Traditionally, humanities scholars carrying out research on a specific or on multiple literary work(s) are interested in the analysis of related texts or text passages. But the digital age has opened possibilities for scholars to enhance their traditional workflows. Enabled by digitization projects, humanities scholars can nowadays reach a large number of digitized texts through web portals such as Google Books or Internet Archive. Digital editions exist also for ancient texts; notable examples are PHI Latin Texts and the Perseus Digital Library. This shift from reading a single book “on paper” to the possibility of browsing many digital texts is one of the origins and principal pillars of the digital humanities domain, which helps developing solutions to handle vast amounts of cultural heritage data – text being the main data type. In contrast to the traditional methods, the digital humanities allow to pose new research questions on cultural heritage datasets. Some of these questions can be answered with existent algorithms and tools provided by the computer science domain, but for other humanities questions scholars need to formulate new methods in collaboration with computer scientists. Developed in the late 1980s, the digital humanities primarily focused on designing standards to represent cultural heritage data such as the Text Encoding Initiative (TEI) for texts, and to aggregate, digitize and deliver data. In the last years, visualization techniques have gained more and more importance when it comes to analyzing data. For example, Saito introduced her 2010 digital humanities conference paper with: “In recent years, people have tended to be overwhelmed by a vast amount of information in various contexts. Therefore, arguments about ’Information Visualization’ as a method to make information easy to comprehend are more than understandable.” A major impulse for this trend was given by Franco Moretti. In 2005, he published the book “Graphs, Maps, Trees”, in which he proposes so-called distant reading approaches for textual data that steer the traditional way of approaching literature towards a completely new direction. Instead of reading texts in the traditional way – so-called close reading –, he invites to count, to graph and to map them. In other words, to visualize them. This dissertation presents novel close and distant reading visualization techniques for hitherto unsolved problems. Appropriate visualization techniques have been applied to support basic tasks, e.g., visualizing geospatial metadata to analyze the geographical distribution of cultural heritage data items or using tag clouds to illustrate textual statistics of a historical corpus. In contrast, this dissertation focuses on developing information visualization and visual analytics methods that support investigating research questions that require the comparative analysis of various digital humanities datasets. We first take a look at the state-of-the-art of existing close and distant reading visualizations that have been developed to support humanities scholars working with literary texts. We thereby provide a taxonomy of visualization methods applied to show various aspects of the underlying digital humanities data. We point out open challenges and we present our visualizations designed to support humanities scholars in comparatively analyzing historical datasets. In short, we present (1) GeoTemCo for the comparative visualization of geospatial-temporal data, (2) the two tag cloud designs TagPies and TagSpheres that comparatively