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Mögliche Aufgaben inkl. Lösungen Klausur WS 2020/21 – 18.03.2021 Frage 1 (4 Punkte) KE 1 S.39-40 2015 Bei der Visualisierung unterscheidet man häufig Wissenschaftliche Visualisierung (Scientific Visualization) und Informationsvisualisierung (Information Visualization). Erklären Sie den Unterschied und nennen Sie je ein Beispiel. Diese beiden Arten der Visualisierung unterscheiden sich im Rahmen der Beschaffenheit der Daten. Während die wissenschaftliche Visualisierung sich mit der Darstellung von physikalischen Daten (bspw. dreidimensionale Scans eines Körperteils) beschäftigt bildet die Informationsvisualisierung abstrakte Daten bzw. Konzepte ab (bspw. Texte oder das Periodensystem). Frage 2 (1 Punkt) KE 1 S. 18 (2015) Welche Aussagen über Abbildungen zur Erstellung einer Visualisierung von Informationen sind zutreffend? o Sie sollten so gewählt werden, dass das Verständnis kognitiv günstig abgewickelt werden kann. o Sie sollten so gewählt werden, dass die Wahrnehmung und Verarbeitung möglichst innerhalb bewusster Prozesse des visuellen Systems abgewickelt werden kann. o Sie sollten so gewählt werden, dass der Benutzer möglichst hohe kognitive Kosten hat. Frage 3 (10 Punkte) KE 1 S.11 (2015, 2013) Benennen Sie die Phasen und Übergänge des aus der Vorlesung bekannten Referenzmodells der Visualisierung (Beschriftung in die grünen Kästen) und geben Sie mindestens ein Beispiel für die mögliche Einflussnahmen auf die Übergänge. (auch 2015)

Mögliche Einflussnahme auf visuelle Abbildungsfunktion: Änderung der Farbkodierung einer Ergebnismenge. Mögliche Einflussnahme auf Datentransformation: Beschränkung auf Informationsobjekte innerhalb einer bestimmten Preisspanne. Mögliche Einflussnahme auf Sichtveränderung: Vertauschen der Achszuordnung in einem Diagramm.

Frage 4 (2 Punkte) KE 2 S.19 2015 (Frage 12) Worin unterscheiden sich die Qualitätskriterien Effektivität und Expressivität einer Informationsvisualisierung? Als expressiv gilt eine Visualisierung, wenn sie die gesamte relevante Information (nur diese!) anzeigt. Das Qualitätskriterium der Expressivität ist also abhängig von der Struktur und Art der Daten. Effektiv ist eine Visualisierung, wenn ihr die optimale Ausnutzung der Möglichkeiten des Ausgabemediums und der visuellen Fähigkeiten des Menschen gelingt. Dieses Qualitätskriterien bezieht sich auf die Art der Darstellung der gegebenen Daten.

Frage 5 (3 Punkte) KE 1 – u.A. S.31 Welche Aussagen im Zusammenhang mit menschlicher Wahrnehmung und Kognition sind zutreffend? o Die präattentive Informationsverarbeitung lenkt die Wahrnehmung des Benutzers auf spezifische Details. o Große Veränderungen an einer Visualisierung werden nicht wahrgenommen, wenn zeitgleich noch andere, irrelevante Änderungen auftreten. o Um eine Beeinträchtigung der kognitiven Effizienz zu vermeiden, werden zu schnelle Änderungen zwischen Informationsvisualisierungen häufig mit Animationen überbrückt. o Die Zeitschranken der Wahrnehmung bezeichnen den Umstand, dass die Leistung eines Informationsvisualisierungssystems die Wahrnehmung des Anwenders nicht übertreffen darf. o Reize, die innerhalb einer Zeitspanne von 1 bis 2 Sekunden erfolgen, verschmelzen für den Menschen zu einer Wahrnehmung, etwa eine Bildfolge zu einer Animation. o Die Aufgabeneinheit kann Zeitspannen bis zu 30 sek. umfassen und erlaubt elementare, bewusst wahrgenommene Routineaktionen in interaktiven Systemen. Frage 6 (3 Punkte) KE 1 S.8 (2015) Die Abbildung zeigt Informationsmengen, die während eines Informationsdialogs auftreten. Welche der folgenden Aussagen ist zutreffend? (auch 2015) o Menge C bezeichnet man als Interessenmenge o Menge E (grauer Bereich) bezeichnet man als Kernmenge o Die Schnittmenge zwischen Menge A und Menge B bezeichnet man als Kernmenge o Menge A bezeichnet man als Inhaltsmenge o Die Mengen D1, D2 und D3 bezeichnet man als Ergebnismengen o Menge A bezeichnet man als Interessenmenge Frage 7 (6 Punkte) KE 2 S.24 (2015) Welche wesentlichen zusätzlichen Probleme ergeben sich bei der 3-D-Darstellung gegenüber einer Darstellung in 2D? Markieren Sie mit R (ichtig) oder F (alsch) (auch 2015) Objekte im Vordergrund können solche im Hintergrund verdecken.

