Masterclass Computer Graphics en Visualisatie dr.ir. D.H.R. Holten SynerScope B.V. dr.ir. C.M.W. Willems SynerScope B.V.
Eindhoven, 22-03-2013
Opmerking: bronvermeldingen voor alle afbeeldingen in Deel I – “Computer Graphics” staan als notities in het originele PowerPoint PPTX-bestand.
Deel I – “Computer Graphics”
Opdrachten en handouts
Opdrachten Masterclass Computer Graphics en Visualisatie Deel I – “Computer Graphics” Opdracht 1 (ca. 30 minuten) Maak een map aan op het bureaublad met de naam “POV-bestanden”. Open vervolgens een webbrowser (Microsoft Internet Explorer of Mozilla FireFox) en download het bestand http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-001-objecten.pov naar deze map (of sla het bestand handmatig op als POV-bestand wanneer de browser het automatisch weergeeft als tekstbestand). Open nu POV-Ray 3.6 (snelkoppeling op bureaublad) en open het zojuist opgeslagen POVbestand. Het bestand bevat een beschrijving van een 3D-scène bestaande uit o.a. een camera, diverse 3D-objecten met materiaalbeschrijvingen en uitleg in de vorm van commentaar (groen). Selecteer linksboven (direct onder de knoppenbalk) de gewenste resolutie met “AA 0.3” om anti-aliasing te activeren. Druk op de “Run”-knop in de knoppenbalk bovenaan (sneltoets: Alt+G) om de 3D-scène te renderen door middel van raytracing. Dit levert het onderstaande (momenteel nogal saaie) resultaat op:
Bekijk de scènebeschrijving gedurende ca. 30 minuten goed om een idee te krijgen hoe een 3D-scène in POV-Ray (in grote lijnen) beschreven wordt en hoe datgene wat in de scènebeschrijving staat teruggekoppeld kan worden naar datgene wat je in bovenstaande afbeelding ziet. Je kunt hiervoor handig gebruik maken van sectie 2.2 van de helpfunctie (sneltoets: F1) van POV-Ray. Als iets niet duidelijk is, vraag een van de begeleiders dan om uitleg (dit geldt uiteraard ook voor de overige opdrachten).
Opdracht 2 (ca. 20 minuten) Door een puntlichtbron toe te voegen aan de scène kan een meer natuurgetrouwe afbeelding gegenereerd worden. Een puntlichtbron straalt – in tegenstelling tot bijvoorbeeld een spot – licht uit in alle richtingen. Schakel eerst de globale belichting uit: global_settings { ambient_light rgb <0, 0, 0> }
Voeg nu een puntlichtbron toe die zich links van, boven en vóór de oorsprong bevindt. Het commando voor het toevoegen van een puntlichtbron staat beschreven in helpsectie 2.2.4.1 “The Pointlight Source”. Render de scène (“Run” of Alt+G); het resultaat zou er ongeveer als volgt uit moeten zien:
Experimenteer hierna met een of meerdere van de onderstaande mogelijkheden:
De aan- en afwezigheid van shadowless (gebruik de zoekfunctie in het helpgedeelte); Verschillende kleuren voor de puntlichtbron; Meerdere puntlichtbronnen.
De uitwerking is na afloop van de opdracht te vinden op http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-002-belichting.pov en http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-003-schaduw.pov.
Opdracht 3 (ca. 20 minuten) Het visuele realiteitsgehalte van de afbeelding kan verder verhoogd worden door highlights toe te voegen. Highlights (reflecties van de puntvormige lichtbronnen) kunnen aan objecten worden toegevoegd door gebruik te maken van een finish-blok met daarin waarden voor specular en roughness (zie helpsectie 3.5.3.3.2 “Specular Highlight”). Echte reflecties (van andere objecten) kunnen toegevoegd worden met behulp van een finish-blok met daarin een waarde voor specular (zie helpsectie 3.5.3.4 “Specular Reflection”). Voeg een “spiegelbol” met highlights en reflecties toe aan de scène. Plaats deze bovenop de gele cylinder (voorbeeldafbeelding op volgende pagina). Experimenteer hierna met een of meerdere van de onderstaande mogelijkheden:
Wijzigingen aan bestaande objecten wat betreft highlights; Wijzigingen aan bestaande objecten wat betreft reflecties.
De uitwerking is na afloop van de opdracht te vinden op http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-004-reflecties.pov.
