Top Banner
TNM093 Tillämpad visualisering och virtuell verklighet Jimmy Johansson C-Research, Linköping University Tuesday, September 3, 13
65

TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Jul 20, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

TNM093Tillämpad visualisering och virtuell verklighet

Jimmy JohanssonC-Research, Linköping University

Tuesday, September 3, 13

Page 2: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Aim of Course

• använda vanliga tekniker för datautforskning och -analys, samt virtuell verklighet för att implementera tillämpningar inom visualisering och datorgrafik

• använda tracking och korrekt grafisk projektion för att implementera ett-till-ett-mappning mellan verkliga och virtuella koordinater

• använda vanliga programvaror och system för att implementera grundläggande multi-sensoriska interaktioner och visualiseringar

2

Tuesday, September 3, 13

Page 3: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Teachers

• Dr. Jimmy Johansson (Information visualization), Kursansvarig

• Prof. Timo Ropinski (Scientific visualization)

• Dr. Karljohan Palmerius (Virtual reality)

• Alexander Bock (Lab assistant)

• Jonas Strandstedt (Lab assistant)

3

Tuesday, September 3, 13

Page 4: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Course structure

• Ht1- Visualization‣ Lectures

- L1- introduction + infovis- L2 - infovis + data mining- L3 - Scivis 1- L4 - Scivis 2- lecture on Monday 23/9 8-10 will NOT

be used

‣ Visualization Lab

4

Tuesday, September 3, 13

Page 5: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Course structure

• Ht2- Virtual reality‣ Lectures

- L5- VR display systems- L6 - Navigation and interaction- L7 - Software and programming

‣ Vr Lab

5

Tuesday, September 3, 13

Page 6: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Examination

• Laboratory work, 6hp

• Examination is performed during the lab sessions

• Note! Extensive labs‣ 1 vis lab, divided into 6 parts‣ 2 VR labs‣ Total study time for all labs is 140 hours‣ Lab sessions only for getting help‣ Requires extensive self-studying

6

Tuesday, September 3, 13

Page 7: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Examination

• Laboratory work, 6hp‣ 2 lab groups, sign up on paper, floor 4 visualization

centre‣ 2 students in each group‣ Labs will be in K4504 and in the VR lab in the

visualization centre (need to sign a form for using the VR lab)

‣ First lab sessions (19/9) will give an introduction to OpenGL/GLSL (all you need for the labs)

7

Tuesday, September 3, 13

Page 8: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Course Literature

8

Tuesday, September 3, 13

Page 10: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

First time this course is given

10

• No previous course evaluation

• Please let me know if something is not working!!

Tuesday, September 3, 13

Page 11: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Vis + VR

• Data representation

• Visualization methodologies

• Interaction and navigation

• Display techniques

• Psychophysics - connection between biomechanics and mental effects

11

Tuesday, September 3, 13

Page 12: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Virtual autopsy table

12

Tuesday, September 3, 13

Page 13: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Introduction to Visualization

• New Oxford Dictionary of English, 1999

• visualize - verb [with obj.]‣ Form a mental image of; imagine: it is not

easy to visualize the future.‣ Make (something) visible to the eye: the

DNA as visualized by staining with ethidium bromide.

13

Tuesday, September 3, 13

Page 14: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Visualization is...

• The process by which we understand things

• The process by which we interpret information - build our mental picture

14

Tuesday, September 3, 13

Page 15: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

• This is not a visualization!

• This is a picture!‣ A representation of data

• The visualization is all in *your* mind‣ It’s personal and unique

15

Tuesday, September 3, 13

Page 16: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Visualization is...

• Creating representations of data to allow the user to: - visualize (understand) information- visualize (identify) patterns and

relationships present- Gain understanding- Acquire insight

16

Tuesday, September 3, 13

Page 17: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

What the user wants

• To be presented interpretable information

17

Representation Perception

CognitionInsight

Tuesday, September 3, 13

Page 18: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Representations

• Must be concise:‣ All the information‣ As simply as possible

• Perceivable:‣ Easy to sense (see, hear, feel, smell...)