R

Die Darstellung ist ggf. uneindeutig, denn sie hängt vom Blickpunkt des Benutzers ab.

R

Der Benutzer hat keine Möglichkeit sich im dreidimensionalen Raum zu bewegen.

F

In zweidimensionalen Bildern ergeben sich im Bereich der Expressivität wesentlich mehr Möglichkeiten als in dreidimensionalen.

F

Wenn sich Objekte gleicher Größe in unterschiedlicher Entfernung vom Blickpunkt des Nutzers befinden, werden sie immer gleich groß erscheinen.

F

Die Darstellung hat hohe Anforderungen an die Rechnerleistung.

R

Frage 8 (4 Punkte) KE 3 S.6 (2015, Frage 21) Wie lauten die Ihnen aus der Vorlesung bekannten Arten des Zoomens? (auch 2015) 1. 2. 3. 4.

Räumliches Zoomen Semantisches Zoomen Weiches Zoomen Geometrisches Zoomen

Frage 9 (9 Punkte) KE 2 -S. 47ff Benennen Sie die hier abgebildeten Darstellungsformen für hierarchische Datenstrukturen und erläutern Sie die Vorund Nachteile bei Abbildung b) und e) stichpunktartig: a) Outline-Darstellung b) Connection-Darstellung c) Venn-Diagramm-Darstellung d) Verschachtelte Tree-Map-Darstellung e) Tree-Map-Darstellung

Vorteile

Nachteile

b - Connection

- Die Struktur lässt sich klar abgrenzen - Bei den Informationen, die dargestellt werden können, ist die Tiefe gut ablesbar

e – Tree-Map

- Vaterknoten sowie alle Blätter und innere Knoten sind direkt sichtbar  inhaltliche Information gewährleistet - optimale Raumausnutzung - Für große Datenmengen wird die Darstellung nicht problematisch oder ineffizient - Numerische Verhältnisse innerhalb der einzelnen Knoten werden in einer entsprechenden Fläche ausgedrückt

- Darstellung ist in voller Größe und Umfang nicht darstellbar - Raumausnutzung ineffizient: pro Knoten wird eine Zeile gebraucht - hoher Mangel an inhaltlicher Information - bei extrem großen Datenmengen bzw. einer hohen Zahl darzustellender Knoten, ist die Verschachtelung unübersichtlich und möglicherweise benutzerunfreundlich - Verschachtelung nimmt zusätzlichen Raum ein, der anderen Knoten damit genommen wird

