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Dissertation Stefan Maaß

Datum der Verteidigung: 30.09.2009

Beschriftungen bieten in kartographischen und illustrativen Darstellungen Zugang zu Informationen, welche sich nur schwer bildlich kommunizieren lassen. Auch die Anreicherung von Darstellungen mit Ziffern, Diagrammen oder Symbolen unterstützt die Gewinnung neuer Einsichten in komplexe räumliche Zusammenhänge. Allgemein werden diese Metainformationen mit dem Begriff Annotationen bezeichnet. Für interaktive Visualisierungsumgebungen besteht, aufgrund der sich dynamisch ändernden Sichtverhältnisse, ein Bedarf an Verfahren, welche Annotationen automatisiert den Darstellungen hinzufügen. Während in den letzten Jahren eine Reihe von Techniken für interaktive 2D-Karten oder 3D-Illustrationen entwickelt wurden, blieben interaktive geovirtuelle 3D-Umgebungen weitestgehend unberücksichtigt.

Die vorliegende Arbeit behandelt Konzepte und Verfahren zur automatisierten Anreicherung interaktiver geovirtueller 3D-Umgebungen mit Annotationen. Die Bestimmung sichtbarer, überlagerungsfreier, fehlerfrei zuordenbarer und ästhetisch ansprechender Positionen stellt dabei die größte Herausforderung dar. Zudem steht in interaktiven Umgebungen nur ein sehr begrenzter Zeitraum für die dafür notwendigen Berechnungen zur Verfügung. Basierend auf einer Analyse der bestehenden Techniken aus den Bereichen Kartographie, 3D-Illustration und 3D-Geovisualisierung werden vier neue Verfahren vorgestellt.

Das erste Verfahren arbeitet bildbasiert und nutzt eine spezielle Datenstruktur zur Verwaltung des verfügbaren Bildraums. Diese unterstützt, neben effizienten Operationen zur Markierung und Abfrage freier Bereiche, auch das schnelle Auffinden alternativer Positionen im Falle auftretender Überlagerungskonflikte. Zusammen mit einer Heuristik, welche die speziellen Eigenschaften interaktiver geovirtueller Umgebungen berücksichtigt, ermöglicht sie eine dynamische Platzierung externer Annotationen für lokale Objekte.

Die drei weiteren Verfahren verfolgen einen neuen Ansatz und betten Annotationen in den 3D-Objektraum ein. Dieses Vorgehen ermöglicht eine nahtlose Integration der Metainformationen in die bildliche Darstellung. Eines dieser Verfahren eignet sich für die Bezeichnung lineare Objekte, bspw. Straßen. Die beiden anderen Objektraum-Verfahren zielen auf die Annotation von dreidimensionalen Objekten. Am Beispiel von Gebäudekörpern wird gezeigt, wie Annotationen an Dach- und Fassadenflächen positioniert und ausgerichtet werden können.

Für die im 3D-Objektraum operierenden Techniken zeigen sich eine Reihe von Vorteilen. Verglichen mit einer einfachen bildlichen Überlagerung, unterstützen eingebettete Anotationen sehr viel direkter ihre Zuordnung zum referenzierten Objekt. Mit Hilfe einer dynamischen Platzierung lässt sich dadurch sehr viel präziser kommunizieren, ob das gesamte 3D-Objekt, ein Teilobjekt oder nur eine Teilfläche, bspw. eine Fassade, bezeichnet wird. Weiterhin nutzen eingebettete Annotationen den in der Darstellung zur Verfügung stehenden Informationsraum sehr gut aus. Dieser Aspekt ist für die Nutzung auf mobilen Endgeräten mit kleinen Displays von Bedeutung. Die nahtlose Integration vermeidet zudem Irritationen des Nutzers, welche auftreten können, wenn eine Navigationsoperation in der 3D-Szene zusätzlich zu 2D-Änderungen bei der Neupositionierung der Annotationen führt. Ein eigenes Kapitel ist den allen Techniken gemeinsamen Konzepten zur Integration von Annotationsverfahren in Visualisierungsumgebungen gewidmet. Da sich Objektraum-Verfahren grundlegend von bildbasierten Verfahren unterscheiden, beleuchtet ein abschließendes Kapitel die für die Wahrnehmung wichtigen Aspekte.

Mit den im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Verfahren ist es nun möglich, auch interaktive geovirtuelle 3D-Umgebungen adäquat mit Annotationen anzureichern. Aufgrund der besonderen Eigenschaften eingebetteter Annotationen bietet sich zukünftig auch ein Einsatz der vorgestellten Techniken in immersiven interaktiven 3D-Umgebungen, bspw. in Augmented-Reality Umgebungen, an.

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