• Interpretable:‣ Provide cues which inform the user

18

Tuesday, September 3, 13

Page 19: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Why Visualization?

• Large data

• Multivariate data‣ Lots of data sources‣ Data fusion

• Time-dependent data‣ Measured or simulated

19

Tuesday, September 3, 13

Page 20: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Why visualize?

Mean x: 9Mean y: 7.5Var x: 11Var y: 4.1Corr (x,y): 0.8 LR: y = 3.0+0.5x

Tuesday, September 3, 13

Page 21: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Representations

21

Complex Simple

Tuesday, September 3, 13

Page 22: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Perception

• Perception: the process of attaining awareness or understanding of sensory information

• The foundation of all IT systems

• Very important in visualization

Tuesday, September 3, 13

Page 23: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Pre-attentive processing

• A limited set of visual properties that are detected very rapidly and accurately by the low-level visual system

• 200-250 milliseconds

Tuesday, September 3, 13

Page 24: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Pre-attentive processing

• A limited set of visual properties that are detected very rapidly and accurately by the low-level visual system

• 200-250 milliseconds

Tuesday, September 3, 13

Page 25: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Pre-attentive processing

Intersection

Curvature Hue Density

Orientation 3D

Tuesday, September 3, 13

Page 26: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Change blindness

Tuesday, September 3, 13

Page 27: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Change blindness

Tuesday, September 3, 13

Page 28: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Change blindness

Tuesday, September 3, 13

Page 29: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Inattentional blindness

Tuesday, September 3, 13

Page 30: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Visualization Pipeline

• Series of stages from data to representation

30

Raw Data

InternalData

RefinedData Objects

Data ReaderRender

MappingFilter

Interaction

Representation

Tuesday, September 3, 13

Page 31: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

VP: Filtering

• Selecting data to seek specific relationships

• Reducing data to manageable sizes

• Modifying the internal structure

31

InternalData

RefinedData

Filter

Tuesday, September 3, 13

Page 32: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

VP: Mapping

• Select representation

• Map refined data to model

• Driven by models of human perception

32

RefinedData Objects

Mapping

Tuesday, September 3, 13

Page 33: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

VP: Rendering

• Render (simple) shapes/forces/sounds/...

• Simple for ease of interpretation...

• ...and ease of interaction‣ Vital for exploration

33

Objects

Render

Representation

Tuesday, September 3, 13

Page 34: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Visualization methods

• 1D/2D: Graphs, charts, scatterplots, maps

• Multivariate:‣ plot matrices‣ Parallel coordinates

• Volume data:‣ Direct volume rendering‣ Geometric: isosurfacing

• Vector data: glyphs (arrows etc), streamlines

34

Tuesday, September 3, 13

Page 35: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Data Types

• Direct mapping

• Intuitive

35

• No spatial mapping

• Non-intuitive

Spatial Abstract

Tuesday, September 3, 13

Page 36: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Types of data

Categorical / Qualitative Numerical / Quantitative

Nominal Ordinal Interval Ratio

Model

Saab

Volvo

Opel

Boot

Large

Medium

Small

Year

08

03

07

Weight

1890

2020

1610

Tuesday, September 3, 13

Page 37: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Information visualization

• Visualization of abstract data

• (Usually) no connection to any specific coordinate system

• Examples: financial data, internet logs (all types of statistics)