Frage 10 (5 Punkte) KE 2- S. 77 (2015, Frage 22) Erläutern Sie kurz das Konzept der engen Kopplung (engl. Tight-Coupling) am Beispiel des aus der Vorlesung bekannten Film-Finders. (auch 2015) Bei dem FilmFinder handelt es sich um eine Anwendung für die Suche nach Filmen in einer Filmdatenbank. Dabei greift sie auf das Prinzip der Dynamic Queries zurück. Implementierungen von Dynamic Queries bedienen sich zur Unterstützung der Anfragekonstruktion bereits Methoden der direkten Manipu-lation einer visuell-direktmanipulativen Benutzungsschnittstelle (im Beispiel Filtermöglichkeiten, Schie-beregler) für einen Datenbankzugriff und stellen die Ergebnisse jeder ausgeführten Manipulation sofort interaktiv in der Visualisierung der Gesamtdatenmenge, die damit zur Visualisierung der Ergebnismenge der Anfrage wird, dar (im Beispiel farbliche Darstellung der Ergebnismenge als Scatterplot). Man spricht bei dieser Art der Vorgehensweise von einer engen Kopplung zwischen Anfragekonstruktion, Suche und Visualisierung der Ergebnisse. Der Benutzer kann somit sofort sehen, welche Auswirkungen seine Suchangaben auf die Darstellung der Datensätze in der Visualisierung der Gesamtdatenmenge haben. Durch die Realisierung des TightCoupling-Konzeptes werden Inkonsistenzen zwischen den einzelnen Teilen der Anzeige vermieden und machen damit weiterhin Suchanfragen mit ungültigen Eingabewerten unmöglich.

Frage 11 (5 Punkte) KE 2 – S.27 (2015, Frage 14) Wenn die darzustellende Information mehr als drei Dimensionen hat, so werden Informationsvisualisierungstechniken benötigt, die diese multidimensionalen und damit räumlich quasi „unvorstellbaren“ Dimensionen so darstellen, dass der Betrachter die Informationen auf möglichst leicht verständliche Art und Weise wahrnehmen und interpretieren kann. Benennen Sie die fünf im Kurs vorgestellten Informationsvisualisierungstechniken für mehr als drei Dimensionen, die diese Anforderungen erfüllen! a: Geschachteltes 3-D b: Darstellung der Dimensionen auf parallelen Achsen c: Hierarchische Anordnung von Einflussgrößen d: Farbkodierte Relevanz hinsichtlich arbiträrer Kriterien e: Aus Venn-Diagrammen synthetisierte Polygone Frage 12 (5 Punkte) KE 3 – Kapitel 5 Worin besteht die Anforderung bei gleichzeitiger Darstellung von Fokus und Kontext-Bereich hinsichtlich der Anwendung des räumlichen Zoomens? Erläutern Sie anhand der Grafik und nennen Sie die dargestellte Visualisierungstechnik. Die dargestellte Visualisierungstechnik ist der Nachfolger des bifokalen Displays. Es handelt sich hier um die perspektivische Wand-Darstellung. Im Gegensatz zu ihrem Vorgänger werden Regionen außerhalb der Fokusregion mit steigender Entfernung vom Fokus stärker verkleinert. Beim räumlichen Zoomen wird nur die Skalierung der Darstellung vergrößert, es werden aber nicht automatisch mehr Details angezeigt. Dies ist bei der Darstellung gegeben.

Frage 13 (6 Punkte) KE 2 Kapitel 8 Worin unterscheiden sich Dynamische Anfragen von traditionellen Suchanfragen hinsichtlich der folgenden Aspekte:  Vorwissen über den fraglichen Datenraum  Formulierung des Informationsbedürfnisses  Darstellung der Anfrageergebnisse Traditionelle Anfragen Dynamische Suchanfragen Vorwissen über den fraglichen Datenraum Das Vorwissen über den fraglichen Datenraum wird hier - um eine Anfrage zu erstellen, wird dieses Vorwissen nicht benötigt. benötigt Formulierung des Informationsbedürfnisses Formulierung des Informationsbedürfnisses Dem Benutzer wird ermöglicht interaktive - es erfolgt eine textuelle Abfrage per z.B. SQL (formale Bedienelemente zu verwenden. Darunter fallen bspw. Syntax). Schieberegler oder auch Buttons. Darstellung der Anfrageergebnisse Darstellung der Anfrageergebnisse - Die Darstellung erfolgt über die Ausgabe in Text oder Es erfolgt eine visuelle/grafische Darstellung. Die auch Tabellen Interaktion mit der Darstellung und die darauffolgenden Anfrageergebnisse sollen dabei möglichst in Echtzeit dargestellt werden.

