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Startseite Lehrgebiet Multimedia und Internetanwendungen

Abgeschlossene Diplomarbeit: Diffusionsbegrenztes Wachstum als Modell zur Informationsvisualisierung in einer Service-orientierten Architektur

Betreuer

Bearbeiter

  • Stefan Schlappa

Abgabetermin

2007-04

Formalia

Voraussetzungen
  • Kenntnisse der objektorientierten Programmierung mit Java sowie den Techniken und Protokollen von Web-Services. Kenntnisse von Informationsvisualisierungstechniken, sowie Kenntnisse in graphischer Datenverarbeitung, insbesondere Farbmodelle und Fraktale.

Aufgabenstellung

Aufgabenstellung

Hintergrund

Das Lehrgebiet Multimedia und Internetanwendungen entwickelt und implementiert ein Service-orientiertes Rahmenwerk namens SOA-IVIS, welches die Erstellung und Anwendung von Informationsvisualisierungstechniken unterstützt.

Informationsvisualisierung wird gemeinhin definiert als die Verwendung Computer-gestützter, interaktiver, visueller Repräsentationen von abstrakten Daten um deren Wahrnehmung zu erleichtern. Informationsvisualisierung kann Menschen wesentlich darin unterstützen, den Umfang von Informationsräumen zu erfassen, deren Beschaffenheit zu verstehen und darin enthaltene relevante Informationen zu erkennen.
Visualisierungstechniken der vergangenen Jahre stellten die Struktur der zu visualisierenden Daten in den Mittelpunkt. Der momentane Trend geht dahin, den Blickwinkel zu verschieben und auf die Dynamik der Daten zu richten, d. h. deren Veränderung über den Verlauf der Zeit oder Entwicklungen und Zusammenhänge mehrerer Datensätze [1].
Die Arbeit greift diesen Trend auf und verwendet zur Umsetzung Diffusionsbegrenztes Wachstum (engl. Diffusion Limited Aggregation, DLA). Dieses aus der Natur bekannte Phänomen beschreibt z. B. das Wachstum von Kristallen oder Schneeflocken. Dabei lagern sich Teilchen, so genannte Partikel, zumeist an den äußeren Regionen des bestehenden Objekts, Aggregat genannt, ab und bilden dadurch eine fraktale Struktur [2].

Inhalt

Das erste Ziel dieser Arbeit liegt in der Konzeption einer Informationsvisualisierungstechnik unter Verwendung von DLA. Dabei sollen Entitäten, die durch ein Ähnlichkeitsmaß zueinander in Beziehung stehen, algorithmisch und in graphischer Weise angeordnet werden. Dazu wird ein Partikel, bzw. eine Entität abgefeuert und durchquert zufällig den Raum, bis es an eine Stelle des Aggregats gelangt, die eine hohe Ähnlichkeit mit dem Partikel aufweist und es dort anhaftet. Dadurch kann der Benutzer den Informationsraum Ast-weise explorieren und somit semantischen Pfaden folgen.

Durch DLA entstandenes Aggregat mit 1 Mio. Partikeln [3]
Abbildung 1. Durch DLA entstandenes Aggregat mit 1 Mio. Partikeln [3]

Das zweite Ziel ist die Realisierung dieser auf DLA basierenden Informationsvisualisierungstechnik innerhalb des SOA-IVIS-Rahmenwerkes und der Erweiterung respektive Anpassung des Rahmenwerkes für komplexe Nutzdaten. Bei dem verfolgten Ansatz sendet der Client mit dem Visualisierungsbedürfnis seine Visualisierungsanfrage an diesen Service und übergibt eine Referenz auf einen dritten, als Data-Provider bezeichneten Web-Service, der den Visual-Mapper mit den zu visualisierenden Nutzdaten versorgt. Aufgrund der potentiell hohen Informationsmenge wird durch diesen verteilten Ansatz der Aufwand für den Client minimiert.

An die Arbeit werden die allgemeingültigen Anforderungen für Informationsvisualisierungstechniken und ?Systeme gestellt. Zu nennen sind hier insbesondere kognitive Effizienz und Skalierbarkeit.

Die Arbeitsschritte umfassen zunächst die Einarbeitung in Informationsvisualisierung mit ihren Grundsätzen und Konzepten. Im nächsten Schritt gilt es, eine Informationsvisualisierungstechnik zu konzeptualisieren, welche die Visualisierung von multidimensionalen Daten unter Verwendung von DLA realisiert. Diese Arbeit greift hierzu erste Ansätze aus der Literatur auf [4] und verfeinert diese. Die Konzeption umfasst voraussichtlich die Definition eines Ähnlichkeitsmaßes zum Vergleich von Informationsobjekten sowie die Ausarbeitung eines Kräftemodells, das basierend auf dem Ähnlichkeitsmaß zur Abstoßung bzw. Anziehung von Partikeln führt. Ebenso erscheint die Einarbeitung in computergraphische Farbmodelle Erfolg versprechend, um eine farbliche Kodierung zur Visualisierung weiterer Eigenschaften zu erreichen.

Zur Realisierung des zweiten Ziels ist ein Konzept zur Integration der DLA-basierten Visualisierungstechnik in das SOA-IVIS-Rahmenwerk zu erarbeiten. Dazu gehört die Identifikation neu zu schaffender Services, die Erweiterung bereits bestehender Services, genauso wie die Festlegung des Datenflusses zwischen den Services ausgehend vom Consumer.

Danach gilt es, nach den Methoden des Software-Engineerings den konzeptuellen Entwurf in eine formale Spezifikation zu überführen. Dies umfasst die Definition von Nachrichtenelementen und deren Einbindung in die Kommunikationsprotokolle von Web-Services. Mit Hilfe geeigneter graphischer Bibliotheken wird die Visualisierungstechnik als Softwaremodul in die SOA-IVIS-Architektur integriert. Dazu werden die entsprechenden Services in Java implementiert und auf einem Web-Server bereitgestellt.

Um die Tauglichkeit der Visualisierungstechnik zu zeigen, wird sie für eine bestehende Anwendung implementiert und eingesetzt. Im Umfeld dieser Anwendung erfolgt die argumentative Evaluation, indem das Erreichte den Anforderungen gegenüber gestellt wird.

Literatur

[1]Chen, Chaomei: Information Visualization, Beyond the Horizon, 2. Aufl. Springer, Berlin, April 2006.
[2]Wirtz, Franz-Josef: Diffusion Limited Aggregation and its Simulation, URL: http://www.gut-wirtz.de/dla/. Stand: 17.07.2006.
[3]Kaufman, Henry: Diffusion Limited Aggregates, URL: http://apricot.ap.polyu.edu.hk/~lam/dla/dla100m.html. Stand: 17.07.2006.
[4]Chen, Chaomei; Lobo, Natasha.: Semantically modified diffusion limited aggregation for visualizing large-scale networks, iv, S. 576, Seventh International Conference on Information Visualization (IV'03), 2003.