen für die Interaktion meist nur klassische Eingabegeräte
wie Maus und Tastatur zur Verfügung. So erlaubt allein die mausgesteuerte Interaktion nur
die Kontrolle über zwei Freiheitsgrade (engl. Degree of Freedom (DOF)). Bei der räumlichen
Kameraführung müssen jedoch sechs Freiheitsgrade kontrolliert werden: drei Translationen,
die die Wegführung bestimmen und drei Rotationen, die der Blickführung dienen. Die einzel36
nen Bezeichnungen und deren Bedeutung werden in Tabelle 3.1 näher beschrieben.
Eine Möglichkeit zur Kontrolle der sechs Freiheitsgrade ist die zusätzliche Zuhilfenahme der
Tastatur, um mittels Tastenkürzel Funktionen wie die Rotation der Kamera zur Verfügung
zu stellen. Jedoch ist diese Art der Navigation gerade für unerfahrene Nutzer nicht sehr intuitiv und oft kompliziert. Eine weitere Möglichkeit wäre, die Freiheitsgrade zu beschränken.
Dies geben einige Navigationsmetaphern schon vor, auf die im Anschluss noch eingegangen
wird. Jedoch kann es, je nachdem welche Aufgabe die dreidimensionale Benutzerschnittstelle
erfüllen soll, erforderlich sein, alle Freiheitsgrade zu kontrollieren. Um dies möglichst intuitiv
zu gewährleisten schlägt DACHSELT vor, 3D-Widget s als Mittler zwischen dem niedrigdimensionalen Eingabegerät und den höherdimensionalen Aufgaben im 3D-Raum einzusetzen
(vgl. [Dac04]).
Bezeichnung
Tx - Links-/Rechtsdrift
Ty - Höhenänderung
Tz - Vor-/Rückwärtsbewegung
Rx - Pitch/Neigung
Ry - Yaw/Schwenk
Rz - Roll
Bedeutung
Translation entlang der
X-Achse
Y-Achse
Z-Achse
Rotation um die XAchse
Rotation um die YAchse
Rotation um die ZAchse
Ty
Ry
Rx
Tx
Tz
Rz
Tabelle 3.1: Freiheitsgrade eines Körpers im Raum (Bezeichnungen nach [SL03])
Navigationsmetaphern:
In dreidimensionalen Welten ist es möglich verschiedene Blickwinkel auf die Szenenobjekte
einzunehmen. So unterscheidet GROH zwei verschiedene Betrachtersituationen. Zum einen
wird die Metapher des Feldherrn genutzt, der einen Blick von auÿen einnimmt und die Welt
als Karte sieht. So plant der Feldherr seinen nächsten Schachzug bzw. wählt ein Zielobjekt
aus und ist mit einem Überblick (engl. Overview ) über die Szenerie zu vergleichen. Die zweite
Metapher stellt die des Wanderers dar, der sich innerhalb der 3D-Szene bewegt und die Welt
auf einem Pfad durchschreitet (vgl. [Gro05], Seite 179), was mit einem durchlaufen oder
durchiegen (engl. Flythrough) einer Szene verglichen werden kann.
Um sich nun möglichst intuitiv in der 3D-Umgebung zu bewegen und verschiedene Blickpunkte
einzunehmen, schlägt WARE vor, Metaphern zu nutzen, die sich an den Bewegungsabläufen
der realen Welt orientieren. Dabei unterscheidet er vier Klassen solcher Navigationsmetaphern
([War04], Seite 325):
37
World-in-hand: Der Benutzer kann Teile der 3D-Umgebung greifen und um alle Achsen
drehen, als hätte er sie in der Hand. Weiterhin kann er die Entfernung zum Blickpunkt
ändern, indem er das Objekt heranholt oder von sich weg bewegt. Eine Variation dieser
Metapher stellt beispielsweise die Befestigung der Objekte auf einer Drehscheibe dar,
die man drehen kann, um die Sicht auf die Objekte zu verändern.
bzw. Camera-in-hand : Die Sicht des Benutzers wird gesteuert durch
die Manipulation der virtuellen Kamera. Als hätte er eine richtige Kamera in der Hand,
kann der Blickpunkt in alle Richtungen gedreht werden.
Eyeball-in-hand
Der Benutzer kann sich frei durch die virtuelle Welt bewegen. Dabei schränkt
die Metapher die Freiheitsgrade schon von vornherein ein. So wird nur eine Rotation
um die y-Achse zugelassen, was einer Drehung des Navigierenden nach links oder rechts
entspricht, aber nicht um die beiden anderen Achsen. Auch wird die Translation in yRichtung entweder ausgeschaltet (kein Hüpfen oder Schweben) oder der Navigierende
bleibt durch das Einbeziehen einer Gravitationskraft immer auf dem Boden (z.B. beim
Treppen steigen) (vgl. [Fec99]).
Walking:
Ähnlich wie bei der Walking-Metapher kann sich der Benutzer frei durch den
virtuellen Raum bewegen. Da er iegend durch die Szene navigiert, ist die Bewegung
jedoch nicht auf eine Ebene beschränkt, sondern es sind auch Auf- und Abwärtsbewegungen möglich.
Flying:
Die optimale Navigationsmetapher ist abhängig von den Aufgaben, die das Interface erfüllen
soll. Die Walking-Metapher kann dem Betrachter beispielsweise ein Gefühl von Präsenz in
einem architektonischen Raum geben. Die Flying-Metapher kann nützlich sein, um durch
groÿe virtuelle Landschaften zu navigieren. Erfolgt die Interaktion auf Basis der World-inhand-Metapher, bleibt der gröÿte Teil der Szene ruhig, während sich nur einzelne selektierte
Objekte bewegen und ist somit besser für die Manipulation einzelner Objekte als für die
Navigation über groÿe Distanzen geeignet (vgl. [War04], [Fec99]).
Bei der Auswahl der Navigationsmetapher sollte weiterhin bedacht werden, dass es durchaus
sinnvoll sein kann, die Freiheitsgrade für den Benutzer einzuschränken, um einen Orientierungsverlust zu vermeiden. Oft kann es, gerade bei groÿen virtuellen Welten, viel zu lang
dauern, den Benutzer sein Ziel selbst ansteuern zu lassen.
Abhilfe können so genannte zielgerichtete Navigationen, wie die Teleportation schaen.
Durch Auswahl eines Zielpunktes kann dabei eine sprungartige Änderung des Blickpunktes vorgenommen werden, ohne dass aufwendige Übergänge gestaltet werden müssen. Einen
weiteren Ansatz bietet die point-of-interest-Navigation von MACKINLAY (vgl. [MCR90]),
bei der ein interessantes Objekt ausgewählt und daraufhin vom System automatisch eine
geeignete Sicht zur Verfügung gestellt wird.
38
Um für die anschlieÿende Konzeption eine Basis zu schaen, werden in diesem Kapitel verschiedene Systeme, die sich mit der Visualisierung von Dateien beschäftigt haben, untersucht.
Dazu werden im ersten Abschnitt Kriterien auf Basis der Erkenntnisse des vorherigen Kapitels
entwickelt, die den Vergleich der unterschiedlichen Systeme unterstützen sollen.
4.1 Analysekriterien
Es sollen sowohl zweidimensionale als auch dreidimensionale Systeme auf verschiedene Kriterien der Informationsvisualisierung (vgl. Kapitel 3.1) untersucht werden. Des Weiteren sollen
die dreidimensionalen Anwendungen nach verschiedenen Kriterien zum Entwurf dreidimensionaler Benutzerschnittstellen, die aus Kapitel 3.2 hervorgehen, analysiert werden.
Kriterien der Informationsvisualisierung:
Visualisierung der Metadaten:
Hierbei wird überprüft, welche Metadaten der Dateien visualisiert werden. Des Weiteren wird
anaylsiert, ob sich die gewählte visuelle Variable für den Datentyp eignet, indem sie mit dem
Bewertungssystem von MACKINLAY (siehe Kapitel 3.1.3) verglichen werden.
Struktur und Ordnung der visualisierten Daten:
Bei diesem Kriterium spielt die Grundstruktur der visualisierten Daten eine Rolle wie Listen,
Matrizen, Netze, Bäume oder lose Anordnungen. Weiterhin soll untersucht werden, welche
Möglichkeiten angeboten werden, diese Daten zu ordnen.
Visual Information-Seeking Mantra:
Hier wird überprüft, ob spezielle Techniken zum Einsatz kommen, um das Visual InformationSeeking-Mantra von SHNEIDERMAN zu unterstützen (siehe Kapitel 3.1.4) wie beispielsweise die erwähnten Fokus-und-Kontext-Techniken aus Kapitel 3.1.5.
39
Metapherneinsatz:
Der Metaphereinsatz ist ein wichtiger Punkt in der Informationsvisualisierung als auch in der
Gestaltung von (dreidimensionalen) Benutzerschnittstellen. In der Informationsvisualisierung
verlangt die Abstraktheit der Daten eine Bildsetzung, [...] eine Metapher ([Gro05], Seite
138), da den abstrakten Datenwerten noch kein Bild innewohnt. Zum anderen ist die Wahl
der Metapher wichtig um dem Benutzer den Zugang zum System zu erleichtern und den
Vertrautheitsgrad mit der Benutzerschnittstelle zu erhöhen (siehe Seite 33, Nutzung von
Metaphern). Infolgedessen soll in diesem Punkt untersucht werden, welche Metaphern in
den einzelnen Systemen zum Einsatz kommen.
Kriterien zum Entwurf dreidimensionaler Benutzerschnittstellen:
Szenenlayout:
Bei diesem Kriterium spielt das Szenenlayout eine wichtige Rolle. Anhand der Empfehlungen
auf Seite 35 soll die Klarheit des Szenenlayouts bzw. einzelner Elemente davon, wie zum
Beispiel Texte, beurteilt werden.
Einsatz von 3D-Techniken:
Wie bereits in Kapitel 2.3.3 erwähnt, kommen bei der Projektion von dreidimensionalen Szenen auf ein zweidimensionales Ausgabegerät verschiedene monokulare Faktoren zum Einsatz,
um den Tiefeneindruck der Szene zu verbessern. Darauf aufbauend soll in diesem Kriterium
überprüft werden, welche dieser Merkmale in den 3D-Systemen verwendet werden.
Navigation:
Bei diesem Kriterium soll die Navigation und Orientierung im dreidimensionalen Raum analysiert werden. Neben der Bestimmung der Freiheitsgrade und der Navigationsmetapher sollen
auch Möglichkeiten der zielgerichteten Navigation untersucht werden.
4.2 Vorstellung der Dateimanager
In diesem Kapitel werden verschiedene 2D- und 3D-Dateimanager vorgestellt, um eine Grundlage für den Vergleich im nachfolgenden Kapitel zu bilden.
Standard-Dateimanager:
Der Dateimanager stellt Dateien in einer Ordnerhierarchie dar und stellt Standardfunktionen
wie die Suche und Manipulation von Dateien sowie die Darstellung der Verzeichnisstruktur und
der darin enthaltenen Dateien zur Verfügung (vgl. Kapitel 2.2). Als Standard-Dateimanager
40
Abbildung 4.1: Windows Explorer - links: die Fensteraufteilung (Bildquelle: [@mi09]), Mitte:
Gruppierungsansicht, rechts: Stapelansicht
für Windows zählt der Windows Explorer, für Mac OS X der Finder und für Linux der Konqueror. Alle bedienen sich der Desktop-Metapher (vgl. Kapitel 3.2) um das Dateisystem auf
ein für den Menschen verständliches visuelles Schema abzubilden. Im Folgenden soll vor allem
der Windows Explorer betrachtet werden und nur die wesentlichen Unterschiede zum Finder
und Konqueror aufgezeigt werden.
Das Programmfenster des Windows Explorers (siehe Abbildung 4.1), enthält neben der Detailansicht, in der die Dateien dargestellt werden, noch einige Bestandteile, die die Navigation
in den Ordnern vereinfachen sollen:

der Navigationsbereich, der die Anzeige anderer Ordner und den Wechsel dorthin ermöglicht

die Vor- und Zurück-Schaltächen, die den Wechsel zwischen den bereits besuchten
Ordnern ermöglichen

die Symbolleiste ermöglicht die Ausführung allgemeiner Aufgaben wie das Ändern der
Darstellung von Dateien und Ordnern oder das Kopieren von Dateien auf CD

die Adressleiste, in der durch Eingabe eines Pfades in einen anderen Ordner navigiert
werden kann. Die rein textuelle Eingabe wurde mit Vista verbessert, indem statt dem
Textfeld verschiedene Drop-Down-Menüs eingefügt wurden, die die enthaltenen Ordner
anzeigen

die Spaltenüberschriften, mit denen die Organisation der Dateien in der Detailansicht
geändert werden können
41
und der Detailbereich, in dem die Metadaten der selektierten Datei in textueller Form
angezeigt werden.
Abbildung 4.2: Übersicht-Detail-Ansicht im Windows Explorer (Bildquelle: [@vi08])
Des Weiteren ist es möglich, ein Vorschaufenster einzublenden, wie es in Abbildung 4.2
dargestellt ist. Darin kann der Inhalt vieler Dateitypen angezeigt werden ohne sie mit einem
Programm zu önen. Die Abbildung zeigt auÿerdem die in Kapitel 3.4 vorgestellte ÜbersichtDetail-Ansicht, in der in der ganz linken Ansicht der Ordnerbaum, in der Mitte der Inhalt des
selektierten Ordners und in der rechten Ansicht die Details zur ausgewählten Datei dargestellt
werden.
In der Detailansicht wird der aktuelle Ordnerinhalt dargestellt. Alle Dateimanager bieten
dazu verschiedene Optionen zur Darstellung und Strukturierung der Dateien und Ordner.
Beim Windows Explorer ist zum Beispiel die Listen-, die Kachel-, die Miniatur-, die Symbolund Detail-Ansicht, bei der die Metadaten in einer Tabelle angezeigt werden, möglich. Ab
Windows Vista ermöglicht ein Slider zwischen diesen Ansichten stufenlos zu wechseln, was
in Abbildung 4.3 oben zu sehen ist. Zur Visualisierung des Dateityps werden Icons verwendet
oder - falls vorhanden - Miniaturansichten. Alle anderen Metadaten werden in textueller Form
dargestellt, wodurch ein schnelles bildliches Erfassen dieser Eigenschaften nicht möglich ist
und sich Vergleiche zwischen den Dateien schwierig gestalten.
Ähnlich wie im Windows Vista Explorer ist es im Konqueror möglich, mittels Scrollrad in
die Miniaturansichten zu zoomen und so verschiedene Detailierungsgrade anzeigen zu lassen.
Des Weiteren bietet er eine Visualisierung für die Dateigröÿe. In einer zusätzlichen TreeMapAnsicht wird der Platzverbrauch der einzelnen Dateien grasch dargestellt, was in Abbildung
42
4.3 rechts unten zu sehen ist (vgl. [@li04]).
Der Finder bietet eine weitere interessante Ansicht der Dateien (siehe Abbildung 4.3 unten
links). Die Cover-Flow-Technik, die von iTunes zum Durchblättern von Musikalben bekannt
ist, wird nun auch bei Max OS X Leopard als Ordneransicht angeboten (vgl. [@ma09]). Dabei
wird für jede Datei eine groÿe Vorschau angeboten, die von der textuellen Darstellung der
Metadaten in der Tabelle darunter ergänzt werden. Des Weiteren erlaubt die Fokus-KontextTechnik es, mehr Dateien im Kontext durch perspektivische Verzerrung anzuzeigen.
Zur Strukturierung der Dateien werden ebenfalls verschiedene Optionen angeboten. Im Windows Explorer kann man die Dateien nach ihren Metadaten sortieren oder gruppieren und seit
Windows Vista stapeln. So kann man beispielsweise Stapel mit Dateien von verschiedenen
Dateitypen anlegen wie in Abbildung 4.1 rechts zu sehen ist. Unabhängig von der gewählten
Strukturierungsmethode werden am oberen Rand, in den Spaltenüberschriften, die verschiedenen Metadaten angezeigt. Ein Klick auf einer dieser Spalten sortiert die Ordner, Dateien
und Stapel in auf- oder absteigender Reihenfolge.
Abbildung 4.3: verschiedene Sichten auf die Dateien - oben: Detailansichten im Windows Explorer, unten links: Cover Flow von Mac OS X Leopard (Bildquelle: [@ma09]),
unten rechts: Dateigröÿen-Ansicht im Konqueror (Bildquelle: [@li04])
Liquid File:
LiquidFile ist ebenfalls ein zweidimensionaler Dateimanager und wurde von der Firma Liquiverse als Alternative zum Finder für Max OS X entwickelt. Ziel dieser Anwendung ist es, Suchen
und Browsen in einem Interface zu vereinigen und den schnellen und einfachen Zugri auf
groÿe Datenmengen zu verbessern (vgl. [@li08]). Dies soll durch die neue Interaktionstech-
43
nologie Liquid Browsing möglich sein, die selbst sehr groÿe Informationsmengen auf einem
kleinen Bildschirm übersichtlich auf den ersten Blick erfassbar macht. Dazu werden die Dateien in einer zweidimensionalen Punktewolke, so genannte Scatterplots, dargestellt. Mit einem
Schieberegler, dem so genannten Zoom-Slider, kann man einstellen, wie viele Dateien auf
dem Bildschirm dargestellt werden sollen und diese werden dementsprechend vergröÿert oder
verkleinert. Um die einzelnen Dateien dann noch lesen zu können, fährt man mit der Maus
darüber und vergröÿert somit, ähnlich wie beim Dock von Mac OS X (vgl Abbildung 3.5),
die Einträge im Fokus (siehe Abbildung 4.4). Diese Fokus-Kontext-Technik hat den Vorteil,
dass im Vergleich zu den Standarddateimanagern kein Scrollen nötig ist, um die gesamte
Datenmenge auf einen Blick erfassbar zu machen.
Abbildung 4.4: Liquid File (Bildquelle: [@li08])
Des Weiteren werden im Scatterplot auch einige Dateimetadaten visualisiert: Dabei steht
die vertikale Y-Achse für den Dateinamen mit dem entsprechenden Icon für den Dateityp,
die horizontale X-Achse für das Erstell- oder Änderungsdatum und die Gröÿe der Kreise für
die Dateigröÿe. Die Strukturierung der Dateien macht es möglich, Abhängigkeiten zwischen
diesen Metadaten auf einen Blick zu erfassen. Die Tabellensortierung herkömmlicher Datei-
44
manager erlaubt es nur, nach einem einzigen Kriterium zu sortieren und zu vergleichen. Durch
die Visualisierung in der Punktewolke hat der Nutzer bei LiquidFile mehrere Dateimerkmale
gleichzeitig im Blick und kann die Dateien besser miteinander vergleichen (vgl. [Wal05]). Ein
weiteres Feature zum Vergleich von Dateien bietet das Flat Browsing. Dies bedeutet, dass
Dateien aus verschiedenen Ordnern direkt miteinander verglichen oder Dokumente aus der
Tiefe der Ordnerhierarchien temporär an die Oberäche gezogen werden können.
3D File System Navigator:
Mit dem File System Navigator (FSN) von Silicon Graphics begann 1992 die Erforschung des
3D-Raums zur Darstellung des Dateisystems. Bekannt wurde der FSN in dem Kinohit Jurassic Park, der eine eindrucksvolle Demonstration der visuellen Benutzeroberäche zeigte:
Ein Kind sollte dort in kürzester Zeit in einem UNIX-Dateisystem eine Datei zur Aktivierung
des Sicherheitssystem nden ([DP98], S. 74).
Abbildung 4.5: 3D File System Navigator - links: Überblick-Detail-Ansicht, rechts: Spotlight
zur Auswahl einer Datei (Bilderquelle: [@fs09])
Zur Visualisierung wird eine virtuelle Informationslandschaft verwendet, in der die Verzeichnishierarchie mit den Dateien und Verzeichnissen zu sehen ist. Dabei repräsentieren Podeste
die einzelnen Verzeichnisse, darauf aufgesetzte Würfel die Dateien und Verbindungslinien
zwischen den Podesten die Verzeichnishierarchie (vgl. Abbildung 4.5 links). Die Gröÿe eines
Würfels gibt Aufschluss über die Dateigröÿe und der Farbwert zeigt den Entstehungszeitraum
der Datei an. Ein Icon auf dem Würfel symbolisiert den Dateityp. Die Auswahl einer Datei
zur Anzeige weiterer Informationen wird durch ein Spotlight kenntlich gemacht und ist in
der Abbildung 4.5 rechts zu sehen. Zur Übersicht wurden zwei Fenster verwendet, die die
Übersicht-Detail-Technik (vgl. Kapitel 3.4) nutzen: Im Hauptfenster wird im Vordergrund
das aktuelle Verzeichnis dargestellt, während in einem Übersichtsfenster die aktuelle Position im gesamten Dateibaum markiert wurde. Zur Navigation zwischen den verschiedenen
Verzeichnissen wurde eine y-over-Metapher verwendet, die an Computerspiele oder Flugsimulatoren erinnert. Zwar hilft diese, die Informationslandschaft auf spielerische Weise zu
45
erkunden, jedoch wird dadurch die Navigation zu weit entfernten Verzeichnissen sehr langsam
und umständlich.
Tactile3D:
Tactile3D wurde von Upper Bounds Interactive Inc. entwickelt und stellt einen dreidimensionalen Dateiexplorer dar, der alle Grundfunktionalitäten der bekannten Dateimanager unterstützt (vgl. [@ta05]). Die Dateien werden in einer hierarchischen Ordnerstruktur organisiert
Abbildung 4.6: Tactile3D mit verschiedenen Anordnungsvarianten - links: Stadion, oben mittig: Zylinder, unten mittig: Würfel, oben rechts: Pyramide, unten rechts: Helix
und sowohl visuelle als auch auditive Hilfsmittel genutzt, um diese darzustellen. So werden
die Laufwerke und Ordner als Kugeln repräsentiert, in die man eintreten kann. Jeder Ordner symbolisiert einen neuen Raum, der wiederum Ordner und Dateien enthält. Die Dateien
werden als Tafeln dargestellt, auf die Icons oder (sofern vorhanden) Dokumentvorschauen
projiziert werden. Für einige Dateitypen werden spezielle 3D-Modelle angeboten wie zum
Beispiel eine CD für Audiodateien oder ein Zahnrad für Systemdateien.
Viele weitere Möglichkeiten werden angeboten, um die Dateieigenschaften grasch oder akustisch zu repräsentieren. So werden beispielsweise versteckte Ordner halbdurchsichtig und
Dateien mit einem read-only-Status in einem roten Farbton repräsentiert. Rotationsgeschwindigkeiten weisen auf das Änderungsdatum hin und Kollisionsgeräusche auf die Dateigröÿe.
Neben der hierarchischen Ordnerstruktur gibt es auch zahlreiche Möglichkeiten, die Dateien
innerhalb eines Containers (Laufwerk oder Ordner) zu strukturieren. So enthält jeder Container eine Sortierbox. Objekte innerhalb dieser Box können nach Name, Dateigröÿe, Dateityp
oder Änderungsdatum sortiert werden. Zu den Anordnungsvarianten gehören Stadion, Doppelhelix, Würfel, Zylinder oder Pyramide, wie in Abbildung 4.6 zu sehen ist.
Weiterhin können Dateien auch vom Benutzer an eine andere Position im Raum abgelegt
werden, wie dies beim Desktop der Fall ist. Bewegt er die Maus über eine Datei, so wird
diese beleuchtet und zum Nutzer hingedreht. Des Weiteren werden dann alle Dateieigenschaften noch einmal in Textform unterhalb des Modells angezeigt. Der Hersteller verspricht
eine schnelle und leichte Navigation im Raum, doch gestaltet sich diese für ungeübte Nutzer
46
eher schwierig. Durch Bewegen der Maus kann der Nutzer die Kamera sowohl nach oben und
unten als auch zur Seite drehen. Mit Hilfe des Scrollrads kann man in den Raum hineiniegen
bzw. wieder heraus zoomen, was jedoch die Auswahl einer Datei, im Vergleich zu den 2DDateimanagern, langwieriger gestaltet. Diesen Nachteil versucht man damit auszugleichen,
Positionen im Raum an Tastenkürzel zu binden, was jedoch eher geübten Nutzern zugute
kommt.