Frage 14 (8 Punkte) KE 3 Markieren Sie die nachfolgenden Aussagen zu Evaluationsmethoden in der Informationsvisualisierung mit falsch oder richtig: r/f Fokusgruppen und Gruppeninterviews werden anhand eines Leitfadens durchgeführt und sind daher stark organisierte Evaluationsmethoden. KE 4 3.1

r

Bei der Cognitive-Walkthrough-Methode werden Benutzer gebeten, während der Ausführung von Aufgaben, die mithilfe des Informationssystems erledigt werden, laut zu denken.

f

Die Thinking-Aloud-Methode erschwert Rückschlüsse, was an einem Informationsvisualisierungssystem Probleme verursacht, da sie sich zu sehr auf die subjektive Wahrnehmung des Benutzers stützt.

f

Methoden des gedanklichen Durchgehens (Cognitive Walkthroughs) sind sehr oft fokussiert auf Aspekte der intuitiven Verständlichkeit, Erlernbarkeit sowie der Wahrnehmung von Systemfunktionalitäten.

r

Heuristische Evaluationsverfahren können in allen Entwicklungsstadien eines Visualisierungswerkzeuges eingesetzt werden, indem eine kleine Anzahl von Testpersonen das entsprechende Programm anhand von Richtlinien inspiziert.

R

Kontrollierte Experimente sind empirische Experimente, die im Allgemeinen die Faktoren Entwicklungsdauer, Komplexität, Vermarktungspotential und Wiederverwertbarkeit eines Informationssystems messen.

f

Für die Teilnehmerauswahl eines Kontrollierten Experiments ist es hilfreich, ein Benutzer-Profil zu erstellen, um eine geeignete Auswahl an repräsentativen Benutzern einer Zielgruppe zu treffen.

r

Mithilfe longitudinaler Studien kann untersucht werden, inwieweit Benutzer Informationsvisualisierungen in ihre bestehenden Softwareinfrastrukturen und Arbeitsabläufe für Datenanalysen integrieren können.

r

Frage 15 (5 Punkte) (2015, Frage 28) Ergänzen Sie die Grafik:

Kategorien von Knoten-Typen in X3D

____Unabhängige Knoten ___

______Blattknoten__

____ Gruppenknoten ____

_____Graphisch___

______nichtgraphisch______

Frage 16 (4 Punkte) In welche dieser Kategorien fallen die Knoten „Viewpoint“ bzw. „Time Sensor“? Welche Funktion erfüllen sie jeweils? Der Viewpoint fällt unter die Kategorie der unabhängigen Knotentypen. Unabhängige Knoten sind kein Teil des Szenengrafen. Sie beziehen sich auf die gesamte Szene. Mit dem Viewpoint-Knoten kann man eine Kamera definieren, d.h. die Sicht des Benutzers auf die Szene festlegen. Zu den Gruppenknoten gehört der TimeSensor. Er generiert Events zu bestimmten Zeitpunkten oder in festgelegten zeitlichen Abständen.