Tuesday, September 3, 13

Page 38: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Encoding of value

Tuesday, September 3, 13

Page 39: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Tabular data

Model Boot Year Weight

Saab Large 08 1890

Volvo Medium 03 2020

Opel Small 07 1610

Tuesday, September 3, 13

Page 40: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Tabular data

Model Boot Year Weight

Saab Large 08 1890

Volvo Medium 03 2020

Opel Small 07 1610

Data value

Tuesday, September 3, 13

Page 41: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Tabular data

Model Boot Year Weight

Saab Large 08 1890

Volvo Medium 03 2020

Opel Small 07 1610

Variable / parameter / dimension

Tuesday, September 3, 13

Page 42: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Tabular data

Model Boot Year Weight

Saab Large 08 1890

Volvo Medium 03 2020

Opel Small 07 1610

Variable / parameter / dimension

Tuesday, September 3, 13

Page 43: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Tabular data

Model Boot Year Weight

Saab Large 08 1890

Volvo Medium 03 2020

Opel Small 07 1610

Object / item / tuple / record

Tuesday, September 3, 13

Page 44: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Tabular data

Model Boot Year Weight

Saab Large 08 1890

Volvo Medium 03 2020

Opel Small 07 1610

Object / item / tuple / record

Tuesday, September 3, 13

Page 45: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

The encoding of value

V1

V2

V1

V2

V1

V2 V1

V2

V1

V2

V1

Time

2D scatter plots

Pos. corr. Neg. corr. No corr.

Cluster Outlier TimeTuesday, September 3, 13

Page 46: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

The encoding of value

Scatter plots of ND-data

Variable1 Variable 2 Variable 3 Variable 4

X-axis Y-axis Size Colour

Tuesday, September 3, 13

Page 47: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

The encoding of value

Scatter plot matrix

Tuesday, September 3, 13

Page 48: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Parallel coordinates

Tax rates House price

Population Birth-rate

Tuesday, September 3, 13

Page 49: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Parallel coordinates

Tax rates House price

Population Birth-rate

23 34000 2300000 27

Tax rates House price

Population Birth-rate

23

34000 2300000 27

Tuesday, September 3, 13

Page 50: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Parallel coordinates

Tax rates House price

Population Birth-rate

23 34000 2300000 27

Tax rates House price

Population Birth-rate

Tuesday, September 3, 13

Page 51: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Parallel coordinates

Tax rates House price

Population Birth-rate

23 34000 2300000 27

Tax rates House price

Population Birth-rate

28 12000 1900000 25

Tuesday, September 3, 13

Page 52: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Parallel coordinates

Tax rates House price

Population Birth-rate

Tuesday, September 3, 13

Page 53: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Parallel coordinates

Negativ korrelation

Positiv korrelation

Ingen uppenbar korrelation

Tax rates House price

Population Birth-rate

Tuesday, September 3, 13

Page 54: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Parallel coordinates

Tuesday, September 3, 13

Page 55: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Table Lens MPG Horsepower Weight Acceleration Cylinders Year

Tuesday, September 3, 13

Page 56: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Table Lens MPG Horsepower Weight Acceleration Cylinders Year

Tuesday, September 3, 13

Page 57: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Mosaic plot

Titanic

Tuesday, September 3, 13

Page 58: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Mosaic plot

3rd1st 2nd Crew

Tuesday, September 3, 13

Page 59: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Mosaic plot

3rd1st 2nd Crew

Adult

Child

Tuesday, September 3, 13

Page 60: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Mosaic plot

3rd1st 2nd Crew

Adult

Child

Female / Male

Tuesday, September 3, 13

Page 61: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Choice of encoding

• Bertin´s guidance

Tuesday, September 3, 13

Page 62: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

Encoding of quantitative values

Tuesday, September 3, 13

Page 63: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

3D Representations

• Use 3D wisely

• More dimensions do not mean that more information is simultaneously displayed

Tuesday, September 3, 13

Page 64: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

3D Representations

• Use 3D wisely

• More dimensions do not mean that more information is simultaneously displayed

Tuesday, September 3, 13

Page 65: TNM093 Tillämpad visualisering - Linköping Universitystaffjimjo/courses/TNM093-2013/... · tillämpningar inom visualisering och datorgrafik • använda tracking och korrekt grafisk

3D Representations

• Use 3D wisely

• More dimensions do not mean that more information is simultaneously displayed

Tuesday, September 3, 13