3DOSX:
3DOSX ist ein 3D-Dateibrowser für Mac OS X, in der die Ordnerhierarchie durch miteinander
verbundene runde Platten visualisiert wird, auf denen die Dateien und Unterordner angeordnet sind (siehe Abbildung 4.7). Die dabei genutzte Ringmetapher erlaubt es, die Dokumente
nach einem Kriterium - hier dem Alphabet - zu sortieren. Durch die perspektivische Verzerrung werden die sechs vorderen Elemente gröÿer dargestellt und die hinteren Dokumente
verkleinert im Hintergrund, jedoch trotzdem noch sichtbar (vgl. Fokus-Kontext-Techniken in
Kapitel 3.4). Jedoch haben alle Platten eine konstante Gröÿe, um sich nicht gegenseitig zu
verdecken (vgl. [Chi02]). Wenn zu viele Dateien in einem Ordner vorhanden sind, um sie auf
der Platte darzustellen, werden sie im Hintergrund durch eine virtuelle Box begrenzt, in der
die hinteren Dateien verschwinden. Durch Drehung der Platte können diese wieder in den
Vordergrund geholt werden.
Die Icons der Dateien geben Aufschluss auf den Dateityp und die Farbe der Platte über die
Zugrisrechte auf den jeweiligen Ordner. Andere Metadaten werden nicht visualisiert, jedoch
Abbildung 4.7: 3DOSX mit zwei verschiedenen Hintergrundbildern (linke Bildquelle: [Chi02])
gibt es eine Möglichkeit, sich diese neben der selektierten Datei in schriftlicher Form anzeigen
zu lassen.
Anstatt dem Nutzer die Kontrolle über alle sechs Freiheitsgrade zu geben, wurde die Navigation auf die zwei Dimensionen beschränkt (siehe [Chi02], S. 16). Die Benutzung der
Pfeiltasten erlaubt eine Vor- und Zurückbewegung in der x-z-Richtung, während die Maus
die Bewegung in der horizontalen x-y-Richtung ermöglicht. Wird auf eine Platte geklickt
oder ein Ordner innerhalb einer Platte geönet, wird diese bzw. die Platte mit dem Inhalt
des Ordners automatisch in den Vordergrund geholt.
47
BumpTop:
Der BumpTop von Anand Agarawala und Ravin Balakrishnan ist ein virtueller Desktop mit
dem Ziel, die Orientierung und Interaktion dem realen Schreibtisch nachzuempnden. Als
grundlegende Organisationsstruktur kommt dabei die Stapelmetapher zum Einsatz, da auch
beim richtigen Schreibtisch Dokumente, Ordner und Bücher häug gestapelt werden und
ihnen, wenn auch beliebig platziert, durch ihre Position, Anordnung und Orientierung eine
Bedeutung anhaftet (vgl. [Sei07]). Im Unterschied zu den Stapeln von Windows Vista (vgl.
Abbildung 4.1) werden die Dokumente nicht nach einer bestimmten Eigenschaft, wie zum
Beispiel dem Autor gestapelt, sondern stellen beim BumpTop eher ein visuelles Hilfsmittel
dar (vgl. [AB06]). So können vorn liegende bzw. die obersten Dokumente eines Stapels als
aktueller oder dringlicher wahrgenommen werden, als solche, die weiter weg liegen oder von
anderen überdeckt werden.
Beim Start des BumpTops wird dem Betrachter eine perspektivische Ansicht auf eine um
25° geneigte Schreibtischplatte angeboten, auf der die Dokumente angeordnet sind (siehe
Abbildung 4.9 rechts). Durch die Perspektive und die Begrenzung der Schreibtischplatte durch
drei Wände, an der ebenfalls Dokumente angebracht werden können, wird der zur Verfügung
stehende Platz zur Ablage der Dokumente vergröÿert. Durch Doppelklick auf eine dieser
Wände kann der Blickpunkt geändert werden und die Kameraausrichtung orientiert sich an der
ausgewählten Wand (vgl. Abbildung 4.9 links). Kreise auf dem Schreibtischuntergrund bilden
Abbildung 4.8: verschiedene Widgets des BumpTops - (a) Grid Widget, (b) Fan-Out-Widget,
(c) Leafer Widget, (d) Messy/Tidy-Widget(Bildquelle: [AB06])
so genannte passive Landmarken, welche die Orientierung als auch die visuelle Unterscheidung
von Objektgruppen auf groÿen Displays fördern sollen (vgl. [Sei07]).
Eine Besonderheit des BumpTops ist die Physiksimulation, die den Dateien mechanische
Eigenschaften wie Masse, Reibung, Beschleunigung und Geschwindigkeit verleiht. So können
die Dateien über den Desktop gezogen oder geworfen werden und mit anderen Objekten und
den Wänden des Raumes kollidieren. Dies erönet eine völlig neue Art der Interaktion mit
den Dateien, da diese spielend leicht zu Stapeln angehäuft, an die Wand gehängt oder in eine
Ecke des Schreibtischs geschoben werden können. Um die Dateien auszuwählen, wird eine
48
4.3 Vergleich der Systeme
Lasso-Technik angeboten, mit der die entsprechenden Dateien selektiert und anschlieÿend
verschoben oder zu Stapeln zusammengefügt werden können.
Um die Stapel zu durchsuchen, wurden Browsing-Techniken eingesetzt, die man im Umgang
mit richtigen Stapeln bei Büroarbeiten beobachtet hat (vgl. [AB06]). So lassen sich Stapel
durchblättern wie ein Buch (Leafer Widget - siehe Abbildung 4.8c), auächern wie ein Kartendeck (Fan-Out-Widget - siehe Abbildung 4.8b) oder in einer Rasteransicht betrachten
(Grid Widget - siehe Abbildung 4.8a). Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Unordnung auf
dem realen Schreibtisch mit dem Messy/Tidy-Widget (siehe Abbildung 4.8d) nachzuahmen.
Man kann Objekte jederzeit aus einem Stapel entfernen oder an einer bestimmten Position
im Stapel einfügen. Eine weitere interessante Möglichkeit, um sich an den Inhalt der Stapel
zu erinnern ist, ihnen Notizzettel anzuhängen.
Abbildung 4.9: Ansichten des BumpTops - links: Blickpunktwechsel durch Doppelklick auf
eine Wand, rechts: Hervorhebung der Dateien, die die Zeichenfolge Diplom
beinhalten
Die Dateien werden durch Dateiicons und dem Dateinamen repräsentiert. Diese rechteckigen
Objekte sollen eine Ähnlichkeit zu Papier aufweisen, so dass sie geknickt, zerknüllt oder an die
Wand gepinnt werden können. Abhängig vom Dateityp (z.B. bei Bildern) wird statt dem Icon
eine Vorschau angeboten. Eine interessante Darstellungsmöglichkeit bestimmter Dateieigenschaften wird durch die Gröÿe visualisiert: Dateien, die öfter genutzt werden, werden gröÿer
und schwerer, so dass sie leichter zu nden sind. Ebenso kann man Dokumente nach ihrer
Wichtigkeit manuell wachsen oder schrumpfen lassen. Diese unterwerfen sich dann ebenfalls
den physikalischen Gegebenheiten, so dass groÿe Dateien schwerer verschoben werden können, als kleinere. Ein weiteres Hilfsmittel, um Dateien auf dem Desktop schneller zu nden,
bietet die Suchfunktion. Durch eintippen einer Zeichenfolge werden alle Dokumente, die dieser entsprechen, kurz angehoben und mit einem gelben Farbton hinterlegt (vgl. Abbildung
4.9 rechts).
In diesem Abschnitt werden die vorgestellten Dateimanager auf Basis der in Kapitel 4.1
denierten Kriterien verglichen. Eine Zusammenfassung des Vergleichs nach den Kriterien der
49
Dimensionalität
StandardDateimanager
2D
Kriterien der Informationsvisualisierung
Visualisierung
der Metadaten
- Dateityp
(Icon/Vorschau)
- Name o.a.
(Position)
- Dateigröÿe durch
Flächengröÿe (nur
beim Konqueror)
Liquid File
3D File
System Navigator
- Dateityp,
- Dateityp
2D
(Icon/Vorschau)
- Gröÿe (Kreisäche)
- Name
(Position: X-Achse)
- Datum
3D
(Icon)
- Datum
(Farbe)
- Dateigröÿe
(Würfelgröÿe)
(Position: Y-Achse)
Strukturierung
Struktur:
Struktur:
Struktur:
der Daten
- Liste / Kacheln
- Scatterplot
- Kacheln
- freie Anordnung
- Liste
- Sortierung
- Sortierung
Ordnung:
Ordnung:
- Stapel
- Gruppierung
Visual Information
Seeking Mantra
- Übersicht-Detail:
Baum/Ordnerinhalt
- Fokus-Kontext
- Überblick-Detail
Baum/Ordnerinhalt
- Fokus-Kontext:
durch Perspektive
verschiedene
(nur bei Mac:
Zoom-Slider und
Coverow)
- Überblick-Detail
Baum/Ordnerinhalt
- Fokus-Kontext
durch Perspektive
Fisheye-Eekt
- verschiedene Detailstufen durch Zoom
- zusätzliche Details
im Detailfenster
Metapher
- Schreibtisch,
Baum
- Schreibtisch,
Baum
- Informationslandschaft, Baum
Tabelle 4.1: Vergleich der Dateimanager anhand der Kriterien der Informationsvisualisierung
(Teil 1)
Informationsvisualisierung ist in den Tabellen 4.1 und 4.2 zu sehen. Eine Zusammenfassung
der Analyse der dreidimensionalen Dateimanager nach den Kriterien der dreidimensionalen
Benutzerschnittstellen spiegeln die Tabellen 4.3 und 4.4 wieder.
Kriterien der Informationsvisualisierung:
Visualisierung der Metadaten:
Um bestimmte Metadaten der Dateien darzustellen, werden bei allen Systemen visuelle Variablen eingesetzt. Der Dateityp wird fast immer durch in Icon oder eine Vorschau repräsentiert,
was der visuellen Variable
Textur
entspricht. Nur Tactile3D bietet dem Nutzer noch eine zwei-
te Möglichkeit an, indem es für einige Dateitypen ein 3D-Modell verwendet, was der visuellen
50
Tactile3D
Dimensionalität
3D
Visualisierung
- Dateityp
der Metadaten
(3D-Modell bzw.
Box mit Icon oder
Vorschau)
- Dateiname
(Position)
- Zugrisrecht
(Farbe)
Strukturierung
Struktur:
der Daten
- Liste (in Form von
Doppelhelix,
Zylinder, Stadion
oder Pyramide)
- freie Anordnung
3DOSX
3D
BumpTop
3D
- Dateityp
- Dateityp
(Icon/Vorschau)
(Icon/Vorschau)
- Dateiname
- Zugri/Bedeutung
(Position)
(Gröÿe + Gewicht)
- Zugrisrecht Ordner
(Plattenfarbe)
Struktur:
- Ring (Liste)
Ordnung:
- Sortierung
Struktur:
- freie Anordung
- Grid
- Stapel
Ordnung:
- Sortierung
Visual Information - Fokus-Kontext
- Fokus-Kontext
- Fokus-Kontext
Seeking Mantra
durch Perspektive
durch Perspektive
durch Perspektive
- zusätzliche Details - zusätzliche Details - Hervorhebung
unterhalb der
im Detailfenster
durch Farbe
ausgewählten Datei
Metapher
- verschachtelte
- Drehscheibe,
- Schreibtisch
Räume / Baum
Baum
Tabelle 4.2: Vergleich der Dateimanager anhand der Kriterien der Informationsvisualisierung
(Teil 2)
Variable Form entspricht. Weiterhin werden die Dateien meist in eine bestimmte Ordnung
gebracht, wozu oft der Dateiname genutzt wird, um die Dateien danach zu sortieren. Dies
entspricht der visuellen Variablen Position. Viele andere Metadaten werden jedoch nicht visualisiert oder gar nicht erst angeben. Während die Standarddateimanager alle zusätzlichen
Metadaten in der Detailansicht oder der Tabellenansicht in Textform präsentieren, fehlen
diese beim BumpTop gänzlich. Als gutes Beispiel ist Liquid File zu nennen, der die vorherrschende textuelle Darstellung der Standarddateimanager durch die Scatterplot-Visualisierung
erweitert und so die Vergleichsmöglichkeit der Dateien untereinander wesentlich verbessert.
Da die Position nach [Mac86] für alle Datentypen am besten geeignet ist, stellt diese eine
wichtige visuelle Variable dar, die oft zur Visualisierung verschiedenster Metadaten (z.B. Dateiname, Datum) eingesetzt wird. Nominale Daten, wie Dateityp und Zugrisrechte werden
meist über Texturen oder Farben visualisiert, was nach MACKINLAY sehr eektive Variablen
für diesen Dateityp darstellen. Auch das visuelle Attribut Gröÿe bzw. Fläche eignet sich sehr
51
gut zur Visualisierung des quantitativen Datentyps Dateigröÿe (vgl. Liquid File und 3D FSN)
und Zugrishäugkeit (vgl. BumpTop). Da der ordinale Dateityp Datum beim 3D File System Navigator einem Farbverlauf darstellt, eignet sich auch dieses visuelle Attribute gut für
diese Aufgabe.
Struktur und Ordnung der visualisierten Daten:
Gemeinsam haben alle Systeme (bis auf den BumpTop, der nur den Desktop darstellt), dass
die Dateien in ihrer hierarchischen Ordnerstruktur visualisiert werden. Für diese Arbeit sind
jedoch eher die Strukturierungs- und Ordnungsformen innerhalb eines Ordners von Interesse.
So bieten die meisten Systeme eindimensionale Listenstrukturen an, wie die Standarddateimanager oder 3DOSX, während Liquid File durch den Scatterplot gleich mehrere Metadaten
in Beziehung setzt. Als weiteres gutes Beispiel ist Tactile3D zu nennen, der verschiedene
Strukturierungsmöglichkeiten mit der selbst gewählten Platzierung kombiniert, wie dies beim
Desktop der Standarddateimananger oder beim BumpTop der Fall ist.
Die Standarddateimanager bieten viele Ordnungsmöglichkeiten an. So können groÿe Dateimengen durch die Gruppierung oder Stapelung auf kleinere Mengen reduziert werden. Des
Weiteren können diese nach sämtlichen Metadaten sortiert werden. Eine andere Ordnungsmöglichkeit bietet der BumpTop, der die Daten nicht anhand ihrer Metadaten ordnet, sondern
nach der Reihenfolge, wie sie auf einen Stapel gelegt wurden.
Visual Information-Seeking Mantra:
Um den Überblick über die Ordnerstruktur zu behalten, wenden die 2D-Dateimanager sowie
der 3D FSN eine Überblick-Detail-Technik an. Bei den anderen 3D-Dateimanagern sind im
Vergleich nur die letzten besuchten Ordner im Hintergrund zu sehen. Dies hat jedoch den
Nachteil, dass in sehr tiefen Ordnerhierarchien, der Wechsel in eine andere Ordnerebene sehr
mühsam sein kann, da der komplette Weg bis hin zum Verzweigungsknoten zurückgegangen
werden muss. Dagegen ermöglicht der stets präsente Ordnerbaum in den 2D-Dateiamangern
und im 3D FSN den Wechsel jederzeit durch die Auswahl des entsprechenden Ordners. Um
verschiedene Detailstufen der Dateien zu betrachten, bietet der neue Vista-Explorer verschiedene Zoomstufen an (vgl. Abbildung 4.3), mit der die angezeigten Details und die darstellbare
Gröÿe der Dateien variiert werden können.
Bei der Darstellung von sehr groÿen Dateimengen ist der verfügbare Platz jedoch begrenzt
und viele Dateien verschwinden aus dem darstellbaren Bereich. Lediglich die Gröÿe des Scrollbalkens gibt Aufschluss darüber, wie viele Dateien sich auÿerhalb des Anzeigebereiches verbergen.
Bei den 3D-Dateimanagern steht durch die Nutzung der dritten Dimension mehr Platz zur
Verfügung um groÿe Dateimengen anzuzeigen. Durch die Nutzung der Perspektive als FokusKontext-Technik bleiben die Dateien im Hintergrund stets im Blickfeld des Nutzers. Eine
52
andere Fokus-Kontext-Technik wird bei LiquidFile genutzt. Durch einen Zoom-Slider können
alle Dateien soweit verkleinert werden, bis sie auf die darstellbare Fläche passen. Beim Überfahren mit der Maus werden die Dateien im Fokus gröÿer dargestellt, während die restlichen
Dateien kleiner und gestauchter im Kontext erhalten bleiben.
Eine gute Möglichkeit Dateien, die nicht von Interesse sind, zu ltern, zeigt der BumpTop.
Dateien werden zu Stapeln zusammengefasst und können bei Bedarf auf dem Schreibtisch
aufgefächert werden. Um dennoch innerhalb dieser Stapel Dateien schnell zu nden, werden
gesuchte Dateien oder Stapel, die diese Dateien enthalten, farbig hervorgehoben.
Metapherneinsatz:
Bei den Standarddateimanagern, LiquidFile und dem BumpTop wird die Schreibtischmetapher (bzw. Desktop-Metapher ) angewandt, bei der dem Benutzer eine ähnliche Umgebung
angeboten wird, wie er es von einem realen Schreibtisch her kennt (mit Dokumentenstapeln,
Ordnern, Drucker und Papierkorb). Während die Metapher bei den Standarddateimanagern
und LiquidFile sehr abstrakt umgesetzt wird, bemüht sich der BumpTop um eine sehr realistische Darstellung. So wird neben der Gestaltung der Dateien, die eine Ähnlichkeit zu
Papierdokumenten aufweisen sollen, auch physikalische Eigenschaften und Interaktionsmethoden (wie Stapeln, Werfen, Schieben) eingesetzt, die die Arbeit mit dem System noch
intuitiver machen sollen. Abstraktere Metaphern werden bei den anderen 3D-Dateimanagern
eingesetzt. So zeigt der 3D FSN eine abstrakte Informationslandschaft, durch die man hindurch iegen kann. Der 3DOSX setzt eine Drehscheibe ein, auf der die Dateien rotiert lassen
werden können.
Um die Ordnerstruktur zu präsentieren wird von fast allen Systemen eine Baummetapher
angewandt. Bei den Standarddateimanagern und LiquidFile stellt der Baum eher eine Übersicht dar, um dem Nutzer zu vermitteln, in welchem Ordner er sich gerade bendet und den
sprungartigen Wechsel in eine andere Ebene zu ermöglichen. In Tactile3D ndet sich der Nutzer direkt in dieser Baumstruktur wieder, die er schrittweise durchlaufen und erkunden kann.
Dem Nutzer werden verschiedene verschachtelte Räume präsentiert, die die einzelnen Ordner
repräsentieren. Diese Räume könnten betreten werden und oenbaren dann den Ordnerinhalt
bzw. die nächsttiefere Ordnerebene.
Kriterien zum Entwurf dreidimensionaler Benutzerschnittstellen:
Szenenlayout:
Während der 3D FSN dem Nutzer einen weiten, oenen Raum präsentiert, schaen BumpTop
und Tactile3D durch die Wandbegrenzung bzw. die umschlieÿende Kugel visuell abgeschlossene Räume. Der BumpTop stellt zusätzlich noch passive Landmarken auf dem Schreibtischuntergrund zur Verfügung, was die Orientierung und die visuelle Unterscheidung von
53
Dimensionalität
3D File
System Navigator
3D
Tactile3D
3D
Kriterien zum Entwurf dreidimensionaler Benutzerschnittstellen
Szenenlayout
- oener Raum
- Texte verzerrt in die Tiefe
Einsatz von
3D-Techniken
- Perspektive
- relative Höhe
- Verdeckung
- Bewegungsparallaxe
- Fortschreitendes Zuund Aufdecken
- Freiheitsgrade: 4
- Metapher: Flying
- viele Navigationsschritte
- Verbesserung der
Orientierung durch
Überblick-Detail-Technik
Navigation
- abgeschlossener
Raum
- gute Textlesbarkeit ->
Ausrichtung zum Betrachter
- Perspektive
- relative Höhe
- Verdeckung
- Freiheitsgrade: 5
- Metapher: Kombination
Camera-in-Hand + Flying
- Denition von Blickpunkten
und Kamerafahrten möglich
- Teleportation
- teilweise viele
Navigationsschritte
Tabelle 4.3: Vergleich der Dateimanager anhand der Kriterien der dreidimensionalen Benutzerschnittstellen (Teil 1)
Objektgruppen fördern soll. 3DOSX nutzt statt 3D-Elementen verschiedene Hintergrundbilder, die im Bezug auf die Abgeschlossenheit von Räumen verschiedene Wirkungen haben
können. So zeigt die Abbildung 4.7 links einen Swimmingpool, der durch die Wandbegrenzung
ein Gefühl der Abgeschlossenheit vermittelt, während das freie Wolkenlayout (vgl. Abbildung
4.7 rechts) eher den Eindruck eines unendlich weiten Raumes hervorruft.
In Bezug auf die Textdarstellung gibt es verschiedene Herangehensweisen: Beim 3D FSN
liegen die Textächen im Raum und werden so perspektivisch verzerrt, was die Textlesbarkeit, gerade von Textfeldern, die nah am Horizont liegen, einschränkt. Bessere Alternativen
nutzen die anderen 3D-Dateimanager: BumpTop und 3DOSX nutzen Billboard s um Texte
darzustellen, das heiÿt, die Textfelder sind immer dem Betrachter zugewandt. Eine andere
Möglichkeit bietet Tactile3D: Er richtet eine Datei zum Betrachter aus, sobald er mit der
Maus darüber fährt.
Einsatz von 3D-Techniken:
Gemeinsam haben alle betrachteten Systeme, dass sie die Perspektive nutzen um einen Tiefeneindruck zu vermitteln. Durch die Bewegung der Kamera an den Dateien vorbei kann
54
Dimensionalität
3DOSX
3D
BumpTop
3D
Szenenlayout
- oener Raum
- gute Textlesbarkeit
(Billboards)
Einsatz von
3D-Techniken
- Perspektive
- relative Höhe
- Nebel
- Verdeckung
- Freiheitsgrade: 2
- Metapher: Kombination
World-in-Hand
(Drehscheibe)
und Flying (Plattenwechsel)
- feste Blickpunkte
und Kamerafahrten
- teilweise viele
Navigationsschritte
Navigation
- abgeschlossener Raum
- gute Textlesbarkeit
(Billboards)
- passive Landmarken
- Perspektive
- relative Höhe
- Schattenwurf
- Verdeckung
- Freiheitsgrade: 2
- Metapher:
World-in-Hand
- feste Blickpunkte
Tabelle 4.4: Vergleich der Dateimanager anhand der Kriterien der dreidimensionalen Benutzerschnittstellen (Teil 2)
auÿerdem die Tiefeneinschätzung verbessert werden. Dies wird durch die Bewegungsparallaxe und das fortschreitende Zu- und Aufdecken der Dateien untereinander gewährleistet.
Diese dynamischen Tiefenfaktoren kommen bei allen 3D-Dateimanagern zum Einsatz, bis
auf den BumpTop, der eine relativ starre Sicht auf die Dateien anbietet.
Die Hauptsicht beim BumpTop stellt den Überblick über eine nur leicht gekippte Tischplatte
dar, die fast einer Draufsicht nahe kommt. Dadurch wird die gegenseitige Verdeckung der
Stapel und Dateien abgemildert. Bei der Stapelbildung ist die Verdeckung jedoch wieder ein
gewolltes visuelles Mittel um die Reihenfolge der darin platzierten Elemente zu veranschaulichen.