Frage 17 (6 Punkte) KE 5 K 2.28 Nennen sie die drei möglichen Feldtypen und Zugriffsarten für das Eventhandling in X3D und erklären Sie die Unterschiede zwischen ihnen. Feldtypen: EventIn (Zugriffsart: schreibend), Eventout (Zugriffsart: lesend), ExposedField (Zugriffsart: schreibend/lesend) Ein EventIn-Feld empfängt über ein X3D-Knoten Ereignisse. Das sind neue Werte für die jeweiligen Felder des Knotens (durch Interaktion erzeigt). Ein X3D-Knoten kann über EventOut-Felder nun diese Events an andere X3D-Knoten senden. Bei Exposedfields handelt es sich sowohl um EventIn- als auch EventOut-Felder. Definiert man ein Feld mit exposedField, werden für dieses Feld zusätzlich zwei Eigenschaften angelegt, die es erlauben, das Feld während der Laufzeit zu verändern oder auch Änderungen im Feld den anderen Knoten mitzuteilen. Frage 18 (4 Punkte) KE 7 K 3.3 Markieren Sie die korrekten Aussagen bezüglich des Einsatzes von X3DOM o X3D-Code lässt sich direkt in den HTML-Code einbetten und wird mittels einer JavaScript API automatisiert verarbeitet und als interaktive Szene innerhalb der Webseite dargestellt. o Durch die native Integration von X3D-Szenen in HTML-Webseiten werden keine weiteren Plugins mehr benötigt. o X3D-Knoten werden in das Document Object Model (DOM) des Web Browsers integriert und sind damit gegenüber schreibendem Zugriff durch Standard-JavaScript Werkzeuge geschützt. o X3D-Objekte werden dynamisch in WebGL-Geometrien übersetzt; WebGList kann auf Basis einer Lizenzgebühr in modernen Web-Browsern zur Darstellung von 3-D-Inhalten nachträglich installiert werden Mittels X3DOM erfolgt jeder Zugriff und jede Modifikation eines 3-D-Objekts direkt auf dem entsprechenden DOM-Element. Standard-HTML-Events wie „onClick“ innerhalb der X3D-Szenendeklaration können genutzt werden, um die Implementierung der User-Interaktion mit Szenenobjekten zu vereinfachen. Frage 19 (10 Punkte) Die Integrations-Architekturen Server Side Includes, Runtime Node und Trigger Server dienen dazu, dynamisch Inhalte externer Datenquellen – beispielsweise einer Datenbank – in eine X3D-Szene einzubetten. Erläutern Sie, zu welchem Zeitpunkt in der Darstellung der Szene dies jeweils geschieht und worin sich die DBZugriffe grundsätzlich unterscheiden. Die Integrations-Architektur Server Side Includes wird verwendet, um die Daten vor der Übertragung an den Client dynamisch in ein HTML-Dokument einzufügen. So können die Daten auch vor der Übertragung einer X3DBeschreibung in diese Szenenbeschreibung eingefügt werden. Das bedeutet, ein Server-Slide-Include-Mechanismus modifiziert eine vom Client angeforderte X3D-Szene, bevor diese ausgeliefert wird. Das Vorgehen erfolgt auf der Seite des Servers. Im Rahmen des Server Side Includes untersucht eine vorgeschaltete Komponente des Servers die X3DSzene auf eingebettete Datenbankanfragen, baut eine Datenverbindung auf und fügt die Ergebnisse in die X3D-Szene ein, die ausgeliefert werden soll. Innerhalb der X3D-Datei werden die Anweisungen für die vorzunehmenden Datenbankzugriffe durch die Erweiterung SQLServer-Side-Include-Knoten spezifiziert. Der Runtime Node (Laufzeitknoten) verfolgt einen anderen Ansatz als die Server Side Includes. Der Laufzeitknoten – wie der Name verlauten lässt - ermöglicht die die Ausführung beliebiger SQL-Anweisungen zur Laufzeit. Die Abfrage der Daten erfolgt nicht direkt über die Datenbank, sondern wird vom X3D-Client zum Datenbank-Server gesendet. Der Server führt die Datenbankabfrage aus und sendet die Daten zurück an den Client. Es ergibt sich jedoch ein Problem mit der Abfrage der Daten. Bei Client Hypertext Transfer Protocol Anfragen wird die Webseite immer neu geladen und die 3D-Szene damit neugestartet. Der aktuelle Zustand der 3D-Szene geht verloren. Laufzeitknoten sollen das