Opdracht 4 (ca. 20 minuten) Het toevoegen van refractie-effecten is de volgende stap die we ondernemen om de afbeelding te verbeteren. De gewenste brekingsindex voor een object kan worden toegevoegd met behulp van een interior-blok met daarin een waarde voor ior (zie helpsectie 3.6.1.4 “Refraction”). De transparantie kan eenvoudig veranderd worden door een waarde voor alpha toe te voegen aan het pigment-blok van een object. Voorbeeld: pigment { rgb <1, 1, 1> alpha 0.50 }
Voeg een aantal (semi-)transparante (gekleurde) bollen toe aan de scène, elk met een andere brekingsindex. De afbeelding zou er nu als volgt uit kunnen zien:
Experimenteer hierna met een of meerdere van de onderstaande mogelijkheden:
Negatieve brekingsindices;
Transparante bollen die zich geheel of gedeeltelijk in andere bollen bevinden om het effect van meerdere opeenvolgende refracties te kunnen bepalen.
De uitwerking is na afloop van de opdracht te vinden op http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-005-transparantie.pov.
Extra opdrachten Op onderstaande locaties zijn voorbeelden te vinden van meer geavanceerde technieken die met POV-Ray mogelijk zijn. Download een of meerdere van de onderstaande bestanden om de techniek die in het desbetreffende bestand gebruikt wordt te kunnen bestuderen. Experimenteer met diverse instelmogelijkheden voor de nieuwe techniek. Extra voorbeelden:
Mist en textuur: http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-006-mist.pov;
Zachte schaduwen (inclusief bovenstaande technieken): http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-007-zachte-schaduw.pov;
Zachte reflecties (inclusief bovenstaande technieken): http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-008-zachte-reflecties.pov;
Caustics en dispersie (inclusief bovenstaande technieken): http://www.win.tue.nl/~dholten/files/scene-009-caustics-en-dispersie.pov.
Onderstaande afbeelding toont mist, textuur, zachte schaduwen, zachte reflecties, caustics en dispersie:
Computer Graphics en Visualisatie… • Computer Graphics (CG)
Masterclass Computer Graphics en Visualisatie
• Grafisch materiaal genereren, manipuleren en weergeven met behulp van computers • Toepassing: film, TV, gedrukte media, visualisatie • Binnen informatica: studie van methodes voor synthese en manipulatie van visuele gegevens
dr.ir. D.H.R. Holten, SynerScope B.V.
[email protected]
• Visualisatie
dr.ir. C.M.E. Willems, SynerScope B.V.
[email protected]
• Inzicht in gegevens door middel van interactieve CG • Wetenschappelijke visualisatie, informatievisualisatie • Op TU/e: VIS-capaciteitsgroep
Image sources are properly cited in the notes of the original PPTX-file on each page. If this is not the original file or if notes have been deleted, please do not distribute.
http://www.win.tue.nl/vis
22-3-2013
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
…versus Computer Vision
Pagina 1
Verschillende perspectieven
• CG en Visualisatie
2D
3D
Fractal
Architectuurvisualisatie
Platformspel
3D-animatiefilm
• Gegevens worden gebruikt om een afbeelding te genereren: Gegevens
Afbeelding
Stilstaand
• Computer Vision • Een afbeelding wordt “bekeken” om gegevens te genereren: Afbeelding
Gegevens
• Toepassing: tekst- en gezichtsherkenning, object tracking, automatische analyse van röntgenfoto’s • Maakt gebruik van filters en artificiële intelligentie (AI)
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 2
Digitale afbeeldingen
Bewegend
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 3
22-3-2013
Pagina 5
Digitale afbeeldingen
• Discrete weergave van vormen
• Rasterscherm onderverdeeld in pixels
• Afbeeldingen bestaan uit pixels in rechthoekig raster (“A Pixel Is Not A Little Square”, Alvy Ray Smith)
• Tevens weergegeven op rasterscherm • Raster graphics vs. vector graphics
• Discrete weergave van kleuren • Kleurweergave door mengen rood, groen en blauw kanaal • Vast aantal gradaties per kleurkanaal 8 bits (1 byte) per kanaal = 28 = 256 gradaties per kanaal 3 kanalen = 224 = 16.777.216 kleuren (24-bit kleur) = 3 bytes per kanaal 24-bit afbeelding van 1024x768 pixels kost 1024 x 768 x 3 bytes = 2,25MB
