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Kurs 01870 Informationsvisualisierung im Internet Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 1 Mit einem Pfeil → markierte Referenzen bezeichnen für die Bearbeitung der Übung notwendiges Zusatzmaterial, welches im Lernraum der Virtuellen Universität (LVU) oder an angegebener Stelle bereitsteht.Aufgabe 1 Bei de...

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 1

Kurs 01870 Informationsvisualisierung im Internet Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 1 Mit einem Pfeil → markierte Referenzen bezeichnen für die Bearbeitung der Übung notwendiges Zusatzmaterial, welches im Lernraum der Virtuellen Universität (LVU) oder an angegebener Stelle bereitsteht.

Aufgabe 1 Bei der Visualisierung unterscheidet man häufig Wissenschaftliche Visualisierung (Scientific Visualization) und Informationsvisualisierung (Information Visualization) Erklären Sie den Unterschied. • •

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Wissenschaftliche Visualisierung und Informationsvisualisierung unterscheiden sich in der Beschaffenheit der dargestellten Daten: Die Wissenschaftliche Visualisierung dient der Darstellung von physikalischen Daten der realen Welt, die z.B. aufgrund von Messungen, Simulationen oder ähnlichen Methoden ermittelt wurden Die Informationsvisualisierung bildet abstrakte Daten / Konzepte ohne physikalische Repräsentation ab, um deren Wahrnehmung und Verständnis zu erleichtern.

Aufgabe 2 Worin bestehen die grundsätzlichen Ziele der automatisierten Informationsvisualisierung?  Abstrakte Daten sollen grafisch so repräsentiert werden, dass strukturelle Zusammenhänge und relevante Eigenschaften der Daten intuitiv erfasst werden können. o Visualisierungen sollen so repräsentiert werden, dass die Daten automatisch weiterverarbeitet werden können o Maschinelle Lernverfahren sollen auf die Visualisierung von Daten anwendbar werden.  Die Interaktion (Wahrnehmung, Verständnis, Exploration) mit unbekannten abstrakten Datenmengen soll unterstützt werden.

Aufgabe 3 a) Was versteht man unter der Inhaltsmenge, Interessensmenge und Relevanzmenge bei der Interaktion eines Benutzers mit einem Informationssystem? Richtig oder falsch? ✓ Die Gesamtheit der Informationsobjekte in einem Informationssystem wird als Inhaltsmenge bezeichnet. f Eine Suchanfrage kann aufgrund der zu hohen benötigten Rechenleistung nie die vollständige Inhaltsmenge zurück liefern. ✓ Potentiell für den Benutzer relevante Informationsobjekte werden als sogenannte Interessensmenge bezeichnet ✓ Die Relevanzmenge besteht aus Informationsobjekten, die dazu dienen, eine Aufgabe / Informationsbedürfnis des Benutzers zu erfüllen f Durch die Interaktion eines Benutzers mit einem Informationssystem können sich die quantitativen Anteile der Inhaltsmenge an der Relevanzmenge verändern. ✓ Durch die Interaktion eines Benutzers verändert sich die Zusammensetzung der Relevanzmenge

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 1

b) In welchem Verhältnis stehen die genannten Mengen zueinander Die Inhaltsmenge beinhaltet alle Informationsobjekte (Daten, Dokumente etc.) eines Informationssystems. Benutzer erhalten Zugriff darauf mittels der Benutzungsschnittstelle. Die Interessensmenge ist eine Teilmenge hiervon, sie enthält solche Informationsobjekte, die potentiell für das Informationsbedürfnis des Benutzers relevant sind (d.h. geeignet, das Informationsbedürfnis des Benutzers ganz oder teilweise zu erfüllen). Die Relevanzmenge ist Teilmenge der Interessensmenge und damit Teilmenge der Inhaltsmenge. Sie ist die Schnittmenge aus der Inhaltsmenge und der Interessensmenge. Relevanzmenge  Teilmenge der Interessensmenge  Teilmenge der Inhaltsmenge

Aufgabe 4 Referenzmodell der Visualisierung a) Tragen Sie die nachfolgenden Begriffe im abgebildeten Referenzmodell der Visualisierung ein:

Visuelle Strukturen

Sicht

Benutzer

SichtenTransformation

DatenTransformation

strukturierte Daten

Visuelles Mapping

Aufgabe Rohdaten

Interaktion

b) Welchen Vorgang aus dem Modell beeinflussen die nachfolgend genannten Benutzeraktionen jeweils? Sichtveränderung Änderung der Farbkodierung einer Ergebnismenge