Der Tiefenfaktor relative Höhe wird durch die Perspektive und der senkrechten Orientierung
der Kamera in allen Dateimanagern dargeboten. Besonders wird dieser aber beim 3D FSN
durch die Horizontlinie und beim BumpTop durch die Tischkante unterstützt.
Der Schattenwurf wird nur beim BumpTop angewandt, der hier aber eher ein gestalterisches
Mittel darstellt, da durch die Nutzung der Schreibtischmetapher und der physikalischen Eigen55
schaften deutlich erkennbar ist, dass alle Dateien direkt auf der Schreibtischplatte auiegen
und nicht in der Luft schweben können.
Navigation:
Teilweise werden die Freiheitsgrade in den verschiedenen Systemen stark eingeschränkt. So
stehen beim BumpTop und beim 3DOSX nur 2 Freiheitsgrade zur Verfügung. Dies stellt
sich aber nicht als Nachteil heraus, sondern erleichtert eher die Orientierung und Navigation
im Raum. Tactile 3D stellt im Vergleich dazu fast alle Freiheitsgrade zur Verfügung (bis
auf die Rotation der Kamera um die Z-Achse), was nicht immer vom Vorteil sein muss. So
kann die Ausrichtung der Kamera auf ein bestimmtes Zielobjekt sich teilweise als schwierig
erweisen. Abhilfe schaen dabei feste Blickpunkte, die man sich im Tactile3D denieren kann.
BumpTop und 3DOSX stellen diese schon im Vorfeld zur Verfügung, was die Navigation und
die Auswahl einer geeigneten Sicht wesentlich vereinfacht.
Wie bereits in Kapitel 3.2.2 angesprochen, ist es wichtig, die Navigations- und Interaktionsschritte zu minimieren, um eine Aufgabe auszuführen. Dies wurde im Hinblick auf die Auswahl
einer Datei untersucht:
Im 3D FSN bewegt man sich iegend über die Informationslandschaft (Flug-Metapher) hinweg, muss jedoch auch, je nach Lage des gesuchten Ordners, lange Strecken zurücklegen,
was die Anzahl der Navigationsschritte, um eine Datei zu erreichen, stark ansteigen lässt.
Auch bei Tactile3D müssen mehrere Räume durchwandert werden, um beispielsweise eine
Datei tief in einer Ordnerhierarchie zu erreichen. Abhilfe dabei schaen die bereits erwähnten Blickpunkte, die man auf bestimmte Tastaturbefehle setzen kann. So kann man sich,
wie bei den Verknüpfungen in den Standarddateimanagern, zu wichtigen, oft genutzten Ordnern direkt per Tastaturbefehl hin teleportieren (vgl. Kapitel 3.2.3). Jedoch kann dabei die
Orientierung im Raum verloren gehen, da durch die fehlende Überblick-Detail-Technik nicht
genau klar ist, in welcher Ordnerhierarchieebene man sich nach der
Teleportation bendet.
Durch die eingeschränkten Freiheitsgrade und die vordenierten Blickpunkte erweist sich
die Auswahl einer Datei bei BumpTop und 3DOSX relativ einfach. Zusätzlich wird bei der
Auswahl eines Objektes (z.B. einer Wand bei BumpTop oder einer Platte bei 3DOSX) automatisch eine Kamerafahrt an diese Stelle vollzogen, so dass kein sprungartiger Wechsel
stattndet und damit die Orientierung gefördert wird. Allerdings fehlt bei 3DOSX die Möglichkeit an bestimmte Stellen im Ordnerbaum direkt zu springen. Dies erhöht die Anzahl der
Navigationsschritte, um zu einer Datei tief in einer Hierarchieebene zu gelangen.
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Aufbauend auf den Erkenntnissen der vorherigen Abschnitte, wird in diesem Kapitel die Konzeption einer Visualisierung von Dateien erfolgen.
Dazu werden im ersten Teil des Kapitels Probleme von bisherigen Systemen erörtert und
anschlieÿend die Anforderung für die Visualisierung festgelegt.
Im zweiten Teil des Kapitels wird dann das Visualisierungskonzept erarbeitet. Bei dem Erstellungsprozess ieÿen die zuvor erarbeiteten Kriterien (siehe Kapitel 4.1) mit ein. Die Ergebnisse
dieses Kapitels dienen als Basis für die in Kapitel 6 aufgezeigte praktische Realisierung.
5.1 Problem- und Anforderungsanalyse
Um konkrete Anforderungen an das Visualisierungskonzept zu stellen, werden zunächst die
Standarddateimanager genauer betrachtet, um aufzuzeigen, an welcher Stelle Visualisierungsbedarf besteht. Neben den Ergebnissen aus Kapitel 4 werden dabei Nutzerstudien zu Rate
gezogen, welche die Gewohnheiten und Probleme der Nutzer mit den Standarddateimanagern
verdeutlichen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden anschlieÿend die Anforderungen
an das Visualisierungskonzept deniert.
5.1.1 Problemanalyse
Um wichtige Probleme herauszuarbeiten, an die bei der Anforderungsanalyse und der Konzeption angeknüpft werden soll, werden in diesem Abschnitt zwei verschiedene Studien betrachtet, die sich mit den Arbeitsgewohnheiten und Organisationsstrategien von Nutzern
bei der Arbeit mit dem Dateisystem beschäftigen. Dabei ieÿen die in Kapitel 4 gemachten
Beobachtungen mit ein.
RAVASIOs Studie befasst sich mit Problemen, denen Nutzer bei der täglichen Arbeit mit
dem Computer ausgesetzt sind. In dieser Studie wurden 16 Nutzer mit unterschiedlichen
Fachkenntnissen interviewt [RSK04]. Dabei geht er auch auf Erkenntnisse älterer Studien
mit ein, die deshalb an dieser Stelle ebenfalls betrachtet werden. So untersuchten BARREAU
und NARDI die unterschiedlichen Strategien, die Benutzer anwenden, um ihre Dateien zu
organisieren und zu nden. Dabei ging BARREAU auf Nutzer von Windows-Systemen und
NARDI auf Macintosh-Nutzer ein [BN95].
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Die Probleme die RAVASIO herauslterte, betrafen zum einen die Benutzerschnittstelle selbst
und werden im Folgenden näher aufgeführt. Einige Probleme betrafen auch das zugrundeliegende System, wie zum Beispiel:

die Ordnerhierarchie: diese wird oft als zu starr angesehen um z.B. Verknüpfungen von
Dokumenten und Ordnern darzustellen. So kann Ordner A thematisch sowohl Ordner
B als auch Ordner C untergeordnet sein, was häug dazu führt, dass Dateien doppelt
auf dem System gespeichert werden.

die fehlende Möglichkeit, zusammengehörende Ressourcen zu speichern (wie zum Beispiel zusammengehörige Programmdateien oder gedankliche Verknüpfungen wie Zitat
und dazugehöriger zitierter Artikel).
Die Probleme und Strategien der Nutzer, die die Benutzerschnittstelle betreen, sollen nun
im folgenden betrachtet werden:
Dateispeicherung- und Klassizierung:
Anhand der Nutzerbefragungen fanden BARREAU und NARDI heraus, dass die Nutzer drei
verschiedene Arten von Informationen benutzen, die nach Lebensdauer bzw. -abschnitt eingeteilt werden können:
1. kurzlebige, temporäre Dateien (engl. ephemeral Information) wie Todo-Listen, Notizen
oder Downloads, die oft auf dem Desktop oder in temporären Ordnern gespeichert
werden.
2. Dateien, mit denen täglich gearbeitet wird (engl. working information), wie beispielsweise aktuelle Projektdateien. Diese werden oft vom Nutzer oder der Arbeitsgruppe des
Nutzers selbst erstellt und sind meistens so wichtig, dass sie in einem eigenen Ordner
oder einer bestimmten Stelle auf dem Desktop abgelegt werden, um schnell erreichbar
zu sein.
3. Archivierte Dateien (engl. archived information) können schon mehrere Monate oder
Jahre alt sein und sind nur noch indirekt relevant für die aktuelle Arbeit des Nutzers. So
werden beispielsweise nach Projektende die Dateien gesondert gespeichert, um später
auf sie zurückgreifen zu können, sollten ähnliche Aufgaben erneut bearbeitet werden.
Metadaten sind hier oft die einzige Information, diese wiederzunden, da der genaue
Speicherort auf lange Zeit in Vergessenheit geraten kann.
Das Dateisystem bietet dem Nutzer somit auch verschiedene Speicher- bzw. Ablagemöglichkeiten der Dateien. Neben der Speicherung der Dateien in einem beliebigen Ordner, kann
durch Ablage dieser auf dem Desktop ein ortsabhängiger Bezug hergestellt werden. Viele Anwender nutzten diesen zum Beispiel für die Ablage von Dokumenten, die dringend bearbeitet
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werden müssen, indem sie diese in einer Ecke des Desktops platzierten. Dateien und Programme, die häug genutzt werden, wurden dagegen in einer anderen Ecke platziert. Jedoch
ist die Funktion des Desktops meist unklar und wird von vielen Programmen oft missbraucht.
So erstellen viele Programme bei der Installierung eine Verknüpfung (engl. shortcut ) an einer
beliebigen Stelle auf dem Desktop, was das persönliche Ablagesystem des Nutzers stören
kann. Ebenso irritierte es gerade unerfahrene Nutzer, dass der Desktop und die Benutzerschnittstelle des Dateisystems (z.B. der Dateiexplorer in Windows oder Finder beim Mac)
grundsätzlich gleiche Funktionalitäten anbieten. Diese wurden von einigen Nutzern als völlig
eigenständige Einheiten wahrgenommen (vgl. [RSK04]).
Dateisuche- und zugri:
BARREAU und NARDI unterscheiden zwei verschiedene Strategien, die Nutzer anwenden,
um Dateien im Dateisystem zu nden. Die eine stellt die ortsbezogene Suche (engl. locationbased search) dar. Dabei navigiert der Nutzer direkt in den Ordner, in dem er die Datei
vermutet und durchsucht so lange die enthaltene Dateimenge, bis er die gesuchte Datei
gefunden hat. Diese Suche wird so lange in allen in Frage kommenden Ordnern wiederholt,
bis der Nutzer die Datei gefunden hat. Dagegen wird bei der logischen Suche (engl. logical
serach) der Dateiname oder ein anderes Schlüsselwort direkt in ein Suchsystem eingegeben
und diesem die Suche überlassen. In den Studien von BARREAU und NARDI stellte sich
heraus, dass eine Mehrheit der Nutzer die ortsbezogene Suche bevorzugte. Da es sich beim
Dateisystem um einen persönlichen Informationsraum handelt und dieser im Gegensatz zur
Suche im Internet, vom Nutzer selbst erstellte bzw. gespeicherte Daten enthält, will der
Nutzer auch das Gefühl haben, diesen Raum zu beherrschen. Aus diesem Grund bevorzugt er
die aktive Suche nach einer Datei, die er an einem bestimmten Platz abgelegt hat, anstatt
auf eine Liste des Computers zu warten, die alle relevanten Einträge enthalten soll ([BN95],
S.41). BARRAEU und NARDI fanden weiterhin heraus, dass sich Nutzer oft nicht mehr an den
Dateinamen der gesuchten Datei erinnern, selbst wenn der Zeitpunkt der Erstellung noch gar
nicht so lang zurück liegt. Um diese wiederzunden, sortierten und durchsuchten die Nutzer
die Dateilisten so lange, bis die gesuchte Datei aus der gesamten Liste extrahiert werden
konnte. Da der genaue Dateiname oft nicht mehr bekannt war, wurden weitere Metadaten
in die Suche und Sortierung mit einbezogen.
Jedoch werden diese Metadaten in den Standarddateimanagern meist nur in textlicher Form
angezeigt (vgl. Abschnitt 4.2), was die schnelle, visuelle Erfassung dieser Daten erschwert.
Abstraktionsgrad der Metapher:
Obwohl in den letzten Jahren Betriebssysteme mit vielen technischen und gestalterischen
Neuerungen auf dem Markt kamen, ist die Desktop-Metapher die einzige Konstante in diesen Entwicklungen geblieben. Die Metapher erleichtert dem Nutzer zwar den Zugang zum
System, indem ihm ähnliche Dokumente angeboten werden, wie er sie von seinem Schreibtisch her kennt. Jedoch bringt diese übermäÿig konkrete Metapher auch viele Probleme mit
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sich, die die Nutzer irritieren können (vgl. [RSK04]). So entsprechen viele Funktionalitäten
nicht mehr dem realen Vorbild, wie z.B. die Verlinkung von Dokumenten untereinander durch
Verknüpfungen und Tags. RAVASIO rät daher zu abstrakteren Metaphern, die die verschiedenen Funktionalitäten, die die Dateiverwaltung mittlerweile anbietet, umfassen kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die unterschiedlichen Zugrisgewohnheiten und
-wünsche der Nutzer auch unterschiedliche Visualisierungen erfordern. Dies betrit zum einen
die Ordnerstruktur, die zwar bei der ortsbezogenen Suche von den Nutzern gern selbst durchsucht wird, um auf ihre Dateien zuzugreifen. In einigen Fällen stellte diese sich aber auch als
zu starr heraus, um beispielsweise Verknüpfungen oder Dateien mit den gleichen Schlüsselwörtern (engl.
Tags )
darzustellen, was den Bedarf einer alternativen Visualisierungsmöglichkeit,
in der diese Verknüpfungen besser unterstützt werden, erkennen lässt.
Zum anderen betrit dies die Darstellung der Ordnerinhalte selbst, bei denen die Nutzer verschiedene Strukturierungsmöglichkeiten einsetzen, um ihre Dateimenge zu überblicken und
diese wiederzunden. Abhängig vom Status bzw. Lebenszyklus einer Datei werden vom Nutzer verschiedene Strategien entwickelt, diese zu organisieren. Dies betrit zum einen die
ortsbezogene Ablage der aktuellen Arbeits- oder temporären Dateien, die vom Nutzer an
einem Ort abgelegt werden, an den er sich leicht erinnern und auf den er schnell zugreifen
kann. Zum anderen werden bei einer sehr groÿen Anzahl von Dateien oder Dateien, deren
Zugri länger zurückliegt, verschiedene Ordnungsmöglichkeiten eingesetzt.
Dabei stellte sich heraus, dass die textliche Darstellung der Metadaten nicht unbedingt hilfreich ist, um wichtige Informationen auf einen Blick zu erfassen. Neben der Suche nach einer
bestimmten Datei spielen die Metadaten auch eine wichtige Rolle bei der Analyse einer Datei oder dem Vergleich von Dateien untereinander. Sie können einerseits Aufschluss darüber
geben, ob die Datei für die weitere Betrachtung relevant ist, ohne dass diese vorher geönet
werden muss. Andererseits erlauben sie den direkten Vergleich mit anderen Dateien im Ordner oder mit ähnlichen Dateien an verschiedenen Speicherorten.
Daraus lässt dich der Bedarf nach einer visuellen Hervorhebung der Dateimetadaten erkennen. Weiterhin werden diese für die Sortierung der Dateien genutzt. Die Nutzerstudien zeigten, dass die Nutzer oft mehrere Sortierungen hintereinander ausführen, um verschiedene
Metadaten in die Betrachtung mit einzubeziehen. Durch das Anbieten verschiedener Sortiermöglichkeiten und der Möglichkeit, diese miteinander zu kombinieren bzw. in Beziehung zu
setzen, kann das Vergleichen der Dateien untereinander ebenfalls erleichtert werden.
5.1.2 Anforderung an die Visualisierung
Die Visualisierung von Daten beinhaltet die Erzeugung von Bildern und Bildsequenzen, die
die Eigenschaften dieser Daten veranschaulichen, mit dem Ziel, die in den Daten verborgenen
Zusammenhänge darzustellen (vgl. [SM00]).
Jedoch ist nicht jede Visualisierung dazu geeignet, diese Zusammenhänge für den Betrachter
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sichtbar zu machen. Daher stellt sich die Frage, welche Eigenschaften die Qualität einer
visuellen Repräsentation bestimmen und welche Faktoren diese Qualität beeinussen. Die
bekannteste Formulierung von Kriterien für die Qualität einer graphischen Darstellung geht
auf MACKINLAY zurück (vgl. [Mac86], [LNS06]). Die Visualisierung einer Datenmenge sollte
prinzipiell:

expressiv,

eektiv und

angemessen sein.
Das Kriterium der
Expressivität
wird erfüllt, wenn die Visualisierung die Datenmenge unver-
fälscht wiedergibt. Das heiÿt, nur die in den Daten enthaltenen Informationen sollen durch
die Visualisierung dargestellt werden.
Eine Datenmenge kann durchaus durch verschiedene Visualisierungen, die das Expressivitätskriterium erfüllen, repräsentiert werden. Die in Frage kommenden Visualisierungstechniken
sollten jedoch auch das Kriterium der
Eektivität
erfüllen, indem die Wahrnehmungsfähig-
keiten des Anwenders und die charakteristischen Eigenschaften des Ausgabegerätes berücksichtigt werden, um eine intuitive Informationsvermittlung zu unterstützen. Die Eektivität
einer Visualisierung hängt im Gegensatz zur Expressivität nicht nur von den Daten selbst,
sondern auch von weiteren Einussfaktoren, wie der eigentlichen Zielsetzung der Visualisierung ab. So kann eine visuelle Repräsentation in den meisten Fällen nicht allen möglichen
Bearbeitungszielen genügen (vgl. [SM00]).
Da die Visualisierung von Daten auch mit Kosten verbunden ist, muss der Aufwand, den eine Visualisierung erfordert und der Nutzen der Visualisierung gegenübergestellt werden. Das
Kriterium der
Angemessenheit
besagt, dass die Visualisierung in angemessener Zeit erzeugt
und den Ressourcen des Ausgabegeräts angepasst ausgegeben werden muss.
Insbesondere bei dreidimensionalen Visualisierungen ist das Zusammenspiel von Eektivität
und Angemessenheit von groÿer Bedeutung. Zwar kann eine aufwendig berechnete Darstellung sehr eektiv erscheinen, sollte die Berechnung aber zu lange Zeit in Anspruch nehmen,
kann eine solche Wartezeit vom Nutzer auch als Belastung empfunden werden.
Eine allgemeine Denition zur Qualität von Visualisierungen geben SCHUMANN und
MÜLLER:
Die Qualität einer Visualisierung deniert sich durch den Grad, in dem die bildliche Darstellung das kommunikative Ziel der Präsentation erreicht. Sie lässt sich
als das Verhältnis von der vom Betrachter in einem Zeitraum wahrgenommenen
Informationen zu der im gleichen Zeitraum zu vermittelnden Informationen beschreiben. Die Qualität einer Visualisierung ist somit im starken Maÿe abhängig
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von den Charakteristika der zugrunde liegenden Daten und ihren Eigenschaften, dem Bearbeitungsziel, den Eigenschaften des Darstellungsmediums sowie
den Wahrnehmungskapazitäten und den Erfahrungen des Betrachters. ([SM00],
Seite 7)
In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Einussfaktoren, die die Qualität einer
Visualisierung beeinussen, näher betrachtet. Im Wesentlichen lässt sich das Visualisierungs-
Gegenstand, Ziel und Kontext der Visualisierung charakterisieren, also durch
was, warum und unter welchen Rahmenbedingungen visualisiert wird ([LNS06],
problem durch
die Fragen,
Seite 3).
Gegenstand der Visualisierung sind die zugrundeliegenden Daten, die im ersten Abschnitt
analysiert werden. Das Ziel der Visualisierung wird durch die Aufgabe, die der Nutzer mit
der Visualisierung lösen will, bestimmt und soll im zweiten Teil diskutiert werden. Bei den
Rahmenbedingungen sind sowohl die Eigenschaften des Nutzers (z.B. sein Vorwissen und
Präferenzen) als auch die verfügbaren Ressourcen wie die verwendete Hard- und Software zu
berücksichtigen, worauf im letzten Abschnitt dieses Kapitel eingegangen wird.
Beschreibung der zu visualisierenden Daten
In diesem Abschnitt wird auf den eigentlichen Gegenstand der Visualisierung, die zugrunde
liegenden Daten, eingegangen. Diese werden kurz vorgetellt und anschlieÿend gemäÿ der in
Kapitel 3.1.3 beschriebenen Klassizierung eingeordnet.
Metadaten sind, wie bereits in Kapitel 2.2 erwähnt, strukturierte Daten, die die Dateien beschreiben, um sie dadurch besser aundbar zu machen.
Dateien können mehrere Metadaten besitzen und gehören so zu den multidimensionalen Daten (vgl. Kapitel 3.1.3). Da für die Visualisierung dieser Daten nur drei Dimensionen zur
Verfügung stehen, werden weitere visuelle Variablen (vgl. Abbildung 3.3) genutzt, um den
höherdimensionalen Datenraum auf den niedrigdimensionalen visuellen Informationsraum zu
projizieren. Um diese auf eine visuelle Variable abzubilden, müssen die zu visualisierenden Daten im ersten Schritt bestimmt werden. Im zweiten Schritt sollen diese anhand der Klassikation von MACKINLAY in nominale, ordinale und quantitative Daten eingeordnet werden.
Grundlegende Metadaten, die alle Betriebssysteme gemeinsam haben, sind:
Dateiname :
dient in Verbindung mit dem Dateipfad der genauen Identizierung und
Lokalisierung der Datei im Betriebssystem.
Dateityp : macht das
Format der Datei erkennbar und weist das Betriebssystem darauf
hin, mit welchem Programm die Datei interpretiert werden kann.
Dateigröÿe :
gibt an, wie viel Speicherplatz die Datei auf dem physischen Speicherme-
dium benötigt.
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Erstelldatum: gibt den genauen Zeitpunk an, wann die Datei zum ersten Mal gespeichert
wurde.
Datum der letzten Änderung :
gibt den genauen Zeitpunkt an, wann die Datei zum
letzten Mal gespeichert wurde.
Zugrisrechte :
können ausführende, schreibende und lesende Rechte sein. Eine Datei
mit nur lesendem Zugri kann nicht verändert oder gelöscht werden.
In Tabelle 5.1 werden diese anhand der Klassizierung von [Mac86] eingeordnet.
Nominal
Ordinal
Quantitativ
- Dateityp
- Dateiname
- Dateigröÿe
- Zugrisrechte
- Datum der
letzten Änderung
- Erstelldatum
Tabelle 5.1: Klassizierung der Datei-Metadaten
Dateispezische Metadaten wie der Autor einer PDF oder der Interpret einer Musikdatei
können zum Aunden einer Datei ebenso sehr hilfreich sein. Diese lassen sich auf die gleiche
Weise in die Klassizierungstabelle einordnen. Exemplarisch sollen jedoch in den folgenden
Abschnitten nur die grundlegenden Metadaten betrachtet werden.
Ziele der Visualisierung
In diesem Abschnitt werden die Ziele der Visualisierung deniert. Dies betrit zum einen die
Aufgabe, die der Nutzer mit der Visualisierung lösen soll. Zum anderen wird festgelegt, ob
die Visualisierung zwei- oder dreidimensional sein soll. Dabei werden die Diskussionen aus
Kapitel 3.1.6 und die Erkenntnisse aus Kapitel 4 in die Betrachtung einieÿen.
Wie sich nach der Problemanalyse in Abschnitt 5.1.1 herausstellte, können Visualisierungen
an verschiedenen Stellen die Arbeit mit den Dateien verbessern. Jedoch wurde auch gezeigt,
dass eine Visualisierung allein nicht alle Aufgaben erfüllen kann, sondern je nach der zu erfüllenden Aufgabe verschiedene Sichten auf die Daten angeboten werden müssen. Deshalb wird
in diesem Schritt festgelegt, welche Aufgaben das zu entwickelnde Konzept erfüllen soll.