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 4
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Digitale afbeeldingen
Digitale afbeeldingen
• Pixels onderverdeeld in subpixels
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Kleurweergave door variatie van intensiteit subpixels
22-3-2013
Pagina 6
Waarneming van kleuren
22-3-2013
Pagina 8
Waarneming van kleuren
Pagina 7
22-3-2013
Pagina 9
22-3-2013
Pagina 11
• Een muur zonder verlichting…
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Waarneming van kleuren
• Rode spot geactiveerd…
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Waarneming van kleuren
• Kegels in oog reageren op verschillende golflengtes
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Groene spot tevens geactiveerd…
22-3-2013
Pagina 10
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Waarneming van kleuren
RGB-kleursysteem
• Alle spots geactiveerd
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Gebaseerd op additieve kleurmenging • Complement van CMYK (subtractieve kleurmenging)
22-3-2013
Pagina 12
Schermresolutie en kleurdiepte
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Schermresolutie en kleurdiepte
• 1985 – Street Fighter II Pro
• 2008 – Super Street Fighter II Turbo HD Remix
• 8-bit Nintendo Entertainment System (NES)
• PlayStation 3 en Xbox 360
• Resolutie: 256x240 pixels, max. aantal kleuren gelijktijdig: 25
• Resolutie: 1920x1080 pixels, max. aantal kleuren gelijktijdig: 16.777.216
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Pagina 13
22-3-2013
Pagina 14
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 15
Vormen weergeven • Lijn van groene naar rode pixel, 1 pixel breed
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Vormen weergeven
22-3-2013
22-3-2013
Pagina 21
• Lijn van groene naar rode pixel, 1 pixel breed
Pagina 20
Vormen weergeven
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Vormen weergeven • Lijn van groene naar rode pixel, 1 pixel breed 2
• Lijn van groene naar rode pixel, 1 pixel breed
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Pagina 19
Vormen weergeven
• Lijn van groene naar rode pixel, 1 pixel breed 3
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
22-3-2013
Pagina 22
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 23
Vormen weergeven
Vormen weergeven • Lijn van groene naar rode pixel, 1 pixel breed 3
• Lijn van groene naar rode pixel, 1 pixel breed • Oplossing: anti-aliasing
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Oplossing: anti-aliasing
22-3-2013
Pagina 24
Vormen weergeven
Pagina 25
22-3-2013
22-3-2013
Pagina 27
22-3-2013
Pagina 29
• Fallout 3 PC (AA)
Pagina 26
Anti-aliasing in de praktijk
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Anti-aliasing in de praktijk
• Fallout 3 PC (AA) – PlayStation 3 (geen AA)
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Anti-aliasing in de praktijk
• Voorbeeld van anti-aliasing bij hogere resolutie
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Fallout 3 PC (AA) – PlayStation 3 (geen AA)
22-3-2013
Pagina 28
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Anti-aliasing in de praktijk
Fractals
• Fallout 3 PC (AA) – PlayStation 3 (geen AA)
• Fractal • Vorm waarvan elke subvorm (ongeveer) een verkleinde kopie van de volledige vorm is (zelfgelijkenis) • Natuurlijke fractals Flora (bomen, planten, bladeren), vuur, golven, wolken, bergketens
• Abstracte, geometrische fractals Mandelbrot set, Julia set, Koch curve, Sierpiński triangle
http://en.wikipedia.org/wiki/Fractal http://www.bugman123.com/Fractals/Fractals.html
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 30
Fractals
Pagina 31
22-3-2013
Pagina 33
22-3-2013
Pagina 35
• Natuurlijke fractal: Romanesco broccoli
22-3-2013
Pagina 32
Fractals
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Fractals
• Natuurlijke fractal: Romanesco broccoli
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Fractals
• Natuurlijke fractal: Romanesco broccoli
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Natuurlijke fractal: Romanesco broccoli