verhindern. Dazu verwendet man folgendes Konzept: Asynchronous JavaScript and XML bezeichnet ein Konzept der asynchronen Datenübertragung zwischen einem Browser und dem Server. Dieses ermöglicht es, HTTP-Anfragen durchzuführen, während eine HTML-Seite angezeigt wird, und die Seite zu verändern, ohne sie komplett neu zu laden. Der Trigger Server erzeug eine 1:n-Abhängigkeit zwischen laufenden X3D-Applikationen und einem Datenbanksystem. Eine Änderung des Zustands der Datenbank führt dann dazu, dass alle abhängigen X3D-Szenen benachrichtigt werden und die Möglichkeit erhalten, ihre Erscheinung anzupassen. Der Trigger Server ist dabei unmittelbar mit dem aktiven Datenbank-Managementsystem gekoppelt und beobachtet dessen Datenbestand. Externe Sensoren, die bei Änderungen innerhalb des ADBMS eine Benachrichtigung erhalten wollen, können sich bei dem Trigger-Server anund abmelden. Unter Verwendung von SQL3-Triggern wird das ADBMS veranlasst, bei Änderungen der Datenbasis den Benachrichtigungsmechanismus des Trigger-Servers auszulösen. Dieser dann benachrichtigt sämtliche bei ihm angemeldeten externen Sensoren, die von der aufgetretenen Änderung betroffen sind.

Klausur 2015 (nur Fragen, die nicht im WS 2020/21 kamen) Frage 2 (1 Punkt) Vervollständigen Sie die in der Vorlesung gegebene Definition für Informationsvisualisierung: „Visualisierung ist der Gebrauch von…“ … computergestützten interaktiven, visuellen Darstellungen von Daten, um deren Verständnis zu erleichtern.“ Frage 3 (2 Punkte) Worin unterscheiden sich die beiden Informationsaktivitäten Filtern und Suchen? Im Rahmen der Informationsaktivität kann man Filtern und Suchen als äquivalent betrachten. Sie unterscheiden sich lediglich darin, dass beim Suchen die Aktivität vom Benutzer ausgeht. Beim Filtern stellt jedoch i.d.R. ein proaktives Verhalten des Systems dar. Filter verwenden einen einzelnen Ausdruck, um einen booleschen Wert für jeden Eingabedatensatz zu berechnen. Eine Sicht stellt nur die Datensätze dar, für die dieser Wert wahr ist. Eine Suche zeigt Datensätze mit Feldern an, die mit dem Suchtext übereinstimmen, zeigt weiterhin alles an. Frage 5 (2 Punkte) Bei der eindimensionalen Textdarstellung in der Informationsvisualisierung unterscheidet man grundsätzlich zwei verschiedene Ansätze. Benennen Sie diese. Frage 6 (2 Punkte) Erläutern Sie die Informationsvisualisierungstechnik 3-D-plus-Zeit! Wright schlägt vor 4-D zu verwenden, um eine große Menge von Informationen gleichzeitig zu visualisieren. Dabei handelt es sich um 3-D plus Bewegung. Innerhalb des 3-D-Darstellungsraumes wird die Information auf die Wände und auf den Boden gezeichnet. Sollen zwei Werte miteinander verglichen werden, wird das Bild so gedreht, dass sich ihre Basis auf gleicher Höhe befindet. Sie haben also die gleiche Entfernung zum Blickpunkt des Nutzers. Ist der Nutzer an bestimmten Details interessiert, kann er in die Richtung navigieren (Heranzoomen). Durch die permanente Aktualisierung der Informationen kann der Nutzer direkt erkennen kann, wo sich ein Wert ändert. Daher kann er auch entsprechend schnell auf sich ändernde Werte reagieren. Frage 7 (1 Punkt) Beschränken sich die Aktivitäten eines Benutzers innerhalb eines Informationsdialoges ausschließlich auf direkte Informationsaktivitäten? Ja, die beschränken sich allein auf Informationsaktivitäten, die zum Ziel haben, eine Informationsanforderung an das ...