Abschluss des VICCI-Projekts – Teil 1

Die ESF-geförderte Nachwuchsforschergruppe VICCI beschäftigte sich von 2012 bis Ende 2014 an der Fakultät Informatik der Technischen Universität Dresden mit der Entwicklung, Steuerung und Integration von cyber-physikalischen Systemen (CPS). Der Anwendungsbereich umfasst Smart Home-Umgebungen und die Unterstützung von Menschen im Ambient Assisted Living.

Mein Arbeitspaket für Visualisierung und visuelle Analyse hatte im Rahmen des Projekts drei wesentliche Aspekte untersucht und entsprechende Lösungen erarbeitet:

  • die visuelle Analyse komplexer, multi-dimensionaler, multimodaler,  dynamischer Raumzeit-Daten,
  • die Visualisierung in heterogener, mobiler und verteilter IT-Infrastruktur und
  • die Realisierung von Visualisierungssystemen und -Komponenten.

Heute schreibe ich über die visuelle Analyse komplexer Raumzeit-Daten.

teaser

Die visuelle Analyse dient der administrativen Übersicht über eines laufenden CPS aus Gründen der Sicherheit, als Hilfestellung während Entwicklung und des Betrieb des Systems. Im Besonderen sind außergewöhnliches (Fehl-)Verhalten und das Entstehen von emergenten Systemeigenschaften hierbei von Bedeutung. Da hierfür eine visuelle Exploration notwendig ist, dürfen nur minimal wenige vorherige Annahmen getroffen und einschränkende Darstellungsmetaphern genutzt werden. Beispielsweise, können bestimmte Daten, wie auf die Gelenke eines Roboterarms wirkenden Kräfte, effektiver Visualisiert werden, wenn diese im geometrischen Kontext dargestellt werden. Diese Annahme jedoch verringert die Allgemeingültigkeit der Visualisierung.

Ausgehend von einer entsprechenden Anforderungsanalyse wurde daher eine grundlegende Visualisierung erarbeitet, welche koordinierten Ansichten, zeit-kontinuierlichen Scatterplot-Matrizen, zeit-kontinuierlichen parallelen-Koordinaten-Plots und zeitliche Heatmaps nutzt um die im CPS erhobenen Daten direkt darstellt. Diese Anwendung ist in der Lage generische multidimensionale Daten in Echtzeit interaktiv darzustellen und bietet somit eine hervorragende Möglichkeit für erste visuelle Analyseschritte. Das erarbeitete System wurde in der Fachzeitschrift Computer Graphics Forum, dem führenden europäischen Visualisierungsjournal, veröffentlicht. Im Rahmen der Evaluierung wurden die Daten des CPS live dargestellt und in Diskussion mit dem Publikum diskutiert. Das CPS wurde durch die weiteren direkt vor Ort und in entfernten Laboren betriebenen Demonstratoren und Sensoren gebildet.

  • [DOI] S. Grottel, J. Heinrich, D. Weiskopf, and S. Gumhold, „Visual Analysis of Trajectories in Multi-Dimensional State Spaces,“ Computer Graphics Forum, vol. 33, iss. 6, pp. 310-321, 2014.
    [Bibtex]
    @article {Grottel2014HDTraj,
      author = {Grottel, Sebastian and Heinrich, Julian and Weiskopf, Daniel and Gumhold, Stefan},
      title = {{Visual Analysis of Trajectories in Multi-Dimensional State Spaces}},
      year = {2014},
      journal = {Computer Graphics Forum},
    volume = {33},
    number = {6},
    pages = {310--321},
      doi = {10.1111/cgf.12352}
    }

DOI: 10.1111/cgf.12352

Diese Visualisierung wurde als Plugin für das Visualisierungssystem MegaMol realisiert. Der Quellcode dieses Plugins kann frei hier heruntergeladen und entsprechend der beigelegten Lizenz verwendet werden:

hdtraj.mmplugin.ziphdtraj.mmplugin.zip Multi-Dimensional Trajectory Visualization MegaMol Plugin
[99.7 KB; MD5: 0a6eaf465318b0f256ecfdf8a8b4ad50; Mehr Info]

Um das MegaMol-System und das Plugin zu kompilieren, nutzen Sie die entsprechenden Anleitungen auf der MegaMol-Webseite.

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