22-3-2013
Pagina 34
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Abstracte fractals – voorbeelden
Fractals • Natuurlijke fractal: Romanesco broccoli
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Julia set
22-3-2013
Pagina 36
Abstracte fractals – voorbeelden
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 37
22-3-2013
Pagina 39
22-3-2013
Pagina 41
Abstracte fractals – voorbeelden
• Quaternion Julia sets
• “Eye of the Storm”
http://www.ultrafractal.com/ http://www.apophysis.org/ / Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 38
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Natuurlijke fractals – voorbeelden
Genereren van abstracte fractals • Koch curve
• Varenblad
• Een van de eerste fractal curves (1904, Helge von Koch) • Vervang elk lijnsegment door “lijn-driehoek-lijn” en herhaal:
• Generalisatie naar Koch snow- flake (Koch star) http://en.wikipedia.org/wiki/Koch_snowflake
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 40
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Natuurlijke fractals – voorbeelden
Natuurlijke fractals – voorbeelden
• Bomen
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Vuur
22-3-2013
Pagina 42
Natuurlijke fractals – voorbeelden
22-3-2013
Pagina 43
22-3-2013
Pagina 45
Genereren van natuurlijke fractals
• Bergketens
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Bergketens / bergachtig terrein
22-3-2013
Pagina 44
Genereren van natuurlijke fractals
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
3D-rendering • 3D-rendering • Genereren van een 2D-afbeelding van een 3D-scene/-model • Balans zoeken tussen realisme en snelheid (“offline” rendering vs. real-time rendering)
• Hoofdtechnieken • Rasterisatie − Handelt 3D-scene/-model “driehoek voor driehoek” af − Snel, maar minder realistisch
• Ray-tracing − Handelt 3D-scene “pixel-voor-pixel” af − Realistisch, maar minder snel http://en.wikipedia.org/wiki/Rendering_(computer_graphics)
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 46
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 47
Rasterisatie – projectie
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Rasterisatie – projectie
22-3-2013
Pagina 48
Rasterisatie – projectie
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 49
Rasterisatie – projectie • Van 2D naar 3D • S = P / ║Cam – P║ • Voorbeeld 1: P = A = (1, 1, 1) en Cam = (0, 0, 5) − ║Cam – P║ = ║(0, 0, 5) – (1, 1, 1)║ = ║(-1, -1, 4)║ = √((-1)2 + (-1)2 + 42) = √18 − S.X = P.X / √18 = 1 / √18 ≈ 0,24 − S.Y = P.Y / √18 = 1 / √18 ≈ 0,24 − S = (0,24, 0,24)
• Voorbeeld 2: P = G = (-1, -1, -1) en Cam = (0, 0, 5) − ║Cam – P║ = ║(0, 0, 5) – (-1, -1, -1)║ = ║(1, 1, 6)║ = √(12 + 12 + 62) = √38 − S.X = P.X / √38 = -1 / √38 ≈ -0,16 − S.Y = P.Y / √38 = -1 / √38 ≈ -0,16 − S = (-0,16, -0,16) http://en.wikipedia.org/wiki/3D_projection / Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 50
Rasterisatie – projectie
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 51
22-3-2013
Pagina 53
Rasterisatie – belichting
22-3-2013
Pagina 52
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Rasterisatie – belichting
Rasterisatie – belichting
http://en.wikipedia.org/wiki/Phong_lighting
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
http://en.wikipedia.org/wiki/Phong_lighting
22-3-2013
Pagina 54
Rasterisatie – belichting
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 55
22-3-2013
Pagina 57
22-3-2013
Pagina 59
Rasterisatie – belichting
http://en.wikipedia.org/wiki/Gouraud_shading
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 56
Rasterisatie – belichting
Rasterisatie – belichting
• Gouraud-shading
• Gouraud-shading
• Duidelijke lijnpatronen (gevolg van interpolatie) • “Oplossing”: aantal driehoeken verhogen
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
• Duidelijke lijnpatronen (gevolg van interpolatie) • “Oplossing”: aantal driehoeken verhogen
22-3-2013
Pagina 58
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Rasterisatie – belichting
Rasterisatie – belichting
• Gouraud-shading
• Gouraud-shading
