4D- und nD-GeoVis - Geovisualisierungstechnologie für massive raumzeitliche und hochdimensionale Informationen - Potsdam

Die InnoProfile-Initiative "3D-Geoinformationen" (2006-2011) will ihr regionales Innovationsprofil mit dem folgenden Vorhaben stärken und weiterentwickeln:

Die InnoProfile-Transfer-Initiative 

 

In diesem Vorhaben stehen massive, raumzeitliche Geodaten (z.B. Mobilitätsdaten, Flugbewegungsdaten, Sensordaten) und massive, hochdimensionale Systemdaten (z.B. Daten über Strukturen und Ausführungsdynamik eines Softwaresystems) im Mittelpunkt. „Massiv“ beschreibt in diesem Kontext Daten, deren Speicherung mehrere Giga- bis Terrabyte benötigen und die teilweise in Echtzeit erfasst werden.

Die wesentlichen inhaltlichen Ziele der InnoProfile-Transfer-Initiative umfassen die Erforschung und Entwicklung von:
 

 

  • Bildsynthese- und Interaktionsverfahren für 4D-Geodaten bzw. nD-Systemdaten
  • Service-orientierte Architekturen und Integrationsansätze für 4D- bzw. nD-Systemkomponenten.  

Für beide der oben genannten Datenkategorien werden Geovisualisierungstechniken eingesetzt; im Fall von nD-Systemdaten werden Konzepte der Geovisualisierung als Metaphern genutzt. Dies bedeutet, neue Lösungen für Problemstellungen auf Basis existierender Geovisualisierungskonzepte (Metaphern) zu erarbeiten, zu erweitern und zu verbessern.

Die Ziele

Die Erforschung von Rendering- und Interaktionsverfahren zusammen mit der Erforschung von geeigneten Service-orientierten Software-Architekturen und Software-Integrationsansätzen dienen dazu, innovative technologische Lösungsbausteine zu entwickeln und Barrieren zu verringern, die bei späteren potentiellen Weiterentwicklungen der Technologien durch KMU auftreten können.

Die untere Abbildung zeigt die inhaltliche Struktur und Strategie des Vorhabens mit den zwei Kernbereichen und ihren Unterthemen sowie den Bezügen zum vorangegangenen InnoProfil und zu den regionalen KMU:


Die Basistechnologien, geschaffen durch das erfolgreiche InnoProfile-Projekt „3D-Geoinformation“, bilden die Grundlage für die vier Forschungsschwerpunkte der InnoProfile-Transfer-Initiative: Modellierung umfasst dabei die informationstechnische Modellbildung und Abstraktion von Phänomen und Objekten der realen Welt, wie beispielsweise die Modellierung und Repräsentation von Städten unter Verwendung von CityGML. Anschließend können die Daten im Rahmen des Modells prozessiert und verändert werden. Diese Modelldaten können durch interaktives Rendering in bewegte Bilder überführt, d.h. visualisiert, werden. In diesem Schritt spielt die Anwendung von Gestaltungsprinzipien eine wichtige Rolle. Visualisierungs- und Prozessierungstechniken können dann in existierende Systeme (z.B. GIS) integriert werden.

Die thematischen Schwerpunkte

Projekte für den Kernbereich 4D-GeoVis

Rendering von 4D-Geodaten:

Die Verfahren für das Rendering von 4D-Geodaten müssen sowohl mit der Massivität als auch mit der zeitlichen Dimension umgehen. Im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung stehen folgende Themen:

  • Out-of-Core-Visualisierung massiver 4D-Geodaten
  • Texturbasierte Visualisierung massiver 4D-Geodaten
  • Fokus-&-Kontext-Visualisierung massiver 4D-Geodaten
  • Thematische Visualisierung massiver 4D-Geodaten

Interaktion mit 4D-Geodaten:

Die Herausforderungen bei der Interaktion mit 4D-Geodaten-Visualisierungen liegen darin, dass die Verfahren einen direkt-manipulativen und zugleich effektiven Zugang und Umgang mit den Informationsvisualisierungen ermöglichen müssen. Allgemein muss die Entwicklung von Interaktionsverfahren zusammen mit der Entwicklung der Rendering-Verfahren betrachtet werden, da sie technisch und konzeptionell eng miteinander verknüpft sind. Fokussiert werden hier die Themen:

  • Assistive virtuelle Kamera für Out-of-Core-Visualisierungen massiver 4D-Geodaten
  • Interaktive Konfiguration texturbasierter Visualisierungen massiver 4D-Geodaten
  • Dynamische Fokus-&-Kontext-Manipulation in Visualisierungen massiver 4D-Geodaten
  • Direkte Steuerung und interaktive Konfiguration thematischer Visualisierungen

Software-Architektur für 4D-Geoinformationssysteme:

Zur Integration der Rendering- und Interaktionsverfahren für 4D-Geodaten in zukünftige IT-Lösungen ist es notwendig, dass diese auf Grundlage einer serviceorientierten Software-Architektur entworfen wurden. Dieser Ansatz ermöglicht zum einen die Nutzung in web-basierten Umgebungen, zum anderen aber auch eine hohe Skalierbarkeit, z.B. durch Cloud-Computing. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf den Themen:

  • Image-Based und Cube-Map-based Web-Portrayal Service für massive 4D-Geodaten
  • Web-Processing Service für massive 4D-Geodaten
  • Stylization-Service für massive 4D-Geodaten

Projekte für den Kernbereich nD-GeoVis

Rendering von nD-Daten:

Hier gilt es, den Datenraum bzw. dessen hierarchische Strukturen systematisch und weitgehend konfigurierbar/kontrollierbar auf darstellbare 3D-Geometrie und zugehörige graphische Attribute abzubilden. In diesem Transformationsschritt findet somit die Umsetzung der hochdimensionalen Systemdaten in geovirtuelle 3D-Umgebungenn statt. Für nD-Daten werden insbesondere für die Kategorie der statischen und dynamischen Systemdaten systemdatenspezifische nD-nach-3D-Transformationsalgorithmen sowie effiziente 3D-Rendering- und Animationsverfahren entwickelt; zugleich müssen die jeweiligen Visualisierungsansätze mit solchen Interaktionsverfahren ausgestattet werden, die eine gezielte Exploration und Analyse durch Expertennutzer ermöglichen. Forschung und Entwicklung konzentrieren sich daher auf Transformation und Metaphernbildung für nD-Daten:

  • über statische Systemstrukturen
  • über die Systemevolution
  • über ablaufbezogene Systemdynamik
  • zur Integration von Statik-, und Evolutionsinformationen

Interaktion mit hochdimensionalen Daten:

Die Herausforderungen bei der Interaktion mit nD-Daten-Visualisierungen liegen darin, dass die Verfahren einen strikt aufgabenorientierten und aufgabenunterstützenden Zugang über die Informationsdarstellungen ermöglichen müssen ("assistierende Interaktion"). Im Kontext der Software-Analyse und Software-Visualisierung werden die nD-Daten über Systeminformationen im Allgemeinen zur gezielten Ursache-Wirkung-Klärung, zur Struktur- und Abhängigkeitsermittlung, für die Evaluation von Umplanungsszenarien und zur dokumentarischen, thematischen Software-Kartierung eingesetzt. Im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung steht daher assistierende Interaktion mit Visualisierungen hochdimensionaler Informationen für:

  • statische Systeminformationen in 2.5D/3D-Software-Landschaften
  • ablaufbezogene Systeminformationen in 2.5D/3D-Software-Landschaften
  • evolutionsbezogene Systeminformationen in 2.5D/3D-Software-Landschaften
  • Kombination von Konfiguration von statischen und evolutionsbezogenen Systeminformationen für 3D-Software-Landschaften.

Die Partner

  • Software Diagnostics Technology GmbH, Potsdam
  • virtualcitySYSTEMS GmbH, Berlin
  • Pars Copetum GmbH, Potsdam
  • u.a.

Kontakt

Prof. Dr. Jürgen Döllner
Fachgebiet Computergrafische Systeme
Hasso-Plattner-Institut an der Universität Potsdam
Prof.-Dr.-Helmert-Straße 2-3
14482 Potsdam
Tel.: 0331 5509-170
Fax: 0331 5509-172
E-Mail: doellner[at]hpi.uni-potsdam.de und office-doellner[at]hpi.uni-potsdam.de

Dr. Matthias Trapp
Fachgebiet Computergrafische Systeme
Hasso-Plattner-Institut an der Universität Potsdam
Prof.-Dr.-Helmert-Straße 2-3
14482 Potsdam
Tel.: 0331 5509-3913
Fax: 0331 5509-172
E-Mail: matthias.trapp[at]hpi.uni-potsdam.de
www.hpi3d.de


Zum Beitrag "Sehen, um zu verstehen" aus der Rubrik "Im Blickpunkt"


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