Visualisierung von Umweltdaten

Seit der Veröffentlichung einer Studie der National Science Foundation NSF in den USA mit dem Titel Visualization in Scientific Computing 1987 haben dieser Begriff, der im deutschsprachigen Raum meist als wissenschaftlichtechnische Visualisierung vorkommt, und die damit bezeichneten Techniken weltweit Anerkennung gewonnen.
Hiermit bezeichnet man die Technologie, Verfahren der Computergraphik einzusetzen, um Ergebnisse numerischer Analysen zu erforschen und Bedeutung aus komplexen, meist multidimensionalen und oft multivariaten Datensätzen zu extrahieren. Es können heute wesentlich mehr Daten gemessen und berechnet als gespeichert werden, und es lassen sich mehr Daten speichern als verstehen. Visualisierung kann daher Wissenschaftler bei der Analyse ihrer Daten unterstützen, indem sie das sehr mächtige visuelle Wahrnehmungsvermögen des Menschen anspricht. Die Mehrzahl der Wissenschaftler der verschiedensten Disziplinen hat den Wert visueller Werkzeuge erkannt, die sie bei der Suche nach Einsichten in gemessene oder simulierte Daten und Algorithmenverhalten unterstützen. Auch in der Umweltinformatik und der Verarbeitung von Umweltdaten ist die Visualisierung das mächtigste Werkzeug der Information und Interpretation von komplexen Daten.
Im Verlauf dieser Ausarbeitung werden nun allgemeine Aspekte der Visualisierung erläutert. Des weiteren werden die speziellen Anforderungen von Visualisierung in der Meteorologie und das Visualisierungssystem TriVis zur Produktion von Wettervorhersagefilmen vorgestellt. Zum Schluss erfolgt ein Ausblick, inwiefern die Visualisierung meteorologischer Daten zur Erkennung umweltschutztechnischer Faktoren beitragen kann.
1.1 Komplexität der Umweltsachverhalte Die grundsätzliche Vorgehensweise bei der Visualisierung von Sachverhalten liegt in der Transformation dieser Sachverhalte in einen Bildraum.
Diese Transformation ist grundsätzlich eine Manipulation an den Sachverhalten, worüber sich jeder bewusst sein sollte, der sie anwendet. Gemessen an den Ausgangssituationen kann die Transformation durchaus verzerren und sie beeinflusst erheblich die Interpretation des Bildes, welches dem Betrachter schließlich präsentiert wird. [...]
1.2.1 Selektion Will man einen bestimmten Zusammenhang darstellen, so wählt man zunächst aus einer in der Regel sehr großen Menge von Rohdaten und ihrem inhaltlichen Kontext alle interessierenden Merkmale für die Visualisierung aus. Die ausgewählten Merkmale kommen dabei in der Regel von mehreren Objekttypen z.B. Wind, Temperatur, Niederschlag, usw..
Diese Selektion kann eine im Sinne des Wortes einfache Auswahl sein, sie kann aber auch eine Vorverarbeitung von Daten bzw. Sachverhalten sein. Es ist daher wichtig an dieser Stelle festzuhalten, dass Selektion grundsätzlich die Ursprungsinformation manipulieren kann und dass dies in der Regel sogar geschieht.
Typische Verfahren, die im Umweltbereich schon bei der Selektion verwendet werden, sind lineare und statistische Analysen und Interpolationen. Interpolationen in den Daten verfälschen diese grundsätzlich, aber oft bleibt keine andere Wahl, wenn z.B. kein dichteres Wertenetz vorhanden ist. Grundsätzlich sind Interpolationen legitime Mittel, solange sie als solche gekennzeichnet sind.
1.2.2 Bildtransformation Im zweiten Schritt erfolgt eine Transformation der selektierten Sachverhalte mit Hilfe graphischer Visualisierungsverfahren in eine bildliche Darstellung. [...]
1.2.3 Einordnung des Bildes in den Kontext Nachdem durch Selektion und Transformation Manipulationen an den ursprünglichen Sachverhalten geschehen sind, muss gewährleistet werden, dass die generierte Darstellung möglichst sachgemäß interpretiert wird.
Dies muss dadurch geschehen, dass bei Bildern, die der Präsentation für andere Personen dienen, alle Randbedingungen mit dem Bild aufgeführt werden, die zur Entstehung des Bildes geführt haben. Bilder ohne Angabe der Selektions und Transformationsmechanismen besitzen in der Regel keine Aussagekraft, es sei denn, ihre Visualisierung ist allgemeiner Kenntnisstand wie dies z.B. bei Wettervorhersagen der Fall ist.
Zu unterscheiden sind die Möglichkeiten der Visualisierung auf Papier Druck und mit dem Computer Bildschirm. Eine Druckausgabe hat eine wesentlich höhere Auflösung und bietet mehr Platz, ist hingegen statisch, so dass man oft beobachten kann, dass Karten mit soviel Information wie möglich gefüllt werden. Der Bildschirm hingegen besitzt eine wesentlich schlechtere Auflösung, ist erheblich kleiner, es handelt sich aber dabei um ein dynamisches Medium. Weitergehende Kontextinformationen sind beliebig einblendbar und das Bild kann dynamisch verändert werden.

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