• Duidelijke lijnpatronen (gevolg van interpolatie) • Oplossing: Phong-belichting voor elke pixel berekenen
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
• Duidelijke lijnpatronen (gevolg van interpolatie) • Oplossing: Phong-belichting voor elke pixel berekenen
Pagina 60
Ray-tracing
22-3-2013
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
Pagina 61
Ray-tracing
• Basisprincipe
• Basisprincipe herhaaldelijk toepassen
• Pad van lichtstraal door pixels van schermvlak wordt gevolgd • Snijpunt van straal met dichtstbijzijnde object wordt bepaald • Stralen van snijpunt naar lichtbron bepalen belichting
• Lichtstraal L genereert reflectiestraal A en refractiestraal B − A eindigt bij object a met twee schaduwstralen − B genereert bij verlaten van object b refractiestraal C − C genereert bij object c reflectiestraal D en twee schaduwstralen − D verlaat scene
A L
B
D C
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 62
Ray-tracing
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 63
Ray-tracing
• Voorbeeld met schaduwen, reflecties en refracties
• Ray-tracing hardwarematig versnellen • Moderne grafische kaarten zijn (nagenoeg) vrij programmeerbaar • Ray-tracing op grafische processor (GPU) van videokaarten • Hardware oorspronkelijk bedoeld voor rasterisatie wordt nu (slim) gebruikt om snel te kunnen ray-tracen
http://www.povray.org / Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 64
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 65
Ray-tracing • Real-time ray-tracing op hardware van NVIDIA
/ Faculteit Wiskunde & Informatica
22-3-2013
Pagina 66
Deel II – “Visualisatie”
Opdrachten en handouts
Opdrachten Masterclass Computer Graphics en Visualisatie Deel II – “Visualisatie” Opdracht I: Name Voyager 1. Ga naar http://www.babynamewizard.com/voyager. a. Vergelijk de namen van je groep; welke verschillende patronen zie je? 2. Sommige namen raken úit of net ín de mode. a. Zoek een naam die vroeger populair was, maar nu niet meer. b. Zoek een naam die de laatste jaren populair is geworden. 3. Welke mannennaam is door de jaren heen het meest populair geweest? 4. Waarom neemt de grafiek op het einde zo sterk af? 5. Wat is handig aan deze visualisatie? Wat mis je?
Opdracht II: SequoiaView 1. Ga naar http://www.win.tue.nl/sequoiaview en download (link aan de linkerkant) en installeer SequoiaView. Open SequoiaView en laat het de primaire harde schijf scannen. 2. Wat is het grootste bestand op de computer? 3. Wat is de grootste map op de computer? 4. Klik en zoom naar “c:\program files\sequoiaview” (of “c:\program files (x86)\sequoiaview” afhankelijk van je besturingssysteem). a. Als je de SequoiaView-weergave vergelijkt met die van Windows Verkenner, welke dingen vallen je dan met name op? b. Noem drie dingen die je handiger kunt doen met SequoiaView. c. Noem drie dingen die je handiger kunt doen met de Windows Verkenner.
Opdracht III: Bedenk je eigen visualisatie 10. Noem 5 soorten gegevens uit je eigen omgeving die je zou kunnen visualiseren. Denk hierbij bijvoorbeeld aan je hobby's, of iets wat te maken heeft met het werk van je ouders. 11. Kies drie van de gegevens uit vraag 10 en bedenk bij elke soort drie vragen die je zou willen kunnen beantwoorden met de visualisatie. 12. Bedenk voor minimaal één van deze drie datasoorten je eigen visualisatie. Je mag deze omschrijven in woorden, maar ook een grafisch ontwerp maken. 13. Beantwoord voor elk van de bovenstaande drie vragen het volgende: a. Kun je de vraag daadwerkelijk beantwoorden met de visualisatie? b. Zou je deze vragen ook zonder visualisatie makkelijk kunnen beantwoorden? c. Zou je de visualisatie nog kunnen verbeteren om de vraag nog beter te kunnen beantwoorden (en zo ja, hoe)?
Masterclass Computer Graphics en Visualisatie
• Visualisatie
dr.ir. D.H.R. Holten, SynerScope B.V.
[email protected] dr.ir. C.M.E. Willems, SynerScope B.V.
[email protected] Image sources are properly cited in the notes of the original PPTX-file on each page. If this is not the original file or if notes have been deleted, please do not distribute.