Datentransformation

Visuelle Abbildungsfunktion X

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 1

Auswahl eines Informationsobjektes und Anzeige von dessen Detailangaben Vertauschen der Achszuordnung in einem Diagramm Beschränkung auf Informationsobjekte innerhalb einer bestimmten Preisspanne Vergrößerung der bereitstehenden Darstellungsfläche für die Anwendung

X

X

X

X

Aufgabe 5 Wahrnehmung Welche Aussagen im Zusammenhang mit den zeitabhängigen Stufen menschlicher Wahrnehmung sind zutreffend? f Als Änderungsblindheit wird bezeichnet, wenn Anwender eines Informationssystems aufgrund der Komplexität der Änderung nicht erkennen können, welche Interaktion sie durchführen müssen. ✓ Veränderungen an einer Visualisierung werden nicht wahrgenommen, wenn zeitgleich noch größere andere, irrelevante Änderungen auftreten. ✓ Um eine Beeinträchtigung der kognitiven Effizienz zu vermeiden, werden Änderungen zwischen Informationsvisualisierungen häufig mit Animationen überbrückt. f Die Zeitschranken der Wahrnehmung bezeichnen den Umstand, dass die Leistung eines Informationsvisualisierungssystems die Wahrnehmung des Anwenders nicht übertreffen darf. f Reize, die innerhalb einer Zeitspanne von 3 bis 4 Sekunden erfolgen, verschmelzen für den Menschen zu einer Wahrnehmung, etwa eine Bildfolge zu einer Animation. ✓ Als Psychologisches Moment wird die Zeitspanne bis zu ca. 0,1 Sekunden bezeichnet. f

Unter einer unvorbereiteten Rückmeldung versteht man Benutzereingaben, die systemseitig nicht vorgesehen sind und daher zu einer Fehlermeldung führen.

✓ Die Aufgabeneinheit kann Zeitspannen bis zu 30 sek. Umfassen und erlaubt elementare, bewusst wahrgenommene Routineaktionen in interaktiven Systemen.

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 2

Kurs 01870 Informationsvisualisierung im Internet Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 2 Musterlösung

Aufgabe 1 Für die Darstellung welcher Arten von Informationsobjekten eignen sich die eindimensionale, zweidimensionale und dreidimensionale Darstellungsweise besonders gut? Nennen Sie je ein Beispiel: 1. Daten aus Textdokumenten oder Zeitlinien. Bsp.: Darstellung farblich codierter Codezeilen, Schieberegler 2. Relational strukturierte Daten, z.B. topologisch, geografisch Bsp.: Scatter Plots in Koordinatensystem 3. Abbildung von realen physischen Objekten Bsp.: Darstellung des menschlichen Körpers

Aufgabe 2 Was bedeuten die beiden Kriterien Expressivität und Effektivität bezogen auf ein Informationsvisualisierungssystem? Expressivität: eine Visualisierung gilt als expressiv, wenn sie alle relevanten Informationen, und nur diese, dem Benutzer zeigt. Effektivität: das Maß, in dem das Modell die Möglichkeiten des Ausgabemediums und die visuellen und kognitiven Fähigkeiten des Menschen ausnutzt

Aufgabe 3 Ordnen Sie die Abbildungen den fünf grundsätzlichen Informationsvisualisierungsmethoden für mehr als drei Dimensionen zu:

Hierarchische Anordnung von Einflussgrößen

Farbkodierte Relevanz hinsichtlich arbiträrer Kriterien

Darstellung der Dimensionen auf parallelen Achsen

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Aus Venn-Diagrammen synthetisierte Polygone

Geschachteltes 3D

Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 2

Aufgabe 4 Benennen Sie die hier abgebildeten Darstellungsformen für hierarchische Datenstrukturen:

Aufgabe 5 Ordnen Sie die untenstehenden Aussagen einer der genannten Darstellungsformen zu:

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 2

Aufgabe 6 Worin besteht der Zweck von sogenannten Dynamic Queries?  Gezielte und anschauliche (visuell-direktmanipulative) Informationsgewinnung aus einer unübersichtlich großen Menge von Daten. o Anpassung der zur Verfügung gestellten Eingabeelemente in Abhängigkeit von typischen Interaktionsmustern bei der Anfragekonstruktion

