Vergleich von Graphen mittels drei verschiedener ... · PDF fileThemenstellung Entwicklung...

Abschlussvortrag Projektarbeit Betreuer: Dipl. Medieninf. Michael SedlmairVerantw. Hochschullehrer: Prof. Dr. Andreas ButzLMU München, LFE MedieninformatikBMW Forschung und Technik

Vergleich von Graphen mittels drei Vergleich von Graphen mittels drei Vergleich von Graphen mittels drei Vergleich von Graphen mittels drei verschiedener Visualisierungstechnikenverschiedener Visualisierungstechnikenverschiedener Visualisierungstechnikenverschiedener Visualisierungstechniken

Denka Stancheva

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� Themenstellung

� Motivation und Problematik

� Vorstellung von Ideen

� Prototypische Implementierung

� Präsentation der Visualisierungstechniken

� Evaluierung

� Ergebnisse

� Zusammenfassung

� Future Work

Übersicht

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Themenstellung

� Entwicklung verschiedener Visualisierungskonzepte zumVergleich von zwei zusammenhängenden, gerichteten Graphen

� Graphenvisualisierung von Kommunikationsprozessen imKraftfahrzeug

� Untersuchen von Methoden der Informations- und Graphenvisualisierung

� Math. Definition Graph: G=(V,E)V – eine nicht leere Menge von Knoten (vertices)E – eine nicht leere Menge von Kanten (edges)

� Vergleich der entworfenen Visualisierungstechniken

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Motivation und Problematik

� Grenzen der Sichtbarkeit und Benutzerfreundlichkeit

� Visualisierung großer Datenmengen als Graphen

� Kommunikationsstruktur eines Fahrzeugs sehr umfangreich und komplex

� Probleme bei der Analyse der Graphen

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Die Ideen - 1

Kreisbasierte Darstellung

1

6

3

2

5

4

1

6

3

2

5

4

1

6

3

2

5

4

Idee: alle Knoten im Kreis anordnen und diejenigen, die miteinander kommunizieren möglichst entfernt voneinander halten

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Die Ideen - 2Federbasierte Darstellung

4

5

1

2 3 6

4

5

1 2 3 6

Idee: die Kanten werden als Sprungfedern interpretiert, die Knoten durch sich abstoßende Kugeln

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4

5

1

2

3 6

Die Ideen - 3

6

5

4

3

2

1

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Darstellung der Graphen erst als Adjazenzmatrix

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Matrixbasierte Darstellung

6

5

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3

2

1

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6

5

4

3

2

1

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Idee: Vorgänger-Knoten auf der linken Seite der Matrix, Nachfolger-Knoten auf der oberen Seite, gefärbte Kästchen visualisieren die tatsächlichen Kanten

Prototypische Implementierung

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Vorstellung der drei Visualisierungstechniken

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� Nutzerstudie: Vergleich der drei Visualisierungstechniken

� Ziel: welche Visualisierung bietet für bestimmte Aufgaben dieschnellste Lösung

� Zeiten messen und vergleichen

� Fragebogen zur Einschätzung durch den Benutzer

� 12 Testpersonen im Alter zwischen 24 und 31 Jahre, davon 4 weibliche und 8 männliche

Evaluierung 1

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Evaluierung 2� 8 Tasks für jeweils zwei unterschiedliche Datensätze

(Tasks wurden randomisiert)

� Datensatz: Abhängigkeiten eines Kommunikationsnetz im Fahrzeug

� Auswahl eines Signifikanztests: ANOVADenka Stancheva Vergleich von Graphen mittels drei verschiedener Visualisierungstechniken 20.10.2009 11/20

� Variablen• unabhängige: Visualisierungsart (Matrix, Radial, Spring-Force),

Datensatz (wenige, viele Unterschiede)

• abhängige: Geschwindigkeit, Fehlerrate

• weitere Aspekte: Suchfunktion, Filterfunktion

Beispiele: - In welchem/n Graph(en) ist die Kante a -> b vorhanden

(beiden, rot, blau)?- Nennen Sie die nicht grauen Knoten mit mindestens 2 Kanten.

Evaluierung 3

• Erlernbarkeit

• Bedienbarkeit

• Übersicht

• Nützlichkeit

• Schnelligkeit

• Fehleranfälligkeit

Evaluierung in Bezug auf

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Einschätzung durch den Benutzer mittels Fragebogen

Evaluierung – Ergebnisse 1

� Matrix ist am leichtesten zu bedienen

� Radial ist am leichtesten zu erlernen

� Spring-Force ist am hilfreichsten für die Gesamtübersicht

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Bewertung:1 – sehr negativ7 – sehr positiv

Evaluierung – Ergebnisse 2

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Mit der Matrix Visualisierung konnten am schnellsten bestimmte Kanten gefunden werden

� Die Radial Visualisierung war am fehleranfälligsten mit einer Fehlerrate von 5,2%

Evaluierung – Ergebnisse 3

� Bei Spring-Force wurde die Filterfunktion mit 86% am meisten benutzt

� Bei der Matrix konnten einige Nutzer auch ohne die Suchfunktion auskommen

Häufigkeit der Filterfunktion

Fehlerrate

4,6%

5,2%

0,5%

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Zusammenfassung

+ schnelle Suche- mühsam die gesamte Struktur des Graphen

zu erkennen

+ leicht zu erlernen- große Fehleranfälligkeit

+ gute Gesamtübersicht- vorteilhaft nur für zusammenhängende

Graphen

Matrix

Radial

Spring-Force

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Future Work

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� Vergleich mit anderen Visualisierungstechniken

� Einsatz und Evaluierung in realer Umgebung mit Ingenieuren

� Integration von zusätzlichen Features:

- z.B. semantischer Zoom - Verbessern des Labeling

Fragen

Vielen Dank.Denka Stancheva Vergleich von Graphen mittels drei verschiedener Visualisierungstechniken 20.10.2009 18/20

Quellen

Denka Stancheva Vergleich von Graphen mittels drei verschiedener Visualisierungstechniken 20.10.2009 19/20

2. http://www.csbe.ch/images/java-logo1.jpg

1. http://rw4.cs.uni-sb.de/teaching/infovis08/poster/PIT.pdf

3. www.eclipse.org

4. http://prefuse.org/