Semantic visualization mapping for volume illustration

Abstract

Das Gebiet der wissenschaftlichen Visualisierung beschäftigt sich mit der automatisierten Generierung von Bildern aus wissenschaftlichen Daten. Um relevante Informationen darzustellen, werden adäquate visuelle Abstraktionen benötigt. Visuelle Abstraktionen stellen gewöhnlich einen Kompromiss zwischen dem exakten Darstellen von Information und dem Verhindern einer visuellen Überlastung dar. Um visuelle Abstraktionen einsetzen zu können, wird eine Abbildung zwischen Datenattributen und visuellen Abstraktionen benötigt, die Visualisierungsabbildung genannt wird.<br />Diese Dissertation gibt einen Überblick über die Geschichte der visuellen Abstraktion und der Visualisierungsabbildung im Kontext der wissenschaftlichen Visualisierung. Danach wird eine neue visuelle Abstraktionsmethode - die Karikaturistische Visualisierung - vorgestellt. Das Prinzip der Übertreibung ist die in diesem Zusammenhang verwendete visuelle Abstraktionsmethode. Dieses Prinzip der Karikatur akzentuiert die markanten Details, während der Kontext nur schematisch dargestellt wird.<br />Die Abstraktionsmethoden, die in dieser Dissertation verwendet werden, sind von der visuellen Kunst insbesondere der traditionellen wissenschaftlichen Illustration inspiriert. Illustrationen sind gute Beispiele für handgezeichnete Visualisierungen. Allerdings ist die manuelle Anfertigung von Illustrationen sehr zeitaufwändig und verlangt umfangreiches künstlerisches Können. Um diese Techniken zu automatisieren, werden Algorithmen entwickelt, die einige Parameter zur Verfügung stellen, welche vom Benutzer eingestellt werden können.<br />Im Rahmen dieser Dissertation ist eine Methode entstanden, die es ermöglicht, Semantiken explizit zu verwenden, um Abbildungen von Datenattributen auf visuelle Abstraktionen zu spezifizieren.<br />Visualisierungsregeln können mittels semantischer Visualisierungsabbildung unter Verwendug von Domäne- und Visualisierungssemantik spezifiziert werden.<br />Das Verhalten der automatisch generierten interaktiven Illustrationen wird durch interaktionsabhängige Visualisierungsregeln festgelegt.<br />Während Interaktionsmöglichkeiten wie die Manipulation der Blickrichtung den Standard in der Volumenvisualisierung darstellen, werden in dieser Dissertation umfangreichere Interaktionsmöglichkeiten vorgestellt. Das Verhalten der interaktiven Illustrationen wird von interaktionsabhängigen Regeln bestimmt, die in den semantischen Visualisierungsabbildungsansatz integriert werden.<br />

Scientific visualization is the discipline of automatically rendering images from scientific data. Adequate visual abstractions are important to show relevant information in the data. Visual abstractions are a trade-off between showing detailed information and preventing visual overload. To use visual abstractions for the depiction of data, a mapping from data attributes to visual abstractions is needed. This mapping is called the visualization mapping. This thesis reviews the history of visual abstractions and visualization mapping in the context of scientific visualization. Later a novel visual abstraction method called caricaturistic visualization is presented. The concept of exaggeration is the visual abstraction used for caricaturistic visualization. Principles from traditional caricatures are used to accentuate salient details of data while sparsely sketching the context.<br />The visual abstractions described in this thesis are inspired by visual art and mostly by traditional illustration techniques. To make effective use of the recently developed visualization methods, that imitate illustration techniques, an expressive visualization mapping approach is required.<br />In this thesis a visualization mapping method is investigated that makes explicit use of semantics to describe mappings from data attributes to visual abstractions. The semantic visualization mapping explicitly uses domain semantics and visual abstraction semantics to specify visualization rules. Illustrative visualization results are shown that are achieved with the semantic visualization mapping. The behavior of the automatically rendered interactive illustrations is specified using interaction-dependent visualization rules. Interactions like the change of the viewpoint, or the manipulation of a slicing plane are state of the art in volume visualization. In this thesis a method for more elaborate interaction techniques is presented. The behavior of the illustrations is specified with interaction-dependent rules that are integrated in the semantic visualization mapping approach.