Aufgabe 7 Dynamische Anfragen gegenüber traditionellen Anfragen Dynamische Anfragen unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise grundlegend von traditionellen Suchanfragen, wie sie beispielsweise mittels SQL auf einem Datenbestand durchgeführt werden. Stellen Sie dynamische Anfragen den traditionellen Anfragesprachen anhand der gelisteten Kriterien gegenüber. Nennen Sie für jedes Kriterium die Umsetzung bei beiden Anfragemöglichkeiten. Dynamische Anfragen

Traditionelle Anfragesprachen

Vorwissen über den Datenraum

Nicht benötigt

Zur Anfrageerstellung benötigt

Formulierung des Informationsbedürfnisses

Textuelle Abfrage per z.B. SQL (formale Syntax)

Präsentation der Anfrageergebnisse

Nutzung interaktiver Bedienelemente: Schieberegler, Buttons, etc. Möglichst in Echtzeit, Visuell/grafisch

Verfeinerung der Anfrage

Direkt auf der Ergebnismenge

Neue Anfrage nötig

Ausgabe in Text / Tabellen

Aufgabe 8 Welche Aussagen zum hier abgebildeten Beispiel eines Scatterplot sind korrekt?

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 2

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 3

Kurs 01870 Informationsvisualisierung im Internet Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 3 Aufgabe 1. Was versteht man in der Visualisierung von Daten unter dem Fokus, was unter dem Kontext? Der Kontext bietet einen Überblick über eine zu visualisierende Informationsmenge. Der Fokus enthält jene Teile der Informationsmenge, die von besonderem Interesse sind, im Detail. Der Kontextbereich umgibt dabei den Fokusbereich.

Aufgabe 2. Welche der folgenden Aussagen ist korrekt? • • • • •

Bei der gleichzeitigen Darstellung von Fokus und Kontext-Bereich innerhalb einer Visualisierung spricht man von semantischem Zoomen. Während die Darstellung beim Fokus gleich bleibt oder vergrößert wird (Zoom-in), wird die Darstellung beim Kontext verkleinert (Zoom-out). Fokus- und Kontexttechniken werden als verzerrungsorientierte Präsentationstechniken bezeichnet. Sogenannte Fish-Eye-Linsen verkleinern den im Fokus des Bildes vorhandenen Inhalt, so dass die informationelle Umgebung ausreichend Platz hat. Fokus-Kontext-Techniken für hierarchische Datenmengen sollten gleichzeitig Detailbereiche der Baumtopologie als auch den gesamten Baum anzeigen können.

Aufgabe 3. Wozu dient im Zusammenhang mit Fokus- und Kontext Darstellungen die sogenannte DOIFunktion? Die DOI-Funktion kann dazu genutzt werden, die Aufteilung der verfügbaren Darstellungsfläche unter den Objekten herzuleiten. Sie repräsentiert somit den Grad des Interesses an den verschiedenen Objekten und ist entsprechend des Nutzerinteresses veränderlich.

Aufgabe 4. Wie wird die folgende Darstellungsweise bezeichnet?

Die Abbildung zeigt eine Polyfokale Darstellung -1-

Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 3

Aufgabe 5. Mittels welcher beiden mathematischen Funktionen kann eine „Focus & Context“ Visualisierung bezüglich der Funktion des räumlichen Zoomens beschrieben werden und in welcher Beziehung stehen diese zueinander? Die Transformationsfunktion definiert die Abbildung des Objekts von der Originaldarstellung in die Fokus- und Kontextansicht. Die Vergrößerung- bzw. Skalierungsfunktion gibt den Vergrößerungs-, bzw. Verkleinerungsfaktor für die Kontextregion an. Die Skalierungsfunktion ergibt sich als erste Ableitung aus der Transformationsfunktion.

Aufgabe 6. Worin bestehen typische Probleme in der Darstellung von 3-D-Daten durch Rotation und Navigation der Visualisierung? • • •

Verlust der Orientierung Verluste in der Kontext-Darstellung Verdeckung des Fokus

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 4

Kurs 01870 Informationsvisualisierung im Internet Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 4 Aufgabe 1. Ergänzen Sie die fehlenden Begriffe zur Klassifizierung von Evaluationsmethoden:

• • •

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Evaluationsmethoden, die während der Designphase angewandt werden, sind [formative] Methoden. Diese Evaluationen werden in der Regel mit wenigen Personen und [qualitativen] Methoden durchgeführt. Sogenannte [summative] Methoden werden nach der Fertigstellung einer Applikation verwendet, um die generelle Effektivität und Effizienz eines Informationssystems festzustellen. Daher werden sie üblicherweise mit [quantitativen] Methoden ausgeführt. Die bisher genannten Evaluationen dienen eher zur Bestätigung, bzw. Bewertung von Designideen oder implementierten Designs. Um explizit neue Ideen und Konzepte zu oder aus Designs zu entwickeln, schlagen Ellis und Dix [Ell06] die Gruppe der [explorativen] Evaluation vor.