• “The use of computer-supported, interactive, visual representations of abstract data to amplify cognition” (Card et al., 1999)
Wiliam Playfair • Visualisatie
• “The use of computer-supported, interactive,
visual representations of abstract data to amplify cognition” 1786
1801
Charles Joseph Minard • Visualisatie
• “The use of computer-supported,
interactive, visual representations of abstract data to amplify cognition” 1896
Ivan Sutherland
1963
2003
1896
Hoeveel data is er wereldwijd? • Visualisatie
• “The use of computer-supported, interactive, visual representations of abstract cognition”
data to amplify
• • • • • • • •
Byte Kilobyte Megabyte Gigabyte Terabyte Petabyte Exabyte Zettabyte
•
Yottabyte
De hoeveelheid data wereldwijd in 2010 • • • • • • • • •
Byte Kilobyte Megabyte Gigabyte Terabyte Petabyte Exabyte 0,988 Zettabyte Yottabyte
• Visualisatie
• “The use of computer-supported, interactive, visual representations of abstract data to amplify
cognition”
Maar werkt visualisatie ook echt? • • •
Een voorbeeld…. Demografische ontwikkeling Analyseer de leeftijd van het personeel
•
Vier organisaties −
•
Welke van deze organisaties moet als eerste hun leeftijdsbeleid aanpassen? Jullie krijgen 10 seconden…
Maar werkt visualisatie ook echt?
•
En nu kijken we 10 seconden naar een visualisatie hiervan…
Waarom werkt visualisatie?
•
Het menselijk visuele systeem is erg goed in het herkennen van patronen.
•
We hoeven niet te zoeken, zoeken we zien veel dingen meteen (pre-attentive).
•
De visualisatie ondersteunt het geheugen van de gebruiker.
Waarom werkt visualisatie?
•
Zelfs op de basisschool krijgen kinderen al taartdiagrammen!
•
De visualisaties werken als een communicatieplatform.
•
Je kunt er naar wijzen.
• •
‘Die links boven’ ‘De rode cirkel’
De data bepaalt de visualisatie • •
Wanneer gebruik je een taartdiagram? Wanneer gebruik je een staafdiagram?
• Verschillende soorten visualisaties 40 35 30 1 2 3 4
25 Series2
20
Series1 15
5 6
10 5 0 1
2
3
4
5
6
Scatterplots (2 variabelen)
Scatterplots (2 variabelen)
• Detecteer correlaties, patronen, trends, trends etc. etc
b
Scatterplots vertellen meer dan lineaire regressie
b
b
a
b
a
a
Parallelle coördinaten
Voorbeeld parallelle coördinaten
De assen staan parallel aan elkaar Punten worden lijnen
b
Y
X Y a
X b
a
b
a
a
Radarplots
Iconification
• Zet de assen in een stervorm • Punten worden polygonen
c
• Beeld multidimensionale data af op eigenschappen van een grafisch object: iconen of glyphs.
b
d
a • Een beroemd voorbeeld: Chernoff faces (1973)
e
f
Chernoff faces
Graph Visualization • Node-link diagrams • Erg moeilijk! • Dit is een heel eigen vakgebied.
Node link
Node link
Node link (Van Ham, 2004)
MatrixView (Van Ham, 2003)
Tree Visualization
• • • •
Boomdiagram Treemap Cushion treemap Beam tree B
• Botanical tree
Tree diagram 365 leaves, 729 nodes
Treemap (Shneiderman, 1990)
Cushion treemap (Van Wijk, 1999)
Botanic tree (Kleiberg, 2001) Beam Tree (Van Ham, 2002)
Combinaties van data • Multivariate data en bomen • Bomen en grafen • …
Map of the Market (Wattenberg, 1999) http://www.smartmoney.com/map-of-the-market/
Hierarchical Edge Bundles (Holten, 2006): tree + graph
Clustering Time series (Van Wijk, 1999)
http://www.babynamewizard.com/voyager (Wattenberg, 2005)
Levels: geslacht/woonplaats
Van tabel naar boom structuur
Familie
Naam
Geslacht
Woonplaats
Roel
M
Eindhoven
Ingrid
V
Eindhoven
Sjef
M
Nuth
Mia
V
Nuth
Wouter
M
Eindhoven
Opa
M
Walem
Oma
V
Walem
Oma
V
Nuth
Familie
Level 1: Geslacht V
V
Level 2: Woonplaats Nuth
Eindhoven
Walem
Nuth
Ingrid
Oma
Sjef
Eindhoven
Oma
Levels: woonplaats/geslacht
Wouter
Roel
Nuth
Eindhoven
Walem
Nuth
Ingrid
Oma
Sjef
Eindhoven
Walem
Walem
Level 3: Personen Mia
M
M
Mia
Oma
Wouter
Roel
Opa
Opa
Node-Link Diagram vs Treemap
Familie V
M
Nuth
Nuth Sjef
Mia
Oma Eindhoven
Eindhoven
Wouter
Roel
Ingrid Walem
Walem
Oma
Opa
52
53
• En nu zelf aan de slag!