Wie in Abschnitt 5.1.1 hervorgehoben wurde, kann durch die Visualisierung der Metadaten
der Zugri auf die Dateien und der Vergleich dieser untereinander verbessert werden. Diese
stellen vor allem bei Dateien, auf die lange nicht zugegrien wurde, eine Hilfe dar, diese wiederzunden. Darüber hinaus lassen sich anhand der Metadaten verschiedene Strukturierungsund Ordnungsmöglichkeiten unterstützen. Da sich bei den Nutzerstudien herausstellte, dass
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die Dateimenge vom Nutzer lieber selbst durchsucht und nach verschiedenen Kriterien sortiert
wird, soll auch das Visualisierungskonzept eine Sortierung nach verschiedenen Metadaten ermöglichen. Ziel ist es, wichtige Metadaten zu visualisieren und so auf einen Blick erfassbar zu
machen, um gesuchte Dateien in der Dateimenge hervorzuheben und den Vergleich dieser untereinander zu erleichtern. Weiterhin wird an dieser Stelle betont, dass in dem Konzept nur die
Visualisierungs- und Navigationsmöglichkeiten innerhalb dieses Informationsraums betrachtet
werden. Weiterführende Aufgaben des Dateimanagers, wie das Önen oder die Manipulation
von Dateien, werden dabei nicht berücksichtigt.
Wie in Kapitel 3.1.6 schon angesprochen wurde, kann die Frage, ob eine zwei- oder dreidimensionale Informationsvisualisierung vorteilhafter ist, nicht pauschal beantwortet werden.
Es sprechen jedoch einige Argumente für die Nutzung der dritten Dimension wie
die Möglichkeit mehr Informationen auf dem Abbildungsbereich darzustellen, da durch
die Nutzung der Tiefeninformation mehr Platz für die Verteilung der Informationsobjekte zur Verfügung steht,
der reichere Informationsraum (zusätzliche Raumkoordinate und Objektausrichtung im
Raum zum Kodieren von Informationen nutzbar) und
der Fokus-Kontext-Eekt durch die perspektivische Projektion,
die gerade bei der Darstellung von groÿen Dateimengen hilfreich sein können.
Hinzu kommt das Kriterium der Benutzerfreude (siehe Seite 3.2.2), da gerade in der 3DVisualisierung ein überragendes Potenzial steckt, von einer reinen Nutzerqualität zu einer
tatsächlichen Erlebnisqualität zu gelangen, was die Attraktivität und Akzeptanz der Benutzerschnittstelle erhöhen kann (vgl. [Dac04]). Aus diesen Gründen wird ein weiteres Ziel die
Konzeption einer dreidimensionalen Visualisierung sein.
Jedoch zeigte die Analyse der 3D-Dateimanager in Kapitel 4.3, dass bei der Nutzung einer
dreidimensionalen Visualisierung dem Navigationskonzept eine groÿe Bedeutung zuzumessen
ist. So kann der Nutzer mit der Kontrolle zu vieler Freiheitsgrade überfordert werden und
die Ausführung bestimmter Aufgaben im dreidimensionalen Raum (wie beispielsweise die Navigation zu einer Datei) zu viel Zeit in Anspruch nehmen, was die Akzeptanz des Systems
und die Benutzerfreude wieder erheblich beeinträchtigen kann. Aus diesem Grund wird neben
der eigentlichen Visualisierung auch ein Fokus auf die Navigation im dreidimensionalen Raum
gelegt, um dem Nutzer einfache und schnelle Blickpunktwechsel im Raum zu ermöglichen.
Kontext der Visualisierung
Wie am Anfang des Kapitels bereits kurz erwähnt, legt der Kontext der Visualisierung die
Rahmenbedingungen fest. Diese berücksichtigen unter anderem die verwendete Hard- und
64
5.2 Entwicklung des Visualisierungskonzepts
Software, die zur Erstellung der Visualisierung genutzt werden soll.
Da es sich bei dem Konzept um eine Visualisierung der Dateien auf dem Arbeitsrechner
handelt, soll es auch möglich sein, diese auf einem normalen Standardcomputer ohne spezielle
3D-Ein- oder Ausgabegeräte zu nutzen (siehe Desktop-VR, Kapitel 3.2.1).
Zur Umsetzung des Visualisierungskonzepts dient, wie bereits in Kapitel 1.1 erwähnt wurde,
die Arbeitsumgebung Bildsprache LiveLab (BiLL). Dabei handelt es sich um eine Forschungsumgebung, die am Lehrstuhl für Mediengestaltung entwickelt wurde. BiLL ermöglicht die Visualisierung dreidimensionaler Welten in Echtzeit und stellt dem Benutzer zudem interaktive
Eingrismöglichkeiten zur Verfügung. In Kapitel 6.1 wird die Arbeitsumgebung im Kontext
der Umsetzung des Visualisierungskonzeptes noch genauer vorgestellt.
Aufbauend auf den zuvor beschriebenen Anforderungen wird nun das Visualisierungskonzept
entwickelt. Die in Kapitel 4.1 entwickelten Kriterien bilden eine Basis für diese Konzeption.
5.2.1 Visualisierung der Metadaten
In diesem Abschnitt werden den verschiedenen Datei-Metadaten visuelle Variablen zugeordnet. Dabei sind vor allem zwei Fragen zu klären (vgl. [LNS06]):
1. Welche Metadaten sollen durch welche visuelle Variable repräsentiert werden?
2. Welche Ausprägungen einer visuellen Variablen sollen welche Datenwerte kodieren?
Die erste Frage betrit die Zuordnung einer Datenvariablen zu einer visuellen Variable wie
Farbe, Position oder Form. Diese werden zunächst anhand der vorhandenen Ergebnisse aus
Kapitel 4.3 und der Bewertung von MACKINLAY (vgl. Abbildung 3.3) diskutiert. Die zweite
Frage beinhaltet die Abbildung des Wertebereiches einer Datenvariablen auf den Wertebereich
einer visuellen Variablen. Dies betrit zum Beispiel die Untersuchung, welche maximalen
und minimalen Werte auftreten können und die Festlegung, welcher Datenwert auf welchen
genauen Farbwert abgebildet werden soll.
Dateivisualisierung:
Wichtig ist es zunächst, die Datei selbst zu visualisieren. Dazu soll eine geometrische Grundform festgelegt werden, die die Datei im Raum repräsentiert, aber auch Raum für mögliche
Erweiterungen des Visualisierungskonzepts bietet. So stellt der Ordner beispielsweise eine
spezielle Datei dar (vgl. Kapitel 2.2), dem zur besseren Unterscheidung eine andere Grundform zugewiesen werden kann als der normalen Datei selbst. Die Frage, für welche Aufgaben
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kubische oder runde Objekte besser geeignet sind, wurde bereits in [Gro05] diskutiert. So
eignen sich kubische Objekte, um Zustandsänderungen wie eine Drehung im Raum, sichtbar
zu machen. Aufgrund ihrer räumlichen Lage können diese leichter zu Gruppen zusammengefasst werden ([Gro05], S. 179).
Geht es darum, die Abstände zwischen zwei benachbarten Objekten zu kontrollieren, eignen
sich wiederum Kugeln gut für diese Aufgabe. Ihnen sieht man hingegen eine Zustandsänderung, wie die Drehung um die eigene Achse, nicht an. Um selektierte Dateien besser aus dem
groÿen Datenmengenverbund zu lösen, ist die Zustandsänderung wie die Drehung sehr hilfreich. Des Weiteren kann zusätzlich die visuelle Variable Orientierung eingesetzt werden, um
ein Datei-Metadatum zu visualisieren. Hilfreich ist auÿerdem, dass kubische Formen trotzdem das Flächige nicht ganz verlieren. So hat ein Würfel beispielsweise mehrere Flächen,
die zur Projektion von Informationen genutzt und je nach Bedarf in den Vordergrund gedreht
werden können. Aus diesem Grund soll zur Visualisierung der Datei selbst eine Box genutzt
werden.
Visualisierung des Dateinamens:
Der Dateiname ist eine essentielle Information zur Identikation der Datei. Aus diesem Grund
ist es wichtig, die Textform beizubehalten. Bei dem Namen handelt es sich um einen ordinalen Datentyp (vgl. Tabelle 5.1), der mit Hilfe der visuellen Variable Position abgebildet
werden soll. Diese ist zum einen ein sehr ezientes Mittel (vgl. Abbildung 3.3) zur Abbildung
aller Datentypen. Andererseits bleibt die textliche Information, die in dem Fall von groÿer
Bedeutung ist, erhalten. Durch Sortierung der Anfangsbuchstaben ist es möglich, die Lage
der Datei im Raum zu bestimmen, um diese leichter lokalisieren zu können.
Dateien können mit einem Buchstaben beginnen (26 verschiedene Werte) sowie Sonderzeichen oder Zahlen an erster Stelle des Dateinamens enthalten. Damit wird der Wertebereich
auf 28 verschiedene Startwerte festgelegt. Für die Sortierung muss vorher festgelegt werden,
in welcher Reihenfolge sich Buchstaben, Zahlen und Sonderzeichen einordnen lassen. Dabei
soll sich an der Sortierung von den Standarddateimanagern orientiert werden, die die Werte
in folgender Reihenfolge einordnen:
1. Sonderzeichen (auÿer: \ / : * ? " < > | )
2. Zahlenwerte (0. . . 9)
3. Buchstaben (A. . . Z)
Visualisierung des Dateityps:
Der Typ einer Datei ist wichtig für die Interpretation, der in einer Datei abgelegten Information. Dieser bestimmt unter anderem, mit welchem Programm eine Datei gelesen und
bearbeitet werden kann. Wie in den Tabellen 4.1 und 4.2 zu sehen ist, wird dieser häug
durch ein Icon repräsentiert. Da die Textur eine eektive visuelle Variable für nominale Da-
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ten darstellt (vgl. Abbildung 3.3) und viele Anwender durch die Desktop-Metapher schon
an Icons zur Repräsentation des Dateityps gewohnt sind, soll auch hier das Icon zur Repräsentation des Dateityps dienen. Dieses kann auf eine Fläche der Box, der die Datei an sich
repräsentiert, projiziert werden.
Da es unzählig viele verschiedene Dateitypen gibt und viele Hersteller stets neue Icons für
ihre Dateien zur Verfügung stellen, ist es schwierig, diese alle zu berücksichtigen. Daher sollen die Daten zunächst in verschiedene Kategorien geteilt werden, denen verschiedene Icons
zugeordnet werden können wie beispielsweise Bild-, Audio-, Film-, Text- und Systemdateien.
Jedoch soll bei der Implementierung darauf geachtet werden, dass diese jederzeit leicht zu
erweitern sind, um zum Beispiel oft genutzten Dateiformaten wie PDFs oder Worddateien
spezischere Icons zuweisen zu können. Eine mögliche Erweiterung des Konzepts stellt die
Ersetzung der Icons durch Vorschaubilder dar, wie dies bei den Standarddateimanagern bei
ausgewählten Dateiformaten der Fall ist (siehe Seite 42). Gerade bei Bilddateien beinhaltet
die Vorschau den gröÿten Wiedererkennungswert, da der Name bei Fotos beispielsweise oft
automatisch generiert wird und der Nutzer damit keine Assoziationen verbindet.
Visualisierung der Dateigröÿe:
Die Dateigröÿe zeigt an, wie viel Platz die Datei auf dem Speichermedium einnimmt. Diese
kann beispielsweise zu Rate gezogen werden, wenn es um Löschentscheidungen oder den
Transport über Datenleitungen mit beschränkter Bandbreite bzw. auf Datenträger mit begrenzter Speicherkapazität geht. Die passende visuelle Variable sollte also in der Lage sein, die
quantitativen Unterschiede von unterschiedlichen Dateigröÿen darzustellen. Nach MACKINLAYs Bewertung (vgl. Abbildung 3.3) sind Position und Gröÿenangaben wie Länge, Fläche
oder Volumen geeignet für diese Aufgabe.
Betrachtet man die zuvor analysierten Dateimanager, so wird die Dateigröÿe, sofern sie überhaupt visualisiert wird, durch die Gröÿe repräsentiert. Bei Gröÿenangaben wie das Volumen
besteht allerdings die Gefahr, dass groÿe Dateien kleinere Dateien als unwichtig erscheinen
lassen. LiquidFile (vgl. Seite 43) umgeht dieses Problem, indem es gesonderte Kreise einsetzt,
die nur mit der Datei durch die gleichen horizontalen Positionskoordinaten in Verbindung stehen. Bringt man diese Gröÿeninformation jedoch direkt innerhalb der Dateiform unter, könnte
eine Textdatei neben groÿen Multimediadateien untergehen und als nicht so bedeutungsvoll
angesehen werden. Da jedoch als Grundform für eine Datei eine kubische Form genutzt wird,
können hier die verschiedenen Ausmaÿe im Raum ausgenutzt werden.
So soll die Gröÿe einer Datei auf die Tiefenausprägung der Box abgebildet werden, so dass
diese nicht von allen Betrachtungspunkten aus eine solche dominante Gröÿe im Blickfeld des
Nutzers einnimmt. Nutzt man die Tiefenausprägung um die Gröÿe zu kodieren, so wird diese
nur in einer Draufsicht oder in einer Seitenansicht des Würfels wahrgenommen, tritt in einer
Vorderansicht jedoch in den Hintergrund.
Der Wertebereich der Dateigröÿe ist schwer denierbar, da einer Datei nach oben hin kaum
Grenzen (bis auf die Gröÿe der Festplatte) gesetzt sind. Um jedoch zu vermeiden, dass auÿer-
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gewöhnlich groÿe Dateien zuviel Platz einnehmen, soll ein Wertebereich von einem Kilobyte
bis hin zu einem Gigabyte (entspricht 1.048.576 KB) festgelegt werden und alle Dateien,
die gröÿer sind, werden auf diese maximale Gröÿe abgebildet. Da es sich jedoch immer noch
um einen sehr groÿen Wertebereich handelt, kann es sinnvoll sein, statt einer linearen Abbildungsskala eine logarithmische Skala zu nutzen. Logarithmische Skalen eigenen sich besonders dazu, funktionale Abhängigkeiten darzustellen, die sich über einen weiten Bereich von
Gröÿenordnungen erstrecken.
Visualisierung der Zugrisrechte:
Zugrisrechte weisen den Nutzer darauf hin, welche Aktionen er mit der Datei ausführen
darf. So können für jede Datei lesende, schreibende und ausführende Rechte vergeben werden. Obwohl eine Visualisierung der Zugrisrechte dem Nutzer ein schnelles Feedback geben
kann, auf welche Dateien er zugreifen darf, wird diese nur bei wenigen Dateimanagern eingesetzt. Lediglich 3DOSX visualisiert die Zugrisrechte bei Ordnern durch die Plattenfarbe
und Tactile3D die Dateien selbst durch die Farbe (Dateien mit lesendem Zugri werden rot
dargestellt). Da der Farbton eine sehr eektive visuelle Variable für nominale Datentypen darstellt (vgl. Abbildung 3.3), soll diese auch hier zur Visualisierung der Zugrisrechte verwendet
werden. Das Ziel dieser Visualisierung soll es sein, dem Nutzer ausführbare Dateien oder Dateien, auf die er nur lesenden Zugri (engl. read-only ) hat, hervorzuheben. Dazu werden 3
Farben benötigt, was die folgende Farbkombination ermöglicht: Rot für read-only -Dateien,
Gelb für Dateien mit Lese-und Schreibzugri und Grün für Dateien mit allen Zugrisrechten
(lesend, schreibend und ausführbar).
Visualisierung von Erstell- und Änderungsdatum:
Bei den beiden zeitbezogenen Metadaten Erstelldatum und Änderungsdatum handelt es sich
um ordinale Datentypen, bei denen durch die Visualisierung eine visuelle Ordnung erschaen
werden soll. Während das Erstelldatum Informationen über das Dateialter liefert, kann das
Änderungsdatum zur Aktualitätsprüfung eingesetzt werden.
Bei der Betrachtung der Dateimanager fällt auf, dass die Datumsangaben (sofern sie überhaupt berücksichtigt wurden) häug infolge einer Listensortierung, also durch die visuelle
Variable Position, dargestellt wurden. Nur der 3D File System Navigator nutzt eine andere
visuelle Variable: die Farbe. Nach der Einteilung von MACKINLAY (vgl. Abb. 3.3) sind jedoch
Helligkeit und Sättigung besser für die Visualisierung von ordinalen Daten geeignet. Da es
sich um zwei verschiedene Datumsangaben handelt, stellt die Möglichkeit, beide auf einmal zu
visualisieren eventuell Chancen dar, um verborgene Beziehungen zwischen diesen Metadaten
aufzudecken, was in den betrachteten Dateimanagern bisher nicht der Fall war. So könnte
beispielsweise der Anwendungsfall, dass beide Datumsangaben weit in der Ferne liegen, den
Nutzer darauf hinweisen, dass diese gelöscht werden kann. Liegt dagegen die Zeitspanne weit
auseinander (hohes Dateialter, Zugri liegt dagegen nicht weit zurück) kann dies auf eine
wichtige, oft genutzte Datei hinweisen. Aus diesem Grund soll eine parallele Visualisierung
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durch die visuelle Variable Position, die eine geordnete Liste von Dateien nach einem Datum
erzeugt und die visuelle Variable Sättigung ermöglicht werden.
Durch Ausnutzung der Sättigung kann eine neue Datei intensiver und leuchtender dargestellt
werden, während eine alte Datei ausbleicht, wie es beispielsweise bei alten Fotos der Fall ist.
Bei der Abbildung auf die Sättigung spielen die Werte, die die Dateien einnehmen können
eine groÿe Rolle. Dieser kann sehr groÿ sein, da das Erstelldatum auch Jahre zurückliegen
kann. Eine Möglichkeit ist es, wie bei der Dateigröÿe eine logarithmische Skala anzuwenden,
damit wichtige Datumsangaben (wie heute oder gestern bearbeitete Dateien) nicht zu sehr
untergehen, wenn die abgebildete Zeitspanne mehrere Jahre umfasst. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Wertebereich direkt an die älteste bzw. neuste Datei anzupassen, um
Unterschiede in der visualisierten Dateimenge stärker hervorzuheben.
5.2.2 Strukturierung der Daten
Wie in der Anforderungsanalyse bereits festgelegt, soll eine Sortierung der Daten unterstützt
werden. Die Standarddateimanager stellen für diese Zielstellung eine einfache Liste zur Verfügung, die nach verschiedenen Metadaten geordnet werden kann. Sobald die darzustellende
Dateimenge nicht mehr auf dem zur Verfügung stehenden Anzeigebereich untergebracht
werden kann, werden Teile dieser vor dem Nutzer verborgen und diesem stattdessen ein
Scrollbalken zur Verfügung gestellt, mit dem er festlegen kann, welcher Teil der Datenmenge
im sichtbaren Bereich angezeigt wird (vgl. Abbildung 5.1 a).
Durch Ausnutzung der dritten Dimension kann der darzustellende Platz für die zu visualisierenden Elemente vergröÿert werden. So kann ein Kippen der Listenansicht in die Tiefe
bewirken, dass die restlichen Dateien nicht auÿerhalb des darstellbaren Bereiches verschwinden, sondern immer noch im Hintergrund für den Nutzer sichtbar sind (vgl. Abbildung 5.1
b). Doch auch diese Darstellung weist noch Grenzen auf: überschreiten die darzustellenden
Dateien einen bestimmten Tiefenwert, werden diese durch die hintere Clippingebene abgeschnitten (vgl. Kapitel 2.1). Auÿerdem treten starke Verdeckungen der Dateien untereinander
auf.
3DOSX stellt eine interessante Möglichkeit zur Verfügung, um diese Probleme abzumindern
(vgl. Seite 47). So wird die Liste in einem Kreislayout dargestellt (vgl. Abbildung 5.1 c). Dieses beschränkt zum einen die Tiefenausdehnung der Liste auf den Durchmesser des Kreises,
zum anderen werden die Dateien in der Vorderansicht nicht mehr völlig voneinander verdeckt.
Weiterhin bewirkt die Krümmung des Kreises, dass immer nur ein paar Elemente in voller
Gröÿe im Fokus des Betrachters sind und die restlichen Elemente im Kontext verkleinert
dargestellt werden.
Bei der Analyse der Dateimanager zeigte sich weiterhin, dass viele Dateimanager nur eindimensionale Listenstrukturen anbieten, während LiquidFile durch die Scatterplot-Visualisierung
gleich zwei verschiedene Metadaten in Beziehung setzt, um die Dateien besser miteinander
vergleichen zu können (vgl. Kapitel 4.2). Eine Anwendung dieser Variante auf den Kreis ist in
69
Legende
Far-Clipping-Plane
a) Einfache Sortierung
Sichtkörper
(Draufsicht)
Near-Clipping-Plane
b) Einfache Sortierung
mit Tiefenausnutzung
- Elemente innerhalb
des Sichtkörpers
- Elemente außerhalb
des Sichtkörpers
c) Einfache Sortierung
mit Kreislayout
d) Kreislayout mit
Positionierung
anhand zweier
Paramenter
Variante 1:
Scatterplot
Variante 2:
Gruppierung und Sortierung
Abbildung 5.1: Darstellung der einzelnen Konzeptionsschritte
Abbildung 5.1 links unten zu sehen. So kann die Auÿenkante des Kreises zur Repräsentation
eines Merkmals dienen, indem beispielsweise die Dateien alphabetisch auf diesem angeordnet
werden. Der Kreisradius kann zur Repräsentation eines zweiten Merkmals genutzt werden,
wie zum Beispiel dem Erstelldatum. So können neue Dateien auÿerhalb des Kreises und ältere
Dateien mehr in Richtung des Mittelpunktes angeordnet werden. Einen Nachteil dieser Visualisierung stellen die Überschneidungen der Elemente dar, sollten mehrere Dateien ähnliche
Merkmale besitzen. Um dies zu umgehen, kann durch Einteilung des Kreises in verschiedene
Segmente (eine Segment für jede Datei) die Überschneidung der Elemente umgangen werden. Nachteil dieser Variante stellt jedoch die wachsende Kreisgröÿe, je nach Anzahl der zu
visualisierenden Elemente, dar.
Eine zweite, Platz sparendere Variante wird in Abbildung 5.1 rechts unten gezeigt. Hier werden die einzelnen Segmente genutzt, um eine Gruppierung der Dateien nach einer bestimmten
Eigenschaft vorzunehmen (z.B. nach dem Dateityp) um diese anschlieÿend innerhalb dieser
Segmente nach einem weiteren Merkmal zu sortieren (z.B. nach dem Dateialter). Durch Aus70
richtung der Elemente zur Auÿenseite des Kreises werden die einzelnen Segmente zusätzlich
durch die visuelle Variable
Orientierung
voneinander abgehoben. Durch die Unterteilung des
Kreises in Segmente, in der weitere Dateien angeordnet werden können, erhöht sich die
Anzahl der darstellbaren Elemente innerhalb einer Kreisäche. Jedoch kann auch bei dieser
Variante der Platz irgendwann ausgeschöpft sein, indem beispielsweise sehr viele Dateien das
gleiche Kriterium erfüllen und so nicht mehr in ein Segment passen. Eine Möglichkeit dies zu
umgehen wäre, den Radius des Kreises zu erweitern. Jedoch kann dies im Extremfall riesige
Kreisgrundächen zur Folge haben, die schwer zu überblicken sind. Eine andere Möglichkeit
stellt die Nutzung einer virtuellen Box dar, die auch bei 3DOSX eingesetzt wird, um groÿe
Dateimengen zu kapseln. Diese können innerhalb eines Kreissegmentes erscheinen, sobald die
zu visualisierende Dateimenge einen bestimmten Grenzwert überschreitet und die restlichen
Dateien darin kapseln. Die Gröÿe der Box kann dem Nutzer ein Feedback geben, wie viele
Dateien sich innerhalb dieser verbergen. Durch geeignete Interaktionstechniken können diese
dann bei Bedarf aus der Box herausgezogen werden.