Aufgabe 2.

Welche Aussage/Aussagen zu Empirischen Evaluationsmethoden ist/sind zutreffend ? Die richtigen Antworten sind: • •

Empirische Methoden sammeln Informationen durch Beobachten und messen Daten über das Verhalten von Benutzern. Empirische Methoden sind die am häufigsten verwendeten Methoden im Bereich Visualisierung und grafische Benutzungsoberflächen zu Informationssystemen.

Aufgabe 3.

Ordnen Sie die im Kurstext erläuterten charakteristischen Merkmale einer der genannten Evaluationsmethoden zu: Die richtigen Antworten sind: •

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•

• •

Bei dieser Methode ist es fraglich, ob tatsächlich (gedanklich) die Benutzerrolle eingenommen werden kann, oder ob mögliche subjektive Wahrnehmungen und Einschätzungen dies behindern. → Expertenbegutachtung Durch Äußerungen der Probanden kann man direkte Rückschlüsse ziehen, was und warum an dem jeweiligem Informationsvisualisierungssystem welche Probleme verursacht. → Thinking-Aloud-Methode Der prinzipielle Ansatz bei dieser Methode ist es, Benutzer zu ermutigen, während der Ausführung von Aufgaben, die mithilfe des Informationssystems erledigt werden, laut zu denken. → Thinking-Aloud-Methode Die Evaluation wird anhand eines Leitfadens durchgeführt und ist daher eine stark organisierte Evaluationsmethode. → Gruppeninterview Eine Anzahl von Personen wird in einer frühen Phase der Konzeptevaluation zur gleichen Zeit befragt, dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Frage-Antwort-Gespräch zwischen Entwickler und Benutzer. → Gruppeninterview -1-

Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 4

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Das Verfahren sollte nicht als Ersatz für kontrollierte Benutzerexperimente eingesetzt werden, sondern nur als Ergänzung in den frühen Designphasen. → Expertenbegutachtung

Aufgabe 4.

Richtig oder falsch? • • •

Heuristische Evaluationsverfahren berücksichtigen ausschließlich wissenschaftlich nachgewiesene Erkenntnisse. → falsch Aufgrund des ungünstigen Kosten-Nutzen Verhältnisses sollten Heuristische Evaluationsverfahren nicht in iterativen Prozessen zum Einsatz kommen. → falsch Heuristische Evaluationsverfahren können in allen Entwicklungsstadien eines Systems eingesetzt werden. → richtig

Aufgabe 5.

Bei der Evaluation von Informationsvisualisierungs-Systemen kommen häufig sogenannte Kontrollierte Experimente zum Einsatz. Erläutern Sie stichpunktartig, was wird bei einem Kontrollierten Experiment kontrolliert wird und welchem Zweck dies dient. • •

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Kontrollierte Experimente sind empirische Experimente, für die klare Ziele definiert werden. → 1 Pkt. Bsp. für diese Ziele: Aufdecken von Problemen, die Überprüfung / Verbesserung der Usability, Vergleiche von IVIS-Systemen, etc.. → max. 2 Pkt. Kontrolliert werden alle Rahmenbedingungen des Experiments, darunter fallen z.B.: o Die Auswahl der Teilnehmer (Anfänger/Experte, Geschlecht, Alter, etc.) o Ort und Zeit sowie Dauer des Experiments o Das eingesetzte Personal, z.B. Moderatoren (Verhinderung von Befangenheit) o Die konkrete Aufgabenstellung während des Experiments o Die Auswertung (-smethode) der Studie → max. 5 Pkt. Zweck der Festlegungen im Vorfeld sind eine möglichst hohe Objektivierung und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. → 1 Pkt.

Aufgabe 6.

Welche Aussage / Aussagen zu den Leistungskennzahlen Effektivität und Effizienz sind korrekt? Die richtigen Antworten sind: •

Um die Effizienz einer Benutzungsschnittstelle zu beurteilen, wird üblicherweise die Ausführungszeit bei Bestimmten Benutzeraktivitäten, bzw. Aufgaben gemessen.

