9.3.4 Visualisierung und Interaktion (Benutzerschnittstelle)

Der Begriff Visualiserung umfasst in den technischen Wissenschaften eine Reihe von Unterbegriffen wie computer graphics, image processing, computer aided design, man-machine interaction, etc., welche in diversen Anwendungsgebieten wie z.B. der Strömungssimulation oder der Modellierung von Molekularstrukturen stark Fuss gefasst haben [Keller93, IEEE96, Thalmann90]. Die Anwendungen in technischen Bereichen haben unterdessen eine gewisse Tradition, was aber nicht bedeutet, dass die Darstellungsprinzipien zweckgebunden auf diese Gebiete beschränkt sind. Vielmehr ist die Umwandlung von Daten in visuell wahrnehmbare Informationen ein generischer Prozess, der immense Vorteile bezüglich kognitiver Wahrnehmbarkeit, Einprägsamkeit und Übersichtlichkeit bringt. Visuelle Darstellungen ermöglichen die Vermittlung von hochdimensionalen Zusammenhängen, da sich Daten auf diverse visuelle Merkmale transformieren lassen:

• Form (Gestalt, Topologie, Raumposition im 2D/3D, Grösse, Orientierung, ...)
• Farbe (Sättigung, Helligkeit, Kontrast, Musterung, Textur, ...)
• Bewegung (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Rhythmus, ...)

Die Technik der Virtual Reality zielt dabei auf eine möglichst realitätsnahe Visualisierung von Gegebenheiten in diesem Parameterraum, während die Technik der Datenvisualisierung (scientific visualization) sich eher der gleichzeitigen Abbildung komplex-abstrakter Zusammenhänge widmet. Dazwischen eröffnet sich eine Vielzahl von Darstellungsformen (siehe auch Anhang für einige Beispiele):

• Werte-Diagramme (Balken-, Säulen-, Kurven-, Punkte-, Kreis-Diagramme)
• Struktur-Diagramme (räumlich, zeitlich, funktional)
• Flussdiagramme (Vektorfelder, Isoflächen, Tensorfelder, Netzdiagramme, ...)
• Topologische Sichten (Karten, Röntgenbilder, volume rendering)
• Realitätsnahe Abbildungen (Virtual Reality, CyberSpace)

Der positive Effekt der Visualiserung auf den Prozess der Erkenntnisgewinnung und -ver-mittlung wird durch die zusätzliche Möglichkeit von Interaktion vervielfacht, weil dadurch der involvierte Adressat aktiv in Beschlag genommen wird und in die sich ihm eröffnenden Modellwelten eintauchen kann. Typische Interaktionstätigkeiten sind

• Navigierendes Eintauchen in Datenräume (EncycloSpaces)
• Daten-Interpretation und Erfassen von Wirkungszusammenhängen
• Sichtung und Selektion von Informationen
• Hypothesenbildung und -überprüfung
• What-if-Analysen
• Direkte Objektmanipulationen
• Neustrukturierung, Kategorien- und Abstraktionsbildung

Der Vorteil von interagierend-reflektiven Vorgehensweisen mit Computerwerkzeugen liegt darin, dass komplexe Problemstellungen sowohl systematisch-analytisch basierend auf dem Simulationsmodell, als auch heuristisch-intuitiv basierend auf Vergleichen zwischen Wahrnehmung (der Visualisierung) und Erfahrungswerten angegangen werden können. Es ist daher nicht nur die reine Abbildfunktion der Visualisierung, sondern auch die algorithmische Datenaufbereitung, welche den Kognitionsprozess mit neuen Denkanstössen versorgt. Die ganzheitliche Betrachtung eines Problems wird durch die Echtzeit-Interaktion unterstützt, indem kontinuierlich zwischen systematisch-analytischen und heuristisch-intuitiven Herangehensweisen (bzw. kognitiven Denkstilen) hin und her gependelt werden kann und somit der Perspektivenwechsel gefördert wird [Wagner97]. Der Computer leistet damit auf zwei Ebenen einen wesentlichen Beitrag als Erkenntniswerkzeug: erstens analytisch durch die immense Rechnerleistung, und zweitens wahrnehmungs-empirisch durch die audio-visuelle Aufbereitung in Echtzeit.