5.2.3 Visual Information-Seeking Mantra
Um die visuelle Suche der Dateien zu unterstützen, soll das Visual Information-Seeking Mantra von SHNEIDERMAN berücksichtigt werden (vgl. Kapitel 3.1.4). Das besagt, dass dem
Nutzer zuerst ein
Überblick
über den gesamten Informationsraum gegeben werden soll. Dies
wird erreicht, indem dem Nutzer eine Draufsicht auf die Kreisäche angeboten wird. Wichtige Informationen kann er dort schon erkennen, wie die Verteilung seiner Daten innerhalb der
einzelnen Segmente oder einzelne Metadaten-Visualisierungen wie die Gröÿe der einzelnen
Dateien, ihr Alter und die Zugrismöglichkeiten.
Mit Hilfe des
Zooms
können relevante Informationsbereiche fokussiert werden. Dies soll durch
eine Kamerafahrt realisiert werden, die eine nahe Frontalansicht des ausgewählten Segmentes zur Verfügung stellt. Ähnlich wie bei Analyse der anderen 3D-Dateimanager festgestellt
wurde, kann durch die Nutzung der Zentralprojektion dabei automatisch ein
Eekt
Fokus-Kontext-
erzielt werden. So werden die Informationen im Vordergrund, also die fokussierten
Dateien, vergröÿert, während die Dateien im Hintergrund, zugunsten des Überblicks, verkleinert dargestellt werden.
Der
Filter
dient dazu, die für den Nutzer relevanten von den nichtrelevanten Informationen
zu trennen. Ein Anwendungsfall könnte sein, dass der Nutzer wissen möchte, welche Dateien
er an diesem Tag bearbeitet hat, um sie beispielsweise auf einem externen Speichermedium
zu sichern. Dies soll durch eine farbliche Hervorhebung und durch eine Positionsveränderung
der Dateien geschehen. So kann die dritte Dimension genutzt werden, um die Dateien entlang der Höhenachse aus dem Dateiverbund heraus zu lösen, indem sie in Relation zu ihrer
ursprünglichen Position nach oben verschoben werden.
Schlieÿlich sollen dem Nutzer bei Bedarf noch zusätzliche Informationen zur ausgewählten
Datei angeboten werden (Details-on-Demand ). Dies soll durch eine Animation umgesetzt
71
werden, die eine selektierte Datei aus dem Dateiverbund heraushebt, um eine genauere Betrachtung dieser zuzulassen. Zusätzlich soll der Nutzer die Möglichkeit erhalten, die Datei zu
drehen, da die Rückwand der Box dazu genutzt werden soll, um Detailinformationen darauf
zu projizieren.
5.2.4 Metaphernndung
Das Ziel dieses Abschnittes ist es, eine geeignete Metapher für die Visualisierung zu nden.
Diese soll den Vertrautheitsgrad der Benutzerschnittstelle erhöhen und kann die Attraktivität
dieser und die Motivation des Nutzers verbessern (vgl. Kapitel 3.2.2). Wie sich aber bei der
Betrachtung der dreidimensionalen Benutzerschnittstellen und bei der Problemanalyse (vgl.
Kapitel 5.1.1) herausstellte, darf eine Metapher nicht zu eng gefasst werden, sondern sollte
abstrakter gehalten werden, um die verschiedenen Funktionalitäten und möglichen Erweiterungen alle umfassen zu können.
Zum einen ist die Strukturmetapher durch den Kreis schon vorgegeben. Wichtig ist es nun,
eine Raummetapher zu nden, die die einzelnen Funktionen und Positionierungen der Dateien im Raum erklärt. Diese sollen sich zum einen auf dem Kreis benden, was eine Art
Schwerkraft und Bezugspunkt zu einer Bodenäche bedingt. Andererseits sollen diese auch
die Möglichkeit haben, sich aus dem Dateiverbund zu lösen und aufzusteigen, um einzelne
Dateien näher betrachten zu können.
Eine Metapher, die diese beiden Eigenschaften erfüllt, stellt die Unterwassermetapher dar.
Einerseits haben dort die Dateien einen Bezugspunkt zum Meeresboden, auf dem der Kreis
positioniert werden kann. Andererseits bietet diese Metapher auch die Möglichkeit, das Aufsteigen der Dateien zu erklären, die so regelrecht aus dem Wasser herausgescht werden
können. Verschiedene weitere Ideen integrieren sich in diese Raummetapher. So können die
Dateien statt auf einem Kreis auf einem Sandberg angeordnet werden, der sich auf dem
Meeresboden bendet. Dieser erlaubt, von oben betrachtet, den gewünschten Überblick über
die Dateien. Zoomt man jedoch nah an die Dateien heran, verhindert er, dass die Dateien
in den dahinterliegenden Segmenten den Blick auf die im Fokus bendlichen Dateien stören
können. Der Sandberg grenzt somit besser die vorderen von den hinteren Segmenten ab.
Des Weiteren kann eine passende Navigationsmetapher eingesetzt werden: so kann sich der
Benutzer wie ein Taucher durch die Unterwasserwelt bewegen und diese erkunden, indem er
die Dateien aus verschiedenen Blickwinkeln und verschiedenen Höhen betrachtet. So kann er
durch Auftauchen die gesamte Datenmengen auf dem Meeresboden überblicken und durch
abtauchen einzelne Dateien näher betrachten.
Da die Unterwassermetapher als abstrakte Raummetapher eingesetzt werden soll, die die
Positionierungen und Bewegungen der Dateien erklärt, bietet diese auch Raum für mögliche
Erweiterungen. Soll beispielsweise eine ortsbezogene Positionierung der Dateien vorgenommen werden, kann die Unterwasserlandschaft mit speziellen Landmarkierungen ausgestattet
werden, um dem Nutzer eine Erinnerungsstütze zu bieten. Um groÿe Dateimengen zu kap72
seln, ist die Nutzung von Wasserblasen vorstellbar, die mehrere Dateien nach einem Kriterium
in sich aufnehmen und eine Art Fisheye-Eekt bei der Betrachtung dieser anbieten.
5.2.5 Aufbau des Szenenlayouts
In diesem Abschnitt wird auf die Besonderheiten des Szenenlayouts eingegangen. Wie in Kapitel 3.2.2 schon erwähnt wurde, soll bei der Gestaltung der Szene darauf geachtet werden,
eine visuelle Unordnung zu vermeiden. Um die Szene nicht zu überladen sein, soll ein sehr
minimalistisches Szenenlayout gewählt werden, damit nicht von der eigentlichen Aufgabe die Visualisierung der Dateien - abgelenkt wird. In Anlehnung an die Unterwassermetapher
wird der Hintergrund blau eingefärbt und ein Nebeleekt eingesetzt, der zum einen die Trübheit des Wassers simuliert und dem Raum eine visuelle Begrenzung verleiht. Ein weiterer
positiver Eekt des Nebels ist, dass er den Tiefeneindruck der Szene verstärkt (vgl. Kapitel
2.1). Durch den Einsatz des Nebels erschlieÿen sich noch weitere Visualisierungsmöglichkeiten. So können beispielsweise Dateien von Interesse (z.B. selektierte oder gelterte Dateien)
von dem Nebeleekt ausgeschlossen werden, um diese aus der Dateimasse hervorzuheben.
Als Sandberg kann ein einfacher Kegel mit einer Sandtextur dienen. Dieser stellt den Bezugspunkt für die Dateien auf dem Meeresboden dar. Durch Anordnung der Dateien auf diesem
werden diese stufenförmig hintereinander gestaelt, so dass sich die Dateien innerhalb eines
Segmentes nicht vollständig verdecken. Des Weiteren dient der Kegel dazu, eine Trennung
zwischen den vorderen und den hinteren Segmenten zu vollziehen. Da jedoch die Dateien
trotzdem im Kontext sichtbar bleiben sollen, wird dem Kegel eine leichte Transparenz verliehen. So sind die Dateien im Hintergrund trotzdem noch sichtbar, werden aber durch den
transparenten Kegel visuell von den vorderen Kreissegmenten getrennt.
Um dem Nutzer ein Feedback über die Inhalte der Segmente zu geben, sollen diese mit dem
Sortierkriterium beschriftet werden. Um eine gute Textlesbarkeit zu gewährleisten, sollen dafür, wie beim BumpTop und 3DOSX (vgl. Kapitel 4.3) zu sehen war,
Billboard s
eingesetzt
werden, damit der Text immer zum Betrachter ausgerichtet ist.
5.2.6 Einsatz von 3D-Techniken
Da zur Darstellung der Visualisierung ein zweidimensionales Ausgabegerät genutzt wird, sollen verschiedene monokulare Faktoren (vgl. Kapitel 2.3.3) den Tiefeneindruck der Szene
verbessern. Jedoch soll der Einsatz der verschiedenen 3D-Techniken auch wohlüberlegt sein,
da nicht alle für jede Aufgabenstellung sinnvoll sind (vgl. Kapitel 3.2.2) und der Einsatz zu
vieler 3D-Techniken eher Verwirrung stiften kann und unnötig Rechenzeit beansprucht.
Nicht alle 3D-Techniken sollen schon von Anfang an ausgeschlossen, sondern in Kombination
miteinander getestet werden (vgl. Kapitel 6.4), um herauszunden, ob sie für die Visualisierung geeignet sind. So stellen die Simulation verschiedener
Lichtquellen und der Schattenwurf
einen interessanten Tiefenfaktor dar. Durch Einsatz dieser in Kombination mit der Visualisie-
73
rung kann überprüft werden, ob die Beleuchtung einzelner Objekte oder deren Schattenwurf
den Tiefeneindruck der Szene verstärkt oder eher von geringerer Bedeutung ist. Da bei variierenden Beleuchtungsverhältnissen Farben noch relativ konstant wahrgenommen werden
können (vgl. Kapitel 2.3.1,
Farbkonstanz ),
ist auch kein störender Einuss der Lichtquellen
auf die Farbvisualisierung der Zugrisrechte zu erwarten.
Weiterhin stellt der direkte Vergleich der verschiedenen Projektionsarten in Kombination mit
dem Visualisierungskonzept einen interessanten Aspekt dar. Ein Vorteil der
Parallelprojektion
ist die gleiche Gröÿendarstellung der einzelnen Elemente, egal wie weit sie vom Betrachter
entfernt sind. Andererseits entspricht die
Zentralprojektion der Abbildung durch das mensch-
liche Auge, so dass dieser an diesen Eekt gewöhnt ist bzw. diesen vielleicht sogar erwartet.
Dies soll im Rahmen der Umsetzung der Visualisierung analysiert werden.
Einige monokulare Faktoren sind jedoch schon durch die vorangegangenen Konzeptionsschritte fest vorgegeben: So tritt die
Verdeckung
auf, die durch die Anordnung der Dateien inner-
halb der Segmente auch ein wichtiges Mittel ist, um die Reihenfolge dieser zu visualisieren.
Durch die vorgegeben Bodenäche wird zudem der Tiefenhinweis
relative Höhe
unterstützt.
Nebel, der durch die Metapher schon vorgegeben ist und ebenfalls
den Tiefeneindruck der Szene verstärken kann. Letztendlich werden auch die Bewegungsparallaxe und das Fortschreitende Zu- und Aufdecken von Flächen zum Einsatz kommen, da der
Ein weiterer Eekt ist der
Nutzer die Möglichkeit haben soll, sich innerhalb der Szene zu bewegen.
5.2.7 Navigationskonzept
Wie sich in den vorangegangenen Analysen zeigte, kommt dem Navigationskonzept eine groÿe
Bedeutung zu, um möglichst schnell die Blickpunkte im Raum zu ändern und so verschiedene
Sichten auf die Daten einnehmen zu können.
Bevor die Freiheitsgrade des Navigationskonzeptes festgelegt werden, wird zunächst eine
geeignete Navigationsmetapher bestimmt. Wie zuvor schon beschrieben, wird die Unterwassermetapher verwendet, in der ein Sandberg mit den visualisierten Dateien enthalten ist. Dies
schlieÿt die
World-in-Hand -Metapher
aus, da es schwer vorstellbar ist, einen ganzen Sand-
berg zu drehen, wie es beispielsweise bei den Kreisplatten von 3DOSX der Fall ist. Auch die
Walking -
und
Camera-in-Hand -Metapher
allein reichen hier nicht aus, da der Nutzer ver-
schiedene Positionen in der Höhe einnehmen soll, um die Dateien sowohl in der Übersicht als
auch im Detail zu betrachten. Die
Flying -Metapher
ist eher für die Navigation über groÿe
Distanzen geeignet, was in diesem Fall ebenfalls nicht benötigt wird.
Der Betrachter kann passend zur Raummetapher eher als
Taucher
gesehen werden, der die
Möglichkeit hat, die Visualisierung sowohl von oben zu betrachten, als auch hinab zu den
Dateien zu tauchen, um diese im Detail zu begutachten.
Diese grenzt jedoch noch keine Freiheitsgrade ein, da sowohl die Bewegung (Translationen) als auch die Drehung (Rotation) der Kamera denkbar ist. Wie sich bei der Analyse der
Dateimanager herausstellte, war es eher vom Nachteil, dem Nutzer die Kontrolle über alle
74
Blickpunkte in der Seitenansicht
Blickpunkte in der Draufsicht
Abbildung 5.2: Navigationskonzept - links: Übersicht und Detailansicht, rechts: feste Blickpunkte vor allen befüllten Segmenten
Freiheitsgrade zu überlassen (vgl. Tactile3D, Seite 56). Um die Dateivisualisierung sowohl
in der Übersicht als auch in einer Detailansicht betrachten zu können, wird eine Translation
der Kamera in der Höhe erforderlich. Des Weiteren ist eine Neigung dieser nötig, um richtig
auf die Objekte ausgerichtet zu werden. Darüber hinaus soll es die Möglichkeit geben, den
Sandberg zu umfahren, was eine Verschiebung der Kamera sowie deren Ausrichtung in x- und
z-Richtung bedingt. Das Rollen der Kamera, also die Rotation um die z-Achse, wird jedoch
nicht benötigt, da es eher verwirrend für den Nutzer sein kann, die Visualsierung schief oder
auf dem Kopf stehend zu betrachten. Da jedoch 5 Freiheitsgrade sehr viele sind, um diese
alle der alleinigen Kontrolle des Nutzers zu überlassen, sollen diesem vordenierte Blickpunkte
und Kamerafahrten zwischen diesen angeboten werden.
Eine Skizzierung dieser festen Blickpunkte ist in Abbildung 5.2 zu sehen. Dem Nnutzer werden zwei verschiedene feste Höhenkoordinaten zur Verfügung gestellt. Ein Blickpunkt bendet
sich über dem Kegel und bietet dem Nutzer einen Überblick über die Dateimenge. Er nimmt
sozusagen die Rolle des Feldherrn ein (vgl. [Gro05]), in welcher der Nutzer die enthaltenen Dateien überschaut und dadurch seinen nächsten Zug planen kann. Eine Kamerafahrt
soll den Nutzer zu den Dateien herabtauchen lassen, um die einzelnen Segmentinhalte im
Detail zu betrachten (vgl. Abbildung 5.2 links). Der Nutzer bendet sich nun direkt in der
visualisierten Dateimenge und nimmt die Rolle des Wanderers ein. Von dort aus soll ein
schneller Wechsel zu den benachbarten Segmenten möglich sein. Ziel ist es, einen geeigneten
Blickpunkt vor jedem befüllten Segment anzubieten, damit der Nutzer sich schnell zwischen
diesen bewegen kann (vgl. Abbildung 5.2 rechts). Ohne diese festen Blickpunkte müsste der
Nutzer sowohl die Translation als auch die Rotation der Kamera kontrollieren, um diese rund
um den Kegel zu bewegen und richtig auf die Segmente auszurichten, was gerade unerfahrene
75
Nutzer überfordern könnte.
5.3 Zusammenfassung der Konzeption
In diesem Kapitel wurde ein Visualisierungskonzept auf Basis der zuvor denierten Anforderungen und der in Kapitel 4.1 aufgestellten Kriterien entworfen. Die folgende Tabelle fasst
die Ergebnisse der Konzeption zusammen, die die Grundlage für die anschlieÿende praktische
Umsetzung darstellen. Die kursiven Einträge repräsentieren dabei Werte, die im Praxisteil der
Arbeit erst noch auf ihre Eignung überprüft werden sollen.
Visualisierungskonzept
Dimensionalität
3D
Visualisierung
- Dateiname (Position + Orientierung)
der Metadaten
- Dateityp (Icon)
- Dateigröÿe (Box-Tiefe)
- Zugrisrechte (Farbe)
- Erstelldatum (Sättigung)
- Änderungsdatum (Position)
Strukturierung
Struktur:
der Daten
- verschachtelte Liste
Ordnung:
- Sortierung
- Grupperiung
Visual Information - Übersicht - Zoom - Detail durch Blickpunkte
Seeking Mantra
- Fokus-Kontext durch Perspektive
Metapher
- Unterwassermetapher
- Kegelmetapher
Szenenlayout
- visuelle Begrenzung durch Nebel
- transparente Grenze zwischen den Segmenten (Kegel)
- gute Textlesbarkeit durch Billboards
Einsatz von
- Verdeckung
3D-Techniken
- relative Höhe
- Nebeleekte
- Fortschreitendes Zu- und Aufdecken
- Parallel- oder Zentralprojektion
- Beleuchtung und Schattenwurf
Navigation
- Freiheitsgrade: 5
- Metapher: Taucher
- feste Blickpunkte und Kamerafahrten
Tabelle 5.2: Konzeptübersicht
76
In diesem Kapitel wird die Realisierung des zuvor erstellten Visualisierungskonzepts beschrieben. Wie bereits in Kapitel 5.1.2 erwähnt, soll eine Umsetzung des Konzepts in der Arbeitsumgebung Bildsprache LiveLab erfolgen, die im ersten Teil des Kapitels kurz vorgestellt wird.
Die Umsetzung erfolgt in Form eines
Plugins für diese Arbeitsumgebung, dessen Aufbau in
Abschnitt 6.2 beschrieben wird. Abschnitt 6.3 geht auf die konkrete Umsetzung der einzelnen
Konzeptionsschritte aus Kapitel 5.2 ein. Im letzten Teil des Kapitels werden die praktischen
Ergebnisse dieser Arbeit vorgestellt.
6.1 Die Arbeitsumgebung Bildsprache LiveLab
Bildsprache LiveLab (kurz BiLL) stellt eine interaktive Arbeitsumgebung dar, welche die Visualisierung und Manipulation virtueller Welten in Echtzeit gestattet (vgl. [Ebn07]). Diese
wurde am Lehrstuhl für Mediengestaltung der TU Dresden entwickelt und dient der Erforschung verschiedener Sachverhalte der 3D-Interfacegestaltung und der analytischen Untersuchung im Bereich der Bildsprache und der Wahrnehmungspsychologie.
Die Hauptanwendung besteht aus zwei Fenstern, einem Editor und einen Viewer, die in
Abbildung 6.1 zu sehen sind. Während der Viewer für die Visualisierung dreidimensionaler
Szenendaten verantwortlich ist, dient der Editor dazu, verschiedene Funktionalitäten zur Manipulation der Darstellung im Viewer zur Verfügung zu stellen. Der Editor ist unterteilt in eine
Abbildung 6.1: Bildsprache Live Lab - links: Editor-Fenster, rechts: Viewer-Fenster
77
Menüleiste, einen Szenenbrowser und eine Registerkartengruppe. In der Menüleiste werden
wichtige Basisfunktionalitäten zur Verfügung gestellt, wie das Laden und Speichern einer Szene und die Auswahl der Navigationsmodi. Im Szenenbrowser wird der Aufbau der im Viewer
dargestellten Szene in Form eines Szenengraphen (vgl. Kapitel 2.1) angezeigt. Dieser bietet
dem Nutzer einen Überblick über die hierarchische Zusammensetzung der Szene. Die Registerkartengruppe kapselt verschiedene Karten, die jeweils einzeln in den Vordergrund geholt
werden können. Die darin enthaltenen Kontrollelemente erlauben es, einzelne Parameterwerte
der Szenenobjekte zu manipulieren, die die Darstellung im Viewer in Echtzeit beeinussen.
nutzt verschiedene Frameworks, bei deren Auswahl vor allem Wert auf eine freie Verfügbarkeit und gute Performance gelegt wurde. Zur Realisierung der visuellen Ausgabe wird
OpenSceneGraph (OSG) verwendet, welches auf dem Szenengraphkonzept zur Strukturierung der Szeneninformationen basiert. OSG wurde in der Programmiersprache C++ geschrieben und baut auf die Grakschnittstelle Open Graphics Library (OpenGL) auf. Ein weiteres
Framework stellt das Fast Light Toolkit (FLTK) dar, das zur Erstellung der graschen Benutzeroberäche des Editors genutzt wird.
BiLL
Da BiLL als Forschungsplattform dienen soll, wurde es durch eine Plugin-Architektur erweitert (vgl. [Woj07]). Dies ermöglicht die Implementierung verschiedener Plugins, welche die
Funktionalitäten der Anwendung erweitern. Da ein Datenaustausch der Plugins untereinander nicht möglich war, wurde BiLL neu konzipiert und steht nun unter der Versionsnummer
2.0 zur Verfügung. Dabei wurde die ursprüngliche Plugin-Schnittstelle verworfen und stattdessen eine auf dem OSGi-Standard1 basierende Komponentenlaufzeitumgebung benutzt.
Diese heiÿt Open-Service-Platform und baut auf den POCO -Bibliotheken auf. Dabei handelt
es sich um eine Sammlung von Klassenbibliotheken zur plattformunabhängigen Softwareentwicklungen mit C++ (vgl. [Kam09]). Nach dem OSGi -Standard werden die Erweiterungen als
Bundles bezeichnet. Der Einfachheit halber soll im weiteren Teil der Arbeit der Begri Plugin
als Synonym verwendet werden. Neben den Austauschmöglichkeiten zwischen den Plugins,
stellt BiLL 2.0 verschiedene neue Services zur Verfügung, die zum Beispiel die Möglichkeit
anbieten, mehrere Viewer-Fenster parallel zu verwalten, um so beispielsweise verschiedene
Projektionsverfahren direkt miteinander zu vergleichen.
Die Arbeitsumgebung BiLL eignet sich sehr gut für die Umsetzung der zuvor denierten Ziele. Zum einen wird die Erstellung dreidimensionaler Szenen in Echtzeit ermöglicht, sowie die
Interaktion und Navigation in dieser unterstützt. Zum anderen wird die Bereitstellung der
zu visualisierenden Datei-Metadaten durch die POCO-Bibliotheken gewährleistet. Des Weiteren können Funktionalitäten schon vorhandener Plugins genutzt werden, wie zum Beispiel
das Licht-Plugin, das ermöglicht, verschiedene Lichtquellen in der Szene zu setzen und den
Schattenwurf der darin enthaltenen Objekte zu simulieren.
1
bedeuted:
78
Open Services Gateway initiative (OSGi)
6.2 Aufbau des DataVis-Plugins
In diesem Abschnitt wird auf den Aufbau des Plugins eingegangen und wichtige Funktionalitäten werden kurz erläutert. Eine Struktur des Plugins
DataVis,
das zur Realisierung des
Visualisierungskonzepts erstellt wurde, ist in Abbildung 6.2 zu sehen, anhand der die wichtigsten Klassen und Funktionalitäten beschrieben werden.
DataVis
BundleActivator
start()
stop()
TabDataVis
GUI
generateContents()
Visualization
Manager
File
Manager
createScene()
listFiles()
filterFiles()
File
name
type
size
creationTime
lastWriteTime
fileAccess
Interaction
Manager
SortFileSet
addFile()
getSortList()
Data Module
FileVis
Controller
Structure
Controller
Environment
Controller
createRingView()
mapFileMetadata()
createEnvironment()
Visualization Module
Abbildung 6.2: Aufbau des
Bundle-Activator:
Die Klasse DataVis
moveItem()
rotateItem()
setViewPoints()
GUIEventHandler
DataVis
handle()
DataVis
CameraManipulator
handle()
Interaction Module
DataVis -Plugins
Bundle-Activator, der die Methoden implementiert,
die beim Starten und Stoppen des Plugin s (bzw. Bundles ) von der Komponentenlaufzeitumgebung ausgeführt werden. Die Start -Methode wird aufgerufen, wenn das Plugin DataVis in
BiLL gestartet wird. Dabei können Services registriert werden, die das Plugin für BiLL zur
dient als so genannter
Verfügung stellt. Des Weiteren werden an dieser Stelle Services abgerufen, die das Plugin
zur Implementierung seiner Funktionalitäten benötigt. Bereitgestellte Services und andere
zur Laufzeit erstellte Objekte müssen beim Stoppen des Plugins innerhalb der
Stop -Methode
wieder deregistriert oder entfernt werden.
GUI des DataVis-Plugins:
Die Klasse TabDataVis erzeugt die graphische Benutzeroberäche (Graphical User Interface
(GUI)), die der Hauptanwendung eine weitere Registerkarte mit dem Namen DataVis zur
Verfügung stellt (vgl. Abbildung 6.3). Diese wird durch die Methode generateContents() erzeugt und beim Starten des Plugins aufgerufen.
79
Import
der DateiMetadaten
Visualisierung
der DateiMetadaten
Interaktion
Abbildung 6.3: Benutzeroberäche des DataVis -Plugins im BiLL-Editor
Dem Nutzer werden verschiedene Kontrollelemente zur Verfügung gestellt, um die Visualisierung zu erstellen und zu manipulieren. Die Einstellungsmöglichkeiten sind in drei Bereiche
zu unterteilen. Im ersten Teil können die für die Visualisierung benötigten Datei-Metadaten
geladen werden. Diese werden im nächsten Schritt visualisiert. Dabei stehen verschiedene
Einstellungsmöglichkeiten zur Verfügung, um die Visualisierungs- und Sortierparameter zu
beeinussen. Im Interaktionsbereich können anschlieÿend verschiedene Filter und KameraModi getestet werden.
Die dem Plugin zugrunde liegende Klassenstruktur teilt sich in drei verschiedene Module. Die
Modulstruktur lehnt sich, wie die Aufteilung der GUI, an das Referenzmodell der Informationsvisualisierung (vgl. Kapitel 3.1.2) an, die im Folgenden näher betrachtet wird.
Data Module:
In diesem Modul werden dem Plugin die für die Visualisierung benötigten Datei-Metadaten
zur Verfügung gestellt. Im FileManager werden dazu verschiedene Methoden implementiert,
um die Dateien aus dem gewünschten Verzeichnis einzulesen oder nach einer bestimmten
Eigenschaft zu ltern. Dabei wird die Klasse File genutzt, um die Metadaten der Dateien zu
kapseln. Die Klasse SortFileSet ermöglicht die Sortierung der Dateien nach verschiedenen
Datei-Metadaten, die in der GUI auswählbar sind. Der FileManager stellt schlieÿlich dem
Visualisierungsmodul eine Liste mit File -Objekten zur Verfügung.
80
Visualization Module:
Das Visualisierungsmodul umfasst verschiedene Klassen, die die einzelnen Aufgaben der Visualisierung implementieren. Der FileVisController ist für die Abbildung (engl. Mapping ) der
Metadaten auf die visuellen Variablen verantwortlich. Der StructureController erzeugt die
einzelnen Kreissegmente und ordnet die sortierten Dateien innerhalb dieser an. Das Szenenlayout wird durch den EnvironmentController erzeugt, der für die Farbgebung der Szene, die
Erstellung des transparenten Kegels und die Erzeugung der Segmentbeschriftungen zuständig ist. Gesteuert werden diese drei Klassen durch den VisualisizationManager, der mit der
Methode createScene() die Visualisierung erzeugt.
Legende
Gruppe
Scene Root
Transformation
DataVis
Geode
DataVis
Background
DataVis
Elements
Box
Geode
File 1
File 2
File Group 1
File Group 2
Texture
Geode
Text
Geode
Box
Geode
Texture
Geode
...
Cone
Text
Geode
Abbildung 6.4: Szenengraph des DataVis -Plugins
Die räumliche und logische Anordnung der einzelnen Elemente wird dabei in einem Szenengraphen beschrieben (vgl. Kapitel 2.1). Die Struktur des erstellten Szenengraphen ist in
Abbildung 6.4 zu sehen. Der Scene Root repräsentiert den Wurzelknoten der Szene, dem
alle Szenenelemente untergeordnet sind. Seinem Kind-Knoten - dem DataVis -Knoten - wird
unter anderen der Nebeleekt als Eigenschaft zugewiesen, das heiÿt, alle Knoten unterhalb
dieses Knotens können von diesem erben und sind damit ebenfalls von dieser Eigenschaft
betroen. Die Kind-Knoten des DataVis -Knotens stellen die DataVisElements und der DataVisBackground dar. Der DataVisBackground -Knoten enthält das Kegelmodell, das den
texturierten Sandberg darstellt. Ihm wurde weiterhin die Transparenz-Eigenschaft zugewiesen, die die Dateielemente, die sich auf der gleichen Ebene benden, ausschlieÿt. Die einzelnen Dateielemente (in der Abbildung als DataVisElements bezeichnet) enthalten einzelne
MatrixTransform-Knoten, die vom StructureController erzeugt werden und die Position der
einzelnen Dateien in einer Matrix beschreiben. Diesen ist jeweils eine Gruppe untergeordnet,
die vom FileVisController erstellt wurde und dem jeweiligen MatrixTransform-Knoten zugeordnet wurde. Diese Gruppe repräsentiert die visualisierte Datei und besteht aus einer Box,
den Textbeschriftungen und der Icon-Textur.
81
Interaction Module:
Das Interaktionsmodul verarbeitet die verschiedenen Interaktionen des Nutzers mit dem System. Diese nden nicht nur in der GUI des Editors, sondern auch im Viewer-Fenster statt.
Maus- und Tastaturbefehle im Viewer werden mit dem DataVisGUIEventHandler verarbeitet.
Beispielsweise wird ein selektiertes Objekt der Szene an den InteractionManager übergeben,
der entscheidet, ob eine Animation mit diesem ausgeführt werden soll.
6.3 Realisierung des Visualisierungskonzepts
In diesem Teil des Kapitels wird die Umsetzung der einzelnen Konzeptionsabschnitte aus
Kapitel 5.2 beschrieben. Die dabei entstandenen Ergebnisse werden im Anschluss in Abschnitt
6.4 vorgestellt und diskutiert.
Da sich die Umsetzung der Strukturmetapher in der Beschreibung der Strukturierung der
Dateien und die der Raummetapher in der Beschreibung des Szenenlayouts wiederndet,
wird die Umsetzung dieses Konzeptionsabschnitts nicht noch einmal gesondert betrachtet.
6.3.1 Visualisierung der Metadaten
Dieser Abschnitt beschreibt die Abbildung der Datei-Metadaten auf die verschiedenen visuellen Variablen. Diese sind nicht in allen Fällen fest vorgegeben, sondern können durch die
Kontrollelemente der DataVis -GUI ausgewählt und angepasst werden, worauf in den speziellen Fällen noch näher eingegangen wird.
Visualisierung des Dateinamens:
Da der Dateiname besonders wichtig für die Identikation der Datei ist, sollte dieser auch
stets lesbar sein. So wurde die Ober- und Vorderseite der Box als Projektionsäche genutzt,
um den Dateinamen in der Übersicht als auch in der Vorderansicht lesbar zu machen (vgl.
Abbildung 6.5). Ist der Dateiname zu lang, um auf der Projektionsäche vollständig dargestellt werden zu können, wird dieser ähnlich wie bei den Standarddateimanagern (vgl. Kapitel
4.2) durch Punkte verkürzt. Dadurch kann dem Nutzer gezeigt werden, dass der Dateiname
nicht vollständig dargestellt wird. Wird dennoch der vollständige Dateiname benötigt, kann
dieser durch einfaches Drehen der Box auf deren Rückseite in der Detail-Ansicht ermittelt
werden. Da die Licht- und Farbverhältnisse innerhalb der Szene verändert werden können,
eignet sich nicht jede Schriftfarbe für die Beschriftung der Dateien. Aus diesem Grund bietet
die DataVis -GUI eine Farbpalette an, um die Schriftfarbe an diese Beleuchtungssituationen
anzupassen.
Visualisierung des Dateityps:
Um BiLL die verschiedenen Datei-Icons zur Verfügung zu stellen, wurde eine XML-Datei
erstellt, die verschiedene Dateitypen auf unterschiedliche Icons abbildet. Dazu wurden die
82
Abbildung 6.5: Datei mit Icon und Dateinamen
Dateitypen in Kategorien eingeteilt, wie Sound-, Bild-, Text- und Systemdateien und diesen
anschlieÿend verschiedene Icons zugeordnet, wie im folgenden Beispiel zu sehen ist:
<le letype="jpg" icon="picture.png" />
<le letype="mp3" icon="sound.png" />
Wird ein Dateityp nicht in der XML-Datei gefunden, wird diesem ein Standard-Icon zugewiesen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Einträge zu erweitern oder Icons beliebig
auszutauschen, indem wie im oben gezeigten Beispiel der jeweilige Dateityp und der Dateinamen des dazugehörigen Icons in der XML-Datei angegeben werden. In Abbildung 6.5 ist
ein Beispiel in Kombination mit dem zuvor beschriebenen Dateinamen zu sehen.
Visualisierung der Dateigröÿe:
Zur Abbildung der Dateigröÿe, die durch die Boxentiefe repräsentiert wird, bietet die DataVis GUI verschiedene Auswahlmöglichkeiten. Zum einen kann die Dateigröÿe absolut berechnet
werden, das heiÿt, es wird ein Wertebereich von einem Kilobyte bis einem Gigabyte angenommen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Wertebereich an die gröÿte und kleinste Datei
einer zu visualisierenden Dateimenge anpassen. Dies kann bei der Visualisierung von Dateimengen sinnvoll sein, die beispielsweise nur Textdokumente enthalten. Deren Gröÿenwerte
liegen normalerweise im unteren Teil dieses Wertebereiches, so dass deren Gröÿenunterschiede kaum wahrnehmbar sind.
Um die Dateigröÿe auf die Boxentiefe abzubilden, wird folgende Berechnung durchgeführt:
vx
max
dmin
(vmax
dmin
vmin ) + vmin
(6.1)
vmax bzw. vmin die gröÿte bzw. kleinste
Ausprägung der Boxentiefe. Die Dateigröÿe wird durch dx repräsentiert und der Wertebereich
der Dateigröÿe durch dmax und dmin festgelegt.
Dabei stellt
vx
= d dx
die gesuchte visuelle Variable dar und
Wie im Konzeptionsteil beschrieben, kann es jedoch auch sinnvoll sein eine logarithmische
Skala zu nutzen, wenn sich die zu visualisierenden Dateigröÿen über einen weiten Gröÿenbereich erstrecken. Dies kann durch eine Anpassung der oben genannten Formel realisiert
werden:
vx
=
lg (dx dmin )
(vmax
lg (dmax dmin )
vmin ) + vmin
(6.2)
83
Visualisierung der Zugrisrechte:
Wie im Konzeptionsteil festgelegt wurde, werden drei verschiedene Zugrisrechte durch die
Boxenfarbe visualisiert. So werden Dateien, die ausführbar sind, grün, Dateien mit Leseund Schreibzugri gelb und Dateien, bei dem nur ein lesender Zugri möglich ist, in einem
roten Farbton dargestellt. Diese können durch die Farbpaletten der DataVis -GUI modiziert
werden.
Visualisierung von Erstell- und Änderungsdatum:
Um das Erstell- oder das Änderungsdatum zu visualisieren, können in der DataVis -GUI verschiedene Einstellungen vorgenommen werden. Zum einen können die Dateien nach einer der
beiden Datumsangaben über die Position innerhalb der Kreissegmente sortiert werden (siehe
Abschnitt 6.3.2). Zum anderen kann die Sättigung als visuelle Variable genutzt werden, um
eine der beiden Datumsangaben darzustellen.
Damit eine Datumsangabe auf die visuelle Variable Sättigung abgebildet werden kann, muss
zunächst die älteste und neuste Datei der zu visualisierenden Dateimenge bestimmt werden.
Anschlieÿend wird die Farbe der zu visualisierenden Datei in den HSV-Farbraum transformiert, bei dem die Farbe durch den Farbton (engl. hue ), die Farbsättigung (engl. saturation)
und den Hellwert (engl. value ) deniert ist (vgl. Kapitel 2.3.1). Dabei kann die Sättigung
einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen. Die Datumsangabe wird so durch die Formel 6.1
auf einen Wert in diesem Wertebereich abgebildet. Anschlieÿend wird diese zurück in den
RGB-Farbraum transformiert, um auf dem Monitor dargestellt zu werden.
6.3.2 Strukturierung der Daten
Segment 4
Segment 3
4α
r-1
Segment 2
r-2
Ra
diu
sr
r-3
Segment 1
Position z
Position x
y
z
Position y
Datei 3
Datei 2
Datei 1
x
x
z
Abbildung 6.6: Positionierung und Rotation der Dateien auf dem Kegel
84
Zur Strukturierung der Daten bietet die DataVis -GUI verschiedene Einstellungsmöglichkeiten.
Die Dateien können abhängig vom Anfangsbuchstaben des Dateinamens oder abhängig vom
Dateityp in den einzelnen Segmenten platziert werden. Innerhalb dieser Segmente besteht
die Möglichkeit die Dateien nach den Kriterien Dateiname, Erstellungsdatum oder Datum
der letzten Änderung zu sortieren.
Um die Dateien in diese Ordnung zu bringen, werden diese in eine verschachtelte Liste eingefügt. Dabei repräsentiert die erste Liste die einzelnen Segmente (s ), die nach dem ersten
Kriterium sortiert werden. Jedes Segment enthält wiederum eine Liste, die nach dem zweiten
Kriterium sortiert werden und die Position einer Datei innerhalb eines Segments (j ) repräsentiert. Zur Platzierung eines Dateielementes innerhalb dieser Segmente müssen zunächst seine
Position (p = (p ; p ; p )) und seine Orientierung im Raum bestimmt werden. Abbildung 6.6
veranschaulicht dies. Die Positionierung auf der x-z-Ebene kann durch die Gleichungen 6.3
bis 6.5 beschrieben werden, wobei r den maximalen Radius des darunterliegenden Kegels
(engl. cone ) und r die einzelnen Schrittweiten auf dem Radius darstellen:
i
x
y
z
max
s
rj = rmax
j
(6.3)
(6.4)
(6.5)
r
s
px = cos( si ) + rj
pz = sin( si ) + rj
Um die einzelnen Dateien innerhalb eines Segments auf dem Kegel anzuordnen, müssen
ebenfalls die Höhewerte bestimmt werden. Dies ist durch folgende Gleichung möglich, wobei
c = (c ; c ; c ) die Position des Kegels und h die Höhenschritte repräsentieren:
x
y
z
s
py = cy + j
(6.6)
h
s
Dies bewirkt auÿerdem, dass sich die Dateien innerhalb eines Segments nicht komplett verdecken, sondern durch die gestaelte Höhenpositionierung der Dateiname jeder Datei erkennbar ist. Anschlieÿend werden die einzelnen Dateiobjekte noch in Abhängigkeit von ihrer
Position auf dem Kegel gedreht, damit diese immer zur Auÿenseite des Grundkreises ausgerichtet sind. Diese Rotation und Translation (bzw. Verschiebung ) eines Dateiobjektes kann
durch folgende Matrix beschrieben werden:
⎛
cos( si )
0
sin( si )
px
⎞
⎜
⎟
⎜
0
1
0
p ⎟
⎜
⎟
T =⎜
⎟
sin(
s
)
0
cos(
s
)
p
⎝
⎠
y
i
0
i
0
0
(6.7)
z
1
Diese Transformationsmatrix wird oberhalb eines jeden visualisierten Dateiobjekts in den
Szenengraph eingefügt und vererbt somit seine Positions- und Rotationskoordinaten an die
darunterliegende Dateigruppe weiter (vgl. Kapitel 2.1, Szenengraph).
85
Um überfüllte Segmente und damit eine Überschneidung mit dem gegenüberliegenden Segment zu vermeiden, werden die Dateiobjekte nach einem bestimmten Grenzwert abgeschnitten. Diese werden durch eine virtuelle Box dargestellt, die die abgeschnittenen Dateien
kapselt. Um dem Nutzer ein Feedback über deren Inhalt zu geben, ändert sich die Tiefe dieser
Box je nachdem, wie viele Dateien in ihr gekapselt sind.
6.3.3 Visual Information-Seeking Mantra
Damit sowohl der Überblick auf die gesamte Dateimenge als auch der Zoom auf interessante
Bereiche zur Verfügung steht, werden in der Szene vordenierte Blickpunkte gesetzt. Nach
der Erstellung der Visualisierung wird eine Sicht von oben auf die Dateimenge angeboten,
um den gesamten Inhalt auf einen Blick erfassen und die Verteilung in den einzelnen Segmenten sehen zu können (vgl. Abbildung 6.9). Durch die Auswahl eines Segments wird eine
automatische Kamerafahrt zu dem Blickpunkt, der die Frontalansicht des Segments darstellt,
ausgeführt (vgl. Abbildung 6.10).
Bei der Implementierung des Filters wurden zwei verschiedene Filterkriterien umgesetzt. Einerseits kann nach dem nominalen Datentyp Dateityp geltert werden. Bei der Auswahl
dieses Filterkriteriums werden vom Data Module alle Dateitypen der dargestellten Dateimenge bereitgestellt, um die Auswahl über einen Filterwert zu treen. Weiterhin kann die
Dateimenge nach den ordinalen Datentypen Erstelldatum und Datum der letzten Änderung
geltert werden. Um ebenfalls verschiedene vordenierte Filterwerte zur Verfügung zu stellen, wurden einzelne Zeiträume deniert. So können die Dateien nach den Zeiträumen heute,
gestern, vor 7 Tagen, vor 30 Tagen oder älter als 30 Tage geltert werden. Nach Auswahl
des Filterkriteriums und Filterwertes stellt das Data Module eine Liste mit Dateien, die diesen Filterwerten entsprechen, zur Verfügung. Diese werden anschlieÿend aus der gesamten
Dateimenge hervorgehoben, indem sie einerseits aus dem Nebel ausgeschlossen werden und
so stärker hervortreten. Darüber hinaus wird eine Animation ausgeführt, die diese Dateien
aus der gesamten Dateimenge aufsteigen lässt.
Um eine einzelne Datei näher zu betrachten, wurde eine Animation der selektierten Datei
umgesetzt. Nach einem Doppelklick auf die gewünschte Datei wird diese aus der Dateimenge durch eine Translation in Richtung der positiven y-Achse hervorgehoben. Durch einen
einfachen Klick auf diese Datei wird diese gedreht und dem Nutzer die Rückansicht der
Datei angeboten. Auf dieser sind weitere Details der Datei in schriftlicher Form präsentiert
(Details-on-Demand ). So kann der Nutzer beispielsweise die genaue Dateigröÿe erfahren.
6.3.4 Umsetzung des Szenenlayouts
Zur Darstellung des texturierten Kegels wird ein vorher angefertigtes 3D-Modell vom EnvironmentController beim Erstellen der Visualisierung in die Szene geladen. Um die Dateiobjekte
86
im Kontext aus allen Blickpunkten wahrnehmen zu können, bekommt dieser weiterhin eine
Transparenz zugewiesen. Der Grad der Transparenz kann über die
DataVis -GUI
eingestellt
EnvironmentController für die Umsetzung des Nebeleektes.
DataVis-GUI verstärkt oder reduziert werden (vgl. Abbildung 6.3
werden. Weiterhin sorgt der
Auch dieser kann über die
unten).
Des Weiteren ist der
EnvironmentController
für die Erstellung der
Billboard s als Segmentbe-
schriftung zuständig. Diese werden mit dem aktuellen Gruppierungskriterium versehen. Werden die Dateien alphabetisch in die Segmente eingeordnet, so werden Kreisächen mit dem
jeweiligen Anfangsbuchstaben versehen. Wird dagegen der Dateityp als Anordnungskriterium
ausgewählt, wird jedes Segment mit dem jeweiligen Icon des Dateityps versehen.
6.3.5 Einsatz von 3D-Techniken
In diesem Abschnitt werden die genutzten bzw. implementierten monokularen Tiefenhinweise,
die den Tiefeneindruck der Visualisierung verbessern sollen, vorgestellt. Viele Tiefenhinweise
werden schon von
BiLL
oder eines der
Plugins
realisiert, wie in Tabelle 6.1 zu sehen ist.
Tiefenhinweis
Unterstützung in BiLL
Umsetzung
Perspektivische
Hauptanwendung
Nutzung der Zentralprojektion
Tiefenhinweise
als Projektionsverfahren
Relative Höhe
Hauptanwendung
in
ren,
beiden
Projektionsverfah-
Verhindern
der
Kamera-
rotation um die z-Achse
Verdeckung
Hauptanwendung
Z-Buering
Bewegungsparallaxe +
Hauptanwendung
Navigation innerhalb der
Fortschreitendes Zu-
3D-Szene
und Aufdecken
Licht und Schatten
Plugin:
Licht
Hinzufügen von Lichtquellen in
den Szenengraphen
Luft- und
Interaktive
Farbperspektive
OpenSceneGraph
Plugin:
Farbperspektive
Einfache Nebeleekte
Nutzung von
Shader n
Konguration im StateSet
eines beliebigen Knotens im
Szenengraph
Tabelle 6.1: Monokulare Tiefenhinweise, die von BiLL unterstützt werden
Wie in Abschnitt 6.1 schon erwähnt wurde, stellt BiLL 2.0 einen Service zur Verfügung, der
es ermöglicht, verschiedene Viewer-Fenster parallel zu verwalten. Dies wird auch im Plugin
DataVis
genutzt, um die Visualisierung in der Zentral- als auch in der Parallelprojektion di-
rekt miteinander vergleichen zu können. So kann durch die Aktivierung einer Checkbox in
DataVis -GUI
Zentralprojektion
der
(vgl. Abbildung 6.3 unten) zusätzlich zum ersten Viewer-Fenster, dass die
nutzt, ein zweites Fenster geönet werden, dass die Visualisierung in der
87
Parallelprojektion darstellt.
Die Tiefenhinweise Relative Höhe, Verdeckung, Bewegungsparallaxe und Fortschreitendes
Zu- und Aufdecken werden in beiden Projektionsverfahren unterstützt. Die relative Höhe
kann durch eine Hintergrundszene, die den Horizont als Bezugspunkt bietet, verstärkt werden. Dies ist im DataVis -Plugin durch die Bodenplatte gegeben, auf welcher der Kegel und die
Dateien platziert sind. Des Weiteren kann durch den Einsatz bzw. die Beschränkung der Freiheitsgrade bestimmter Kameramanipulatoren (siehe Abschnitt 6.3.6) sichergestellt werden,
dass die Bildebene nicht gekippt werden kann. Die Verdeckung wird durch das Z-Buering
beim Rendern der Visualisierung realisiert. Eine Ausnahme bietet der Kegel, der durch seine
transparente Eigenschaft auch dahinter liegende Objekte sichtbar macht. Die Bewegungsparallaxe und das Fortschreitende Zu- und Aufdecken werden durch die Navigation innerhalb
der virtuellen Szene gewährleistet.
Die Simulation von Licht- und Schatteneekten kann durch das Licht -Plugin ermöglicht werden, das dem Benutzer gestattet, verschiedene Lichtquellen innerhalb der virtuellen Szene zu
platzieren.
Der Nebeleekt stellt ebenso einen wichtigen monokularen Faktor dar, der den Tiefeneindruck der Szene verstärkt. Darüber hinaus kann dieser die Stimmung der Szene verbessern
und für die Visualisierung eine Möglichkeit zur Verfügung stellen, bestimmte bedeutsame Objekte aus dem gesamten Kontext hervorzuheben bzw. aus dem Nebel zu lösen. Der Einsatz
des Nebeleektes ist durch das Plugin Interaktive Farbperspektive möglich, der durch die
Nutzung von Shader n realisiert wird (vgl. [Asm08]) und sich auf die gesamte virtuelle Szene
auswirkt. Damit jedoch einzelne Objekte aus diesem Nebeleekt ausgeschlossen werden können, wird eine andere Umsetzungsvariante gewählt. OSG bietet neben der Einsatzmöglichkeit
von Shadern auch eine Klasse FOG, die die OpenGL-Nebeleekte kapselt. Diese kann genutzt
werden, um ein Nebelobjekt in einer bestimmten Farbe zu erstellen. In diesem Fall wird ein
blauer Farbton gewählt, um den Unterwassereekt zu simulieren. Dieses Nebelobjekt kann
an einen StateSet gebunden werden. StateSets stellen in OSG Container dar, die die typischen OpenGL-Attribute (z.B. Materialeigenschaften, Nebel) kapseln. Die Nebeleigenschaft
kann so einem beliebigen Knoten im Szenengraph zugewiesen werden, wie das Codebeispiel
in Abbildung 6.7 zeigt. Alle untergeordneten Knoten im Szenengraph können nun von diesem
Nebeleekt erben, während Knoten oberhalb dieses Knotens davon ausgeschlossen werden
(vgl. Kapitel 2.1, siehe Szenengraph).
// erzeuge und konfiguriere Nebeleffekt
osg::ref_ptr<osg::Fog> fog = new osg::Fog();
fog->setMode( osg::Fog::EXP2 );
fog->setColor(_backgroundColor);
fog->setDensity(_density);
// speichere Objekt im StateSet des DataVis-Knotens
dataVisNode->getOrCreateStateSet()->setAttribute( fog.get(), osg::StateAttribute::ON );
dataVisNode->getOrCreateStateSet()->setMode( GL_FOG, osg::StateAttribute::ON );
Abbildung 6.7: Umsetzung des Nebeleekts mittels StateSets in OSG
88
6.3.6 Navigationskonzept
Um sich möglichst einfach in der 3D-Szene bewegen zu können, stellt OSG verschiedene Kameramanipulatoren zur Verfügung. Diese gestatten dem Nutzer die Steuerung der virtuellen
Kamera über Tastatur- und Mauseingaben. Diese Manipulatoren sind über die DataVis-GUI
auswählbar, um sie in Kombination mit der Visualisierung zu testen. Im Folgenden sollen
diese kurz vorgestellt werden.
Trackball-Manipulator:
Diese Implementierung erlaubt die Kontrolle der Kamera auf Basis eines virtuellen Trackballs
(vgl. [Ebn07]). Die Steuerung erfolgt vollständig mit Hilfe der Maus und der Maustasten, die
die Kontrolle über alle Freiheitsgrade zulassen.
Drive-Manipulator:
Dieser Manipulator eignet sich für Fahrsimulationen und erlaubt unterschiedliche Geschwindigkeiten. Mit Hilfe der linken Maustaste wird die Kamera beschleunigt, mit der rechten
hingegen die Geschwindigkeit verringert. Durch seitliche Mausbewegungen wird die Richtung
geändert, was mit dem Lenken eines Fahrzeuges vergleichbar ist. Die Position und die Ausrichtung der Kamera beziehen sich ständig auf die Grundäche der virtuellen Szene und erlauben
damit weder die Rotation um die z-Achse (Roll ) noch die vertikale Positionsänderung.
Flight-Manipulator:
Ähnlich wie der Drive-Manipulator erlaubt dieser Manipulator, sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch den virtuellen Raum zu bewegen. Die Steuerung der Kamera ist mit
der Steuerung in einem Flugsimulator vergleichbar. Mit Hilfe der linken Maustaste kann die
Geschwindigkeit erhöht und mit der rechten Maustaste wieder abbremst werden.
Terrain-Manipulator:
Dieser Manipulator erlaubt ebenfalls die Steuerung der Kamera mit Hilfe der Maustasten.
Mit der linken Maustaste wird die Kamera um einen Punkt rotiert und mit Hilfe der mittleren
Maustaste der Abbildungsausschnitt verschoben. Die rechte Maustaste erlaubt das ein- und
auszoomen der virtuellen Szene. Im Gegensatz zum Trackball-Manipulator wird die Rotation
um die z-Achse hier nicht zugelassen.
Diese Kameramanipulatoren wurden mit der erstellten Visualisierung getestet. Dabei stellte sich heraus, dass der Flight-Manipulator und der Drive-Manipulator am wenigsten für
die schnelle Erkundung der Daten geeignet sind. Da in dem dargestellten Informationsraum
keine groÿen Strecken zurückgelegt werden müssen und schnell geeignete Sichten auf die
Dateien zur Verfügung gestellt werden sollen, ist eine präzisere Navigation notwendig. Der
Trackball-Manipulator stellte sich ebenfalls als zu komplex heraus, da zu viele Freiheitsgrade
vom Nutzer kontrolliert werden müssen. Das Rollen der Kamera um die z-Achse wird nicht be89
nötigt bzw. wirkt sich sogar negativ auf eine schnelle Erkundung des Informationsraums aus.
Der TerrainManipulator kommt den Anforderungen an die zu kontrollierenden Freiheitsgrade
am nächsten (vgl. Kapitel 5.2.7). Dieser erlaubt die Rotation um einen Punkt im Raum und
das Zoomen auf die Daten. Jedoch wird das Verschieben des Abbildungsausschnittes nicht
benötigt, da die visualisierten Dateien im Mittelpunkt bleiben sollen, um diese schnell mit
der Kamera umkreisen zu können. Aus diesem Grund wurde ein eigener Kameramanipulator
erstellt, der die Grundeigenschaften des Terrain-Manipulators erbt und an die Anforderungen des Navigationskonzepts angepasst werden kann. Der DataVisCameraManipulator (vgl.
Abbildung 6.2) setzt den Abbildungsmittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Kegels gleich, so
dass mit Hilfe der linken Maustaste die Kamera leicht um diesen herum ausgerichtet werden
kann. Weiterhin wird das Verschieben des Abbildungsausschnittes unterbunden.
Um die in Kapitel 5.2.7 beschriebenen Blickpunkte zu setzen, wird die Positionierung und
Ausrichtung der Kamera direkt manipuliert. Diese können durch einen eye -, center - und
einen up -Vektor beschrieben werden. Der eye -Vektor repräsentiert die Position der Kamera
im Raum. Der center -Vektor gibt die Position des Referenzpunktes an, auf den die Kamera
ausgerichtet ist. Diese soll konstant auf den Mittelpunkt der Visualisierung ausgerichtet sein.
Der up -Vektor stellt die Orientierung der Kamera im Raum dar. Um die verschiedenen Kamerapositionen (eye -Vektoren) festzulegen, wird beim Erstellen der Visualisierung eine Liste
mit Vektoren angelegt, die auf ein gefülltes Segment ausgerichtet sind. Anschlieÿend wird
eine Kamerafahrt zwischen dem aktuellen Blickpunkt und dem ausgewählten Zielpunkt berechnet. Durch die Nutzung der Pfeiltasten können so schnell die Blickpunkte in der Szene
gewechselt werden. So ermöglicht die Pfeiltaste nach oben den Überblick über die Szene.
Die untere Pfeiltaste bietet einen Zoom in die Datenmenge, während sich mit der linken und
rechten Pfeiltaste um den Kegel herum bewegt werden kann, um die einzelnen Segmente zu
betrachten.
Nachdem im ersten Teil des Kapitels die Realisierung des DataVis-Plugins erläutert wurde,
widmet sich dieser Abschnitt den praktischen Ergebnissen, die durch das Plugin erzielt wurden. Darüber hinaus werden die in Kapitel 5.2.6 diskutierten 3D-Techniken in Kombination
mit der Visualisierung getestet und analysiert.
Visualisierung verschiedener Dateimengen:
Um die Visualisierung zu testen, wurde zuerst eine Dateimenge von 160 Dateien visualisiert, die alphabetisch nach ihrem Dateinamen in den Segmenten verteilt wurden. Der zweite
Anwendungsfall zeigt eine weitere Dateimenge von 150 Dateien mit relativ ähnlichen Eigenschaften in Bezug auf den Dateinamen und den Dateityp, deren Einteilung in die Segmente
anhand des Dateityps erfolgte.
90
Abbildung 6.8: Vergleich Windows Explorer und DataVis - oben: Visualisierung von 160 Dateien mit gleichmäÿiger Verteilung der Metadaten, unten: Visualisierung von
150 Dateien, mit ähnlichen Metadatenwerten in Dateiname und Dateityp
Diese Beispiele sind in Abbildung 6.8 zu sehen. Die linke Seite zeigt jeweils die Visualisierung
der Dateien im Windows Dateiexplorer. Bei beiden Dateimengen ist im Windows Explorer zu
sehen, dass der zur Verfügung stehende Platz zur Darstellung der Dateien schnell erschöpft
ist. Nur der Scrollbalken gibt Aufschluss darüber, wie viele Dateien sich auÿerhalb des dargestellten Bereiches benden. Rechts daneben ist die Visualisierung dieser Dateimenge in BiLL
zu sehen. Im Bezug auf das Platzproblem ist diese im ersten Anwendungsfall gegenüber der
einfachen Listendarstellung des Dateiexplorers klar im Vorteil, da fast alle Dateien auf einen
Blick zu sehen sind. Bei einer starken Ausprägung einer bestimmten Eigenschaft - in diesem
Fall sind beispielsweise viele Dateien mit dem Anfangsbuchstaben S in der Dateimenge enthalten - ist jedoch auch die Grenze in Form der virtuelle Box zu sehen. Bei einer relativ
gleichmäÿigen Verteilung der Dateien innerhalb der Segmente werden jedoch viel weniger
Dateien vor dem Nutzer verborgen, als es in der Listendarstellung des Dateiexplorers der Fall
ist.
Anders sieht dies jedoch bei einer Dateimenge aus, bei der die Metadaten, nach denen die
Sortierung ausgeführt wird, relativ ähnlich sind. Die zweite Abbildung zeigt die Visualisierung
einer weiteren Dateimenge, bei der viele Dateien mit dem gleichen Buchstaben beginnen und
91
Abbildung 6.9: Überblick über die Dateimenge: der Vergröÿerungsausschnitt zeigt dabei detaillierter die Verteilung der Gröÿen- und Sättigungswerte
zugleich denselben Dateityp besitzen. Die visualisierte Dateimenge enthält fast ausschlieÿlich
Systemdateien, so dass diese dem Nutzer, bei einer Einordnung dieser in die Segmente nach
dem Dateityp, nicht komplett präsentiert werden können. In diesem Fall ist die Visualisierung
bezüglich des Platzproblems nicht so stark im Vorteil, da sich ein Groÿteil der Dateien in
der virtuellen Box versteckt. Nur die Boxentiefe gibt Aufschluss über die Dateien, die nicht
dargestellt werden, ähnlich wie es beim Scrollbalken des Dateimanagers der Fall ist.
Im Vergleich zum Windows Dateiexplorer werden bei der Visualisierung des DataVis -Plugins
viel mehr Metadaten in einer visuellen Form dargestellt. So können wichtige Metadaten,
anhand ihrer Visualisierung durch die Boxentiefe, die Farbe und die Sättigung, auf einen Blick
erfasst werden. Durch die Einteilung in die Segmente erfolgt eine zusätzliche Gruppierung der
Dateien nach einer gewählten Eigenschaft. Diese müssen dabei nicht durch eine Abgrenzung
voneinander getrennt werden, denn das Prinzip der Nähe und das Prinzip der Ähnlichkeit (die
Dateien innerhalb eines Segments haben die gleiche Orientierung) reichen aus, um diese als
eine Gruppe wahrzunehmen (vgl. Kapitel 2.3.2).
Verschiedene Sichten auf die visualisierte Dateimenge:
Abbildung 6.9 zeigt die Ansicht, die dem Nutzer sofort nach dem Erstellen der Visualisierung angeboten wird. Durch den Blickpunkt oberhalb der Dateimenge wird dem Nutzer eine
Übersicht angeboten, in der er alle Segmente und die Verteilung der Dateien darin auf einen
Blick erkennen kann. Durch die Position und Orientierung der Dateien sind sofort die Me92
Abbildung 6.10: Zoom auf ein Segment der Visualisierung
tadaten, nach denen die Dateimenge sortiert wurde, erkennbar. In dem gezeigten Beispiel
wurden die Dateien nach dem Dateinamen in die Segmente eingeordnet und anschlieÿend
nach dem Datum der letzten Änderung innerhalb dieser sortiert. Weiterhin sind die Dateigröÿen in der Übersichtsansicht durch die Tiefe der visualisierten Boxen einschätzbar. Ebenfalls
werden durch die Einfärbung der Dateien sofort die Zugrisrechte dieser oenbart. Die Farben für die Zugrisrechte können zwar vom Nutzer beliebig über die DataVis -GUI eingestellt
werden, doch zeigte sich in Verbindung mit der Visualisierung des Dateialters durch die Sättigung, dass drei verschiedene Farbtöne dazu am besten geeignet sind, um die Unterschiede
dieser deutlich zu verdeutlichen. So eignet sich die Farbkombination rot-gelb-grün, wie es in
der Abbildung der Fall ist, gut um sowohl das Dateialter als auch die Zugrisrechte leicht
unterscheiden zu können.
Neben dem Blickpunkt oberhalb der Dateimenge sind vor jedem Segment weitere Blickpunkte verteilt, die eine detailliertere Sicht auf den Segmentinhalt erlauben (vgl. Abbildung
6.10). Durch die halbtransparente Eigenschaft des Kegels sind die Dateien in den hinteren
Segmenten noch im Kontext wahrnehmbar und nicht ganz versteckt.
Weiterhin werden in dieser Ansicht alle drei Dimensionen des Raumes voll ausgenutzt. Während die x-z-Ebene zur Verteilung der Dateien in den Segmenten genutzt wird, dient die
y-Achse unter anderen der unterschiedlichen Höhenstaelung der Dateien. Somit werden die
Dateien nicht vollkommen voneinander verdeckt und ihre Dateinamen sind noch sichtbar.
Des Weiteren bietet die Höhenachse Raum für zusätzliche Interaktionen mit den Dateien.
93
Zum einen können die Dateien einzeln aus der gesamten Dateimenge hervorgehoben und
anschlieÿend gedreht werden, wie dies in Abbildung 6.10 gezeigt wird. Zum anderen bietet
es Raum für die gelterten Dateien (vgl. Abbildung 6.11 oben). So steigen diese Dateien aus
der Dateimenge auf und können so genauer betrachtet und miteinander verglichen werden.
Trotzdem behalten sie aber ihren Bezugspunkt zu ihrer ursprünglichen Position bei, so dass
die Sortierkriterien immer noch erkennbar sind.
Einsatz verschiedener 3D-Techniken:
Wie in Abschnitt 6.3.5 schon erwähnt wurde, kann die Visualisierung mit zwei verschiedenen
Projektionsverfahren getestet werden. Abbildung 6.11 zeigt oben die Visualisierung mitsamt
einer gelterten Dateiteilmenge in der Zentralprojektion. In der Mitte der Abbildung 6.11
wird die gleiche Ansicht in der Parallelprojektion gezeigt.
Obwohl in der Parallelprojektion wichtige Tiefenhinweise fehlen, können die unterschiedlichen
Tiefenpositionen der Dateien auf dem Kegel relativ gut eingeschätzt werden. So geben die
relative Höhe zum Horizont, die Verdeckung, die Bewegungsparallaxe und das Fortschreitende Zu- und Aufdecken der Dateien durch die Navigation um den Kegel einen relativ guten
Eindruck über die Verteilung dieser. Bei den gelterten Dateien fällt diese Einschätzung jedoch schwerer, da der Kegel zwischen den vorderen und hinteren Dateien fehlt und somit bei
wenig gelterten Dateien fast keine Verdeckung mehr auftritt. Lediglich die relative Höhe
zum Horizont und die Bewegungsparallaxe lassen so noch eine Tiefeneinschätzung zu.
Aus bestimmten Blickwinkeln kann die angedeutete Kreiskurve, welche aus der Positionierung der Dateien entsteht, als vollständiger Kreis zusammengefasst werden, was die Tiefeneinschätzung der Dateien ebenfalls unterstützt (vgl. Kapitel 2.3.2, Prinzip der Geschlossenheit ).
Obwohl in der Parallelprojektion alle Dateien gleich groÿ dargestellt werden, wirken die Dateien weiter im Hintergrund gröÿer, da dies der Gewohnheit, dass entferntere Objekte kleiner
dargestellt werden (Tiefenhinweis relative Gröÿe ) widerspricht. Neben diesem wahrnehmungspsychologischen Eekt wirkt sich die unterschiedliche Gröÿendarstellung bei der Zentralprojektion auch noch auf eine andere Weise positiv aus. So werden die Dateien in den vorderen
Segmenten gröÿer und die Dateien im Hintergrund, die in dieser Ansicht von weniger Bedeutung sind, kleiner dargestellt, was den Fokus-Kontext-Eekt unterstützt. Einen weiteren
Nachteil der Parallelprojektion betrit die Darstellung des Nebeleektes. Da die unterschiedlichen Tiefenkoordinaten nicht mit in die Nebelberechnung einbezogen werden, sondern alle
Elemente auf den gleichen z-Wert abgebildet werden, wirkt sich dieser auch auf die komplette Szene mit gleicher Intensität aus. Aus diesen Gründen eignet sich die Zentralprojektion
besser für das vorgestellte Visualisierungskonzept.
Weiterhin wurde die Visualisierung in Kombination mit dem Licht -Plugin getestet (vgl. Abbildung 6.11 unten). Durch das Hinzufügen einer weiteren Lichtquelle können die verschiedenen
Farbtöne und Sättigungsstufen immer noch gut wahrgenommen werden (vgl. Kapitel 2.3.1).
94
Abbildung 6.11: DataVis in Kombination mit verschiedenen 3D-Techniken - oben: Filteransicht in der Zentralprojektion, mitte: Filteransicht in der Parallelprojektion,
unten: Einsatz des Licht-Plugins
95
Bei der zusätzlichen Aktivierung des Schattenwurfs ist dies allerdings nicht mehr so leicht der
Fall. Je nach Position der Lichtquelle wird so eine Seite der visualisierten Datei verdunkelt, was
die Wahrnehmung des genauen Farbtons und Sättigungswertes erschwert. Weiterhin bietet
der Schattenwurf für das Visualisierungskonzept keinen erheblichen Vorteil, da selbst bei den
gelterten Dateien in der Höhe die entstandene Lücke in der unteren Dateimenge Aufschluss
über die Position der Datei relativ zur x-z-Ebene geben kann. Die Simulation verschiedener
Lichtquellen und des Schattenwurfs stellen somit keine notwendigen Tiefenhinweise für das
Visualisierungskonzept dar.
96
7 Zusammenfassung
Im letzten Kapitel dieser Arbeit erfolgt eine Zusammenfassung der inhaltlichen Schwerpunkte und erarbeiteten Erkenntnisse. Zunächst wird im ersten Abschnitt ein Rückblick über die
behandelten Inhalte gegeben. Daran anschlieÿend wird in Abschnitt 7.2 ein Fazit zu den Ergebnissen der Arbeit gezogen. Abschlieÿend erfolgt in Abschnitt 7.3 ein Ausblick auf mögliche
Erweiterungen, die das Visualisierungskonzept und das Plugin
DataVis
betreen, als auch auf
weiterführende Forschungsarbeiten, die sich aus dieser Arbeit ergeben.
7.1 Inhalt
Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Erstellung eines Visualisierungskonzepts für Dateien
im dreidimensionalen Informationsraum, welches anschlieÿend in Form eines Plugins für die
Arbeitsumgebung Bildsprache LiveLab umgesetzt werden sollte.
Dazu wurden im ersten Teil der Arbeit wichtige Grundlagen behandelt. Zu diesen gehörten
die Grundlagen der visuellen Wahrnehmung als auch wichtige Begrie aus der Dateiverwaltung, um ein Grundverständnis für die Dateien und ihre Metadaten zu schaen. Des Weiteren
wurden wichtige Aspekte der Computergrak betrachtet, die bei der späteren Umsetzung des
Konzepts eine Rolle spielten.
Im nächsten Schritt wurde das Gebiet der Informationsvisualisierung näher betrachtet, um
Methoden und Techniken für die Visualisierung der Metadaten zur Verfügung zu stellen.
Daran anschlieÿend wurde auf die Besonderheiten des dreidimensionalen Raums eingegangen
und im Zuge dessen wichtige Designempfehlungen zur Gestaltung dreidimensionaler Benutzerschnittstellen erarbeitet, die bei der Entwicklung des Visualisierungskonzepts zu berücksichtigen sind.
Auf Basis dieser Vorarbeiten wurden anschlieÿend verschiedene Kriterien aufgestellt, nach denen verschiedene zwei- als auch dreidimensionale Dateimanager untersucht wurden. Aus den
Ergebnissen dieser Analyse wurden anschlieÿend unter Zuhilfenahme zweier Nutzerstudien
einige Probleme mit der Arbeit der bisherigen Dateimanager herausgearbeitet auf die in der
anschlieÿenden Anforderungsanalyse Bezug genommen wurde. Darauf folgte die Konzeption,
die sich an den zuvor aufgestellten Kriterien orientierte. Das entwickelte Visualisierungskonzept wurde anschlieÿend als Plugin für BiLL umgesetzt und im Zuge dessen wichtige
Funktionsweisen und Implementierungsentscheidungen erläutert. Im letzten Teil wurden die
praktischen Ergebnisse der Arbeit vorgestellt und die Wirkung der für die Visualisierung notwendigen 3D-Techniken anhand einiger Praxistests diskutiert.
97
7
Zusammenfassung
7.2 Fazit
Ein Ziel des Visualisierungskonzepts bestand in der Darstellung der verschiedenen DateiMetadaten, um gesuchte Dateien in der Datenmenge hervorzuheben und den Vergleich dieser
untereinander zu erleichtern. Aufgrund der groÿen Anzahl an verschiedenen Metadaten, die
zu einer Datei bestehen können, wurde in der Anforderungsanalyse eine Teilmenge festgelegt, die in der anschlieÿenden Konzeption betrachtet und anschlieÿend umgesetzt wurde.
Um das Expressivitätskriterium nicht zu verletzen, wurden auch nur diese Metadaten einer
beliebig ausgewählten Dateimenge visualisiert, ohne weiteren Interpretationen dieser vorweg
zu greifen. Ebenfalls wurde das Kriterium der Eektivität berücksichtigt, indem die einzelnen
Metadaten klassiziert und diese gezielt auf verschiedene visuelle Variablen abgebildet wurden. Dies geschah auf Basis der Bewertung von MACKINLAY (vgl. [Mac86], Kapitel 3.1.3),
der ein Eektivitäts-Ranking der einzelnen visuellen Variablen abhängig vom darzustellenden
Datentyp erstellte.
Ein weiteres Ziel des Visualisierungskonzepts bestand in der Nutzung eines dreidimensionalen Informationsraums zur Darstellung der Dateien. In der Anforderungsanalyse wurde der
damit einhergehende Kontext festgelegt. So sollen nur einfache zweidimensionale Ein- und
Ausgabegeräte vonnöten sein, deren Eigenschaften in dem Visualisierungskonzept berücksichtigt wurden. Die Nutzung eines zweidimensionalen Ausgabegerätes machte eine Analyse der
verschiedenen monokularen Tiefenfaktoren erforderlich, um einen möglichst guten Tiefeneindruck der erstellten 3D-Szene zu gewährleisten. Um das Kriterium der Angemessenheit nicht
zu verletzten, wurden einige Tiefenfaktoren einzeln mit der Visualisierung getestet. Dabei
stellte sich die Zentralprojektion als ein notwendiges Projektionsverfahren für das Visualisierungskonzept heraus, wohingegen die Simulation weiterer Lichtquellen und der Schattenwurf
keine obligatorischen Tiefenhinweise darstellten.
Nach der theoretischen Vorbetrachtung und der Analyse der 3D-Dateimanager stellte sich
heraus, dass eine einfache und schnelle Navigation im dreidimensionalen Raum ein wichtiges Kriterium für die Akzeptanz der Benutzerschnittstelle darstellt. Aus diesem Grund wurde
auch ein Navigationskonzept erstellt, das sich auf die erstellte Visualisierung bezieht und das
die zur Verfügung stehenden Eingabegeräte berücksichtigt. Dabei wurden die zu kontrollierenden Freiheitsgrade eingegrenzt und nur diese zur Verfügung gestellt, die zur Erkundung
der dreidimensionalen Szene nötig sind. Weiterhin wurde die Eektivität von vordenierten
Blickpunkten in der Analyse der Dateimanager hervorgehoben, welche ebenfalls im Navigationskonzept umgesetzt wurden. Dadurch kann die Positionierung der Kamera und die damit
verbundene Sicht auf die Dateimenge einfacher und schneller gehandhabt werden.
Die Nutzung eines dreidimensionalen Raumes für die Darstellung der Dateien bringt mehrere
Vorteile mit sich: Zum einen steht durch die Nutzung der Tiefeninformation mehr Platz zur
Verteilung der Dateien zur Verfügung. Im Vergleich mit den zweidimensionalen Standard-
98
7.3
Ausblick
Dateimanagern zeigte sich, dass in einigen Fällen erheblich mehr Dateien angezeigt werden
können. Dabei spielt jedoch auch die Verteilung der Metadaten eine wichtige Rolle, so dass im
ungünstigsten Fall, in der die zu sortierenden Dateien ähnliche Werte aufweisen, kein groÿer
Vorteil gegenüber der einfachen Listendarstellung erzielt wird.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, die Dateien aus verschiedenen Blickwinkeln zu
betrachten. So kann durch das Setzen der vordenierten Blickpunkte schnell zwischen einer
Übersicht und einer Detailansicht gewechselt werden, die durch eine Kamerafahrt miteinander
verknüpft wurden. Durch die perspektivische Projektion wird weiterhin eine Fokus-KontextTechnik (vgl. Kapitel 3.1.5) angewandt, welche die Dateien im Fokus vergröÿert darstellt,
aber trotzdem noch eine verkleinerte Darstellung der Dateien im Kontext anbietet.
Die zusätzliche Raumkoordinate kann weiterhin für verschiedene Aufgaben genutzt werden.
Zum einen können die Dateien in der Höhe leicht versetzt werden, um eine vollständige
Verdeckung dieser in den einzelnen Segmenten zu vermeiden. Zum anderen kann die Höhenkoordinate genutzt werden, um einzelne Dateien aus der Dateimenge zu lösen. Durch die
Auswahl einzelner Dateien oder die Nutzung der Filterfunktion können Teile der gesamten
Dateimenge hervorgehoben werden. Da dabei nur ein Positionswechsel in der Höhe stattndet, bleibt der Bezugspunkt zur ursprünglichen Position erhalten, so dass die Sortierkriterien
auch bei den gelterten Dateien noch erkennbar sind.
7.3 Ausblick
In diesem Abschnitt wird auf mögliche Ansätze für weiterführende Forschungsarbeiten eingegangen. Dabei werden sowohl fortführende Aufgaben betrachtet, die das Plugin optimieren
bzw. erweitern können, sowie Konzepterweiterungen aufgezeigt, die sich aus den Untersuchungen innerhalb der Arbeit ergeben haben.
Test und Evaluation:
Da eine umfassende Evaluation des Visualisierungskonzepts bisher noch nicht durchgeführt
wurde, ergibt sich daraus eine weiterführende Aufgabe, die im Rahmen einer Diplom- oder
Belegarbeit durchgeführt werden kann.
Dabei kann das
durch verschieden Nutzer getestet werden, um die Akzeptanz des
Konzepts als auch die Wirkung der eingesetzten visuellen Variablen zu untersuchen. Darüber
hinaus stellt eine genauere Untersuchung des Interaktions- und Navigationsverhaltens der
Nutzer im dreidimensionalen Raum einen interessanten Untersuchungsbereich dar, um das
Navigationskonzept gegebenenfalls darauf anzupassen und zu verbessern und die Interaktionsmöglichkeiten mit den visualisierten Dateien zu erweitern.
Weiterhin können Tests des
-Plugins im Vergleich mit anderen Systemen wichtige
Informationen zur Akzeptanz oder Verbesserungsmöglichkeiten des Konzepts liefern. Dabei
Plugin
DataVis
99
7
Zusammenfassung
können beispielsweise die betrachteten 2D- und 3D-Dateimanager dieser Arbeit mit in die
Nutzertests einbezogen werden, indem die Nutzer vergleichbare Aufgaben in diesen als auch
im Plugin
DataVis
lösen müssen.
Ein weiterer Aspekt, der einer ausführlichen Untersuchung bedarf, stellt das Zusammenspiel
BiLL dar.
Interessant wäre beispielsweise das Zusammenspiel des Plugins DataVis mit dem Plugin der
des Plugins
DataVis
mit anderen Plugins der Arbeitsumgebung
Farbperspektive. Insbesondere stellt der Einsatz der Interaktions-Farbperspektive einige interessante Methoden zur Verfügung, um bestimmte Objekte durch Farbüberlagerungen in der
virtuellen Szene hervorzuheben (vgl. [Asm08]).
Weiterhin beschäftigt sich eine weitere Diplomarbeit, die sich zurzeit noch in Bearbeitung
bendet, mit Interaktionselementen für 3D-Echtzeitumgebungen, welche ebenfalls in Form
BiLL umgesetzt werden sollen. Diese stellen ebenfalls viel versprechende Interaktionsmöglichkeiten dar, die in Kombination mit dem DataVis -Plugin getestet werden
eines Plugins in
können.
Erweiterung des Konzepts um weitere Interaktionsmöglichkeiten:
Zwar ossen schon einige Interaktionen wie die Selektion einer Datei oder die Filtermöglichkeit in die Umsetzung des Konzepts mit ein, jedoch standen diese nicht im Mittelpunkt der
Arbeit, da gerade die Interaktion im dreidimensionales Raum ein ebenso komplexes Thema
darstellt, um in einer weiteren Diplomarbeit betrachtet zu werden.
So können dem Nutzer weitere geeignete Sichten auf die Dateien zur Verfügung gestellt werden, um das Navigationskonzept zu erweitern. Denkbar wäre beispielsweise ein automatischer
Zoom auf ein selektiertes Element, um dieses sofort in den Fokus zu rücken. Ebenso wäre in
diesem Zusammenhang der Einsatz eines semantischen Zooms interessant, der bei Dateien
in weiter Entfernung nur ein einfaches Icon anzeigt, wie es bisher der Fall ist, und beim Zoom
auf eine bestimmte Datei eine geeignete Vorschau (z.B. eine Bildvorschau bei Bilddateien)
zur Verfügung stellt.
Weiterhin müssen noch geeignete Interaktionsmöglichkeiten gefunden werden, um die Dateiinhalte, die in den virtuellen Boxen gekapselt werden, zu durchsuchen. Denkbar wäre zum
Beispiel das Herausziehen und Zurückschieben der Dateien wie auf einer aufgereihten Perlenschnur.
Eine weitere interessante Möglichkeit stellt die freie Platzierung von selektierten Dateien, die
näher untersucht werden sollen, dar. In der derzeitigen Umsetzung steigen die selektierten
Dateien nach oben und können gedreht werden, um die Details auf der Rückseite sichtbar zu
machen. Um jedoch in dieser Fokusansicht eine Datei direkt mit einer anderen zu vergleichen,
muss im schlechtesten Fall der Blickpunkt auf ein anderes Segment gewechselt oder in die
Übersicht zurücknavigiert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Dateien, die
näher miteinander verglichen werden sollen, selbst aus der Dateimenge zu lösen und diese
nebeneinander zu platzieren. Dazu kann zum Beispiel die
Drag and Drop-Technik eingesetzt
werden, bei der jedoch auch auf die Besonderheiten, die bei der Platzierung einzelner Ele-
100
7.3
Ausblick
mente in einem dreidimensionalen Raum zu beachten sind, berücksichtigt werden müssen.
Erweiterung des Konzepts um eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Dateien:
Wie schon in Kapitel 5 gezeigt wurde, reicht eine Visualisierung allein nicht aus, um alle
Anforderungen und Aufgaben des Nutzers zu erfüllen. Unterschiedliche Visualisierungsziele
erfordern ebenfalls unterschiedliche Darstellungen und Sichten auf die Dateien. So kann man
das Konzept um verschiedene Ansichten ergänzen, wie zum Beispiel um die freie, ortsbezogene Anordnung von Elementen, was die Arbeit mit temporären oder aktuellen Dateien unterstützen kann (vgl. Kapitel 5.1.1). Denn gerade die Nutzung des dreidimensionalen Raums
nutzt das räumliche Gedächtnis des Menschen gut aus (vgl. Kapitel 3.1.6). So nutzten die
Menschen schon in der Antike Gedächtnissysteme, in denen Landschaften im Kopf aufgebaut wurden, um dort Wissen in Form von Bildern zu speichern (vgl. [Gro05]). Dies könnte
auch auf den dreidimensionalen Raum übertragen werden und verschiedene Dateien an einer
bedeutungsbehafteten Position untergebracht werden, um das Wiedernden dieser zu erleichtern. Dabei kann die Erweiterung des Szenenlayouts um passive Landmarken hilfreich sein,
um dem Nutzer eine Orientierungs- bzw. Erinnerungshilfe anzubieten.
Um diese Visualisierung in Bildsprache Live Lab umzusetzen, bedarf es weiterhin der Untersuchung und Implementierung von verschiedenen Interaktionstechniken, um beispielsweise die
Selektion von mehreren Dateien und deren Positionierung im Raum zu gewährleisten. Eine
Inspiration könnte die Lasso- und
-Technik des BumpTops bieten (siehe Seite
48), die jedoch auf zwei Freiheitsgrade im Raum beschränkt ist.
Um eine weitere Anordung von Dateien als
in
umzusetzen, kann das Datenmodul
des
-Plugins genutzt werden, um eine ausgewählte Dateimenge in BiLL zur Verfügung zu stellen. Ebenfalls können Teile des Visualisierungsmoduls verwendet bzw. angepasst
werden, um die Dateiobjekte selbst zu visualisieren. Da in BiLL 2.0 die Möglichkeit besteht,
Services für andere Plugins zur Verfügung zu stellen, ist im Zuge dessen eine Auslagerung
dieser benötigten Modulteile in einen solchen Service von Vorteil.
Drag and Drop
Plugin
BiLL
DataVis
Erweiterung des Konzepts um die Darstellungsmöglichkeit von groÿen Informationsstrukturen:
Um den Überblick über groÿe Datenmengen zu gewährleisten, ist es wichtig, diese zu strukturieren bzw. nach gemeinsamen Kriterien zusammenzufassen. Ein Beispiel ist die bekannte
Ordnerstruktur, die die Dateien in einer hierarchischen Struktur ablegt. Die Studien in Kapitel
5.1.1 zeigten jedoch, das die hierarchische Ordnerstruktur nicht immer die beste Möglichkeit ist, um alle Beziehungen zwischen den Dateien darzustellen. So können die Dateien
beispielsweise mit verschiedenen Schlüsselwörtern versehen werden und so gleichzeitig mehreren Kategorien zugeordnet werden. Dies bedarf einer Untersuchung verschiedener Visualisierungstechniken, die diese Anforderungen in verschiedenen Sichten zur Verfügung stellen.
Eine Inspiration bietet beispielsweise der Ansatz des Hierarchischen Netzes, das neben den
hierarchischen Beziehungen auch weitere Relationen im Raum darstellt und für die Visuali101
7
Zusammenfassung
Abbildung 7.1: Visualisierung von Beziehungen zwischen den Entititäten mittels eines Hierarchischen Netzes (Quelle: [Bal04])
sierung von Softwarekomponenten entwickelt wurde (vgl. [Bal04]).
Die entstehende Informationslandschaft erfordert eine Erweiterung des Navigationskonzepts,
da hier gröÿere Distanzen zurückgelegt werden müssen, als dies in der erstellten Visualisierung der Fall war. Die Einbeziehung weiterer Techniken wie die Teleportation wären denkbar.
Ebenfalls soll gewährleistet werden, dass der Nutzer auch im groÿen Informationsraum nicht
den Überblick verliert und er sich seines aktuellen Standortes bewusst ist.
102
Anhang
Glossar
3D-Widget
Dreidimensionales Interaktionselement, das benutzt wird, um Informationen von Applikationsobjekten darzustellen und zu kontrollieren. 32, 37
Billboard
Ein Billboard ist eine Fläche, die sich immer dem Betrachter zuwendet. 54, 73, 87
CAVE
Raum mit bis zu 6 Rückprojektionswändern, in dessen Mitte sich ein oder mehrere
Nutzer benden. 31
Dateimanager
Ein Dateimanager ist ein Computerprogramm, mit dem man den Inhalt von Datenträgern auf einem Computer ansehen und bearbeiten kann. 12
Dateisystem
Das Dateisystem ist der Teil des Betriebssystems, der Dateien verwaltet. 12
Datenhandschuh
Ein Datenhandschuh ist ein 3D-Eingabegerät das exibelste Möglichkeiten bietet Daten
zu übermitteln, da die Bewegungsfreiheit der Hand (fast) nicht eingeschränkt wird. Er
kombiniert die Erfassung der absolute Position und Lage des Handschuhs relativ zur
Umgebung und die Erfassung der Position der einzelnen Finger untereinander oder
deren Krümmung. 30, 31
Desktop-Metapher
Die Desktop-Metapher wurde in den 70er Jahren am Palo Alto Research Center entwickelt und wurde erstmals auf dem Apple Macintosh als Basis einer kommerziellen
graschen Benutzeroberäche eingesetzt. Dabei wird der Bildschirm als Schreibtischoberäche verstanden, auf der unterschiedlichen Dokumente angeordnet sind. 3, 33, 41,
53
iii
Glossar
Drag and Drop
in deutsch Ziehen und Fallenlassen, stellt eine Methode zur Bedienung grascher Benutzeroberächen durch das Bewegen grascher Elemente mittels eines Zeigegerätes
dar, um Aktionen auszuführen oder Beziehungen zwischen zwei abstrakten Objekten
herzustellen. Ein Element kann damit gezogen und über einem möglichen Ziel losgelassen werden. 100, 101
Head Mounted Device
Helm, der bei immersiven VR-Anwendungen eingesetzt wird und dem Anwender das
Gefühl gibt, sich direkt in der virtuellen Welt zu bewegen. vii, 31
HSV-Farbraum
Farbmodell,
bei
dem
man
die
Farbe
mit
Hilfe
des
Farbtons,
der
Sättigung
und
der
Helligkeit deniert. 84
Human-Computer Interaction
Teilgebiet der Informatik, das sich mit der benutzergerechten Gestaltung von interaktiven Systemen und ihren Mensch-Maschine-Schnittstellen beschäftigt. vii, 30
Metadaten
Als Metadaten bezeichnet man allgemein Daten, die Informationen über andere Daten
enthalten. 3, 12, 21
OpenGL
ist eine Spezikation für eine plattform- und programmiersprachenunabhängige Programmierschnittstelle zur Entwicklung von 2D- und 3D-Computergrak. vii, 78
OSG
OpenSceneGraph ist eines quelloenes Szenengraphsystem, das in Echtzeit-Grakanwendungen
eingesetzt wird. vii, 78
OSGi
speziziert eine hardwareunabhängige dynamische Softwareplattform, die es erleichtert,
Anwendungen und ihre Dienste per Komponentenmodell (Bundle/Service) zu modularisieren und zu verwalten. vii, 78
Plugin
Ein Plug-In stellt Funktionserweiterungen zur Verfügung, die in eine Anwendung integriert werden können. 7780, 87, 99, 101
iv
Glossar
POCO
steht für Portable Components, bei denen es sich um eine Sammlung von SoftwareKomponenten, Bibliotheken und Werkzeugen handelt. 78
RGB-Farbraum
additiver Farbraum, der Farbwahrnehmungen durch das additive Mischen dreier Primärfarben (Rot, Grün und Blau) nachbildet. 84
Shader
sind Hardware- oder Softwaremodule, die bestimmte Renderingeekte bei der 3DComputergrak implementieren. 87, 88
Space Mouse
Bei der Space Mouse handelt sich um ein stationäres Tischgerät mit einer beweglichen,
achen Kappe für die 3D-Eingaben und bis zu neun Tasten zum Auslösen von beliebigen
Aktionen. 30
Teleportation
Teleportation bezeichnet den Transport einer Person oder eines Gegenstandes von einem Ort zu einem anderen, ohne dass das Objekt dabei physisch den dazwischen liegenden Raum durchquert. 38, 56, 102
Verzeichnis
Datenstruktur mit Informationen über Dateien zu dem Zweck, diese ezient und geordnet auf einem Datenträger verwalten zu können. 11, 12, 80
Z-Buering
ist ein Verfahren der Computergrak zur Verdeckungsberechnung, also um die vom Betrachter aus sichtbaren dreidimensionalen Flächen in einer Computergrak zu ermitteln.
87, 88
v
Abkürzungsverzeichnis
BiLL
Bildsprache Live Lab. 5, 65, 7779, 82, 87, 91, 100,
101
DOF
Degree of Freedom. 36
FLTK
FSN
Fast Light Toolkit. 78
File System Navigator. 45
GUI
Graphical User Interface. 79, 80, 82, 83, 87, 93
HCI
HMD
Human-Computer Interaction. 30
Head Mounted Device. 31, 32
OpenGL Open Graphics Library. 78, 88
OSG
OpenSceneGraph. 78, 88
OSGi
Open Services Gateway initiative. 78
UI
User Interface. 30
VR
Virtuelle Realität. 31
WoW
Window on World. 32
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xiii
2.1
2.2
rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem . . . . . . . . . . . . . . .
Die Projektion - links: die Projektionsstrahlen schneiden die Projektionsebene
in P', rechts oben: perspektivische Abbildung bei der Zentralprojektion, rechts
unten: gröÿenbeibehaltende Abbildung bei der Parallelprojektion . . . . . .
2.3 Begrenzung des Sichtkörpers durch Near- und Far-Clipping-Plane bei der Zentralprojektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Beispiel eines Szenengraphen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 Rendering-Pipeline (nach [Ang90]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6 Verschiedene Einüsse der Farbwahrnehmung - links: Einuss der Beleuchtung, rechts: Einuss der Umgebungsfarbe (nach: [@fa00]) . . . . . . . . .
2.7 links: Gesetz der Nähe - Nahes wird als zusammengehörig empfunden, rechts:
Gesetz der Ähnlichkeit - gleiches oder fast gleiches wird als zusammengehörig
empfunden (nach: [SM00]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8 links: Prinzip der stetigen und guten Fortsetzung - die einzelnen Elemente
werden zu zwei sich kreuzenden Kurven zusammengefasst (nach [SM00]),
rechts: Prinzip der Geschlossenheit - die einzelnen Elemente werden zu einem
Kreis zusammengefasst (nach [@ge09]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.9 links: Tiefenhinweise durch Perspektive, rechts: Positionsbestimmung durch
Schattenwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.10 Tiefeneindruck durch Bewegungsparallaxe (nach [BKLP04] . . . . . . . . .
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
.
7
.
8
. 9
. 10
. 11
. 13
. 15
. 16
. 17
. 18
Visualisierung von Daten (nach [Spe07]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Referenzmodell der Informationsvisualisierung (nach [CMS99]) . . . . . . . .
Bewertung der visuellen Variablen nach [Mac86], die hellgrauen Variablen sind
für den jeweiligen Datentyp ungeeignet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verschiedene Anzeigetechniken - links: Übersicht-und-Detail in zwei verschiedenen Ansichten, rechts: Fokus-und-Kontext in einer Ansicht (Bilderquelle
[Spe01]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verschiedene Fokus-und-Kontext-Techniken: (a) Optischer Fisheye View (Quelle: [SM04]), (b) das Dock von Mac OS X (Quelle: [Spe07]), (c) Perspective
Wall (Quelle: [Spe07]), (d) Magic Eye View (Quelle: [KS99]), (e) Hyperbolic
Browser (Quelle: [Spe07]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
22
24
26
27
xv
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
5.1
5.2
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
Windows Explorer - links: die Fensteraufteilung (Bildquelle: [@mi09]), Mitte:
Gruppierungsansicht, rechts: Stapelansicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Übersicht-Detail-Ansicht im Windows Explorer (Bildquelle: [@vi08]) . . . . .
verschiedene Sichten auf die Dateien - oben: Detailansichten im Windows Explorer, unten links: Cover Flow von Mac OS X Leopard (Bildquelle: [@ma09]),
unten rechts: Dateigröÿen-Ansicht im Konqueror (Bildquelle: [@li04]) . . . .
Liquid File (Bildquelle: [@li08]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3D File System Navigator - links: Überblick-Detail-Ansicht, rechts: Spotlight
zur Auswahl einer Datei (Bilderquelle: [@fs09]) . . . . . . . . . . . . . . . .
Tactile3D mit verschiedenen Anordnungsvarianten - links: Stadion, oben mittig: Zylinder, unten mittig: Würfel, oben rechts: Pyramide, unten rechts: Helix
3DOSX mit zwei verschiedenen Hintergrundbildern (linke Bildquelle: [Chi02])
verschiedene Widgets des BumpTops - (a) Grid Widget, (b) Fan-Out-Widget,
(c) Leafer Widget, (d) Messy/Tidy-Widget(Bildquelle: [AB06]) . . . . . . .
Ansichten des BumpTops - links: Blickpunktwechsel durch Doppelklick auf
eine Wand, rechts: Hervorhebung der Dateien, die die Zeichenfolge Diplom
beinhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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49
Darstellung der einzelnen Konzeptionsschritte . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Navigationskonzept - links: Übersicht und Detailansicht, rechts: feste Blickpunkte vor allen befüllten Segmenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Bildsprache Live Lab - links: Editor-Fenster, rechts: Viewer-Fenster . . . .
Aufbau des DataVis -Plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Benutzeroberäche des DataVis -Plugins im BiLL-Editor . . . . . . . . . .
Szenengraph des DataVis -Plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Datei mit Icon und Dateinamen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Positionierung und Rotation der Dateien auf dem Kegel . . . . . . . . . .
Umsetzung des Nebeleekts mittels StateSets in OSG . . . . . . . . . . .
Vergleich Windows Explorer und DataVis - oben: Visualisierung von 160 Dateien mit gleichmäÿiger Verteilung der Metadaten, unten: Visualisierung von
150 Dateien, mit ähnlichen Metadatenwerten in Dateiname und Dateityp .
6.9 Überblick über die Dateimenge: der Vergröÿerungsausschnitt zeigt dabei detaillierter die Verteilung der Gröÿen- und Sättigungswerte . . . . . . . . . .
6.10 Zoom auf ein Segment der Visualisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.11 DataVis in Kombination mit verschiedenen 3D-Techniken - oben: Filteransicht in der Zentralprojektion, mitte: Filteransicht in der Parallelprojektion,
unten: Einsatz des Licht-Plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Visualisierung von Beziehungen zwischen den Entititäten mittels eines Hierarchischen Netzes (Quelle: [Bal04]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Tabellenverzeichnis
3.1
Freiheitsgrade eines Körpers im Raum (Bezeichnungen nach [SL03]) . . . . . 37
4.1
Vergleich der Dateimanager anhand der Kriterien der
rung (Teil 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
rung (Teil 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
nutzerschnittstellen (Teil 1) . . . . . . . . . . . . . .
nutzerschnittstellen (Teil 2) . . . . . . . . . . . . . .
4.2
4.3
4.4
Informationsvisualisie. . . . . . . . . . . .
Informationsvisualisie. . . . . . . . . . . .
dreidimensionalen Be. . . . . . . . . . . .
dreidimensionalen Be. . . . . . . . . . . .
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. 55
5.1
5.2
Klassizierung der Datei-Metadaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Konzeptübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.1
Monokulare Tiefenhinweise, die von BiLL unterstützt werden . . . . . . . . . 87
xvii