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Kurs 01870 Einsendeaufgaben zu Kurseinheit 4

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Es werden nur Interaktionen berücksichtigt, die zur korrekten Erfüll ung einer Aufgabe geführt haben. Die Effektivität eines Systems wird über den Ausführungserfolg gemessen, der einen definierten Endstatus für eine Aufgabe voraussetzt.

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Kurseinheit 5: Basistechnologien Rendering und X3D Einsendeaufgaben Aufgabe 1 Aus welchen Komponenten besteht ein Szenegraph in X3D? Ein Szenengraph in X3D besteht aus Knoten und Kanten.

Aufgabe 2 Was repräsentieren die Felder eines Knotens? Was repräsentieren die Kanten? Die Felder eines Knotens nehmen Attributsdaten (mit jeweils entsprechendem Datentyp) auf. Hierzu zählen beispielsweise Parameter wie Farbe oder Textur, aber auch Skalierung, etc.. Die Kanten im Szenegraph repräsentieren strukturelle Beziehungen und weitergegebene Eigenschaften. Sie verbinden Knoten mit ihren über- und untergeordneten Knoten, so dass sich Änderungen an einem Knoten auch auf untergeordnete Knoten auswirken und somit eine strukturelle und funktionale Hierarchie abgebildet wird. Aufgabe 3 Nennen Sie je ein Beispiel für die im Kurs genannten Klassen von Knotentypen und erläutern Sie die jeweilige Klasseneigenschaft. 1. Unabhängige Knoten Unabhängige Knoten sind kein Bestandteil des eigentlichen Szenegraphen. Sie beziehen sich auf die gesamte Szene und enthalten allgemeine Informationen wie Metadaten, Kameraeinstellung oder Beleuchtung. Beispiele: viewpoint, background 2. Gruppen-Knoten Gruppen-Knoten fassen mehrere Knoten zu einer strukturellen Gruppe zusammen, sie können eine beliebige Anzahl von Kindknoten haben. Gruppenknoten wirken innerhalb des Szenengrafen hierarchisch kumulativ. Beispiele: transform, billboard 3. Blatt-Knoten Blatt-Knoten werden in grafische und nichtgrafische Blattknoten unterteilt. - Grafische Blattknoten wiederum sind z.B. entweder Geometrie- oder Attributknoten, dienen also der Darstellung geometrischer Formen (Zylinder, Box, etc.) oder beschreiben grafische Eigenschaften, wie etwa Größe, Farbe, Position. - Nichtgrafische Blattknoten beinhalten z.B. Sensorknoten (erzeugen Ereignisse nach Benutzereingaben), akustische Knoten und Skriptknoten. Beispiele: box, text, color, sound, timesensor

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Aufgabe 4 Die Syntax für das Public Interface eines Knotens in X3D lautet wie folgt: Knotenname { Schlüsselwort Datentyp Feld-/Ereignisname Standardwert … } Welche Schlüsselworte kann der Knoten bei seiner Instanziierung erhalten und was bedeuten sie? eventIn: schreibender Zugriff: Der Wert eines eventIn-Feldes ist veränderbar durch Ereignisse, die der Knoten zur Laufzeit empfängt. eventOut: lesender Zugriff: Ein Knoten kann mittels eventOut-Feldern Ereignisse an andere Knoten senden. field: Ein mit "field" definiertes Feld kann zur Laufzeit nicht verändert werden. exposedField: lesender und schreibender Zugriff: Für diese Felder ist sowohl ein eventIn- als auch ein eventOut möglich, so dass zum einen Wertänderungen empfangen werden können, Ereignisse aber auch an andere Knoten weitergegeben werden können.

Aufgabe 5 Welche Aussage zu ROUTE-Deklarationen ist richtig: -

Um zwei Knoten per ROUTE-Deklaration zu verbinden, müssen sie mit PROTO benannt sein ROUTE-Deklarationen verbinden zwei Felder eines Quell- und eines Zielknotens ROUTE-Deklarationen verbinden nie ein Feld des Variablentyps bool mit einem Feld des Typs integer.

Antwort 2 und 3 sind korrekt.

Aufgabe 6 Wie können die automatisierte Erkennung von Ereignissen und ihre Verarbeitung in einer X3D-Szenenbeschreibung umgesetzt werden? Im X3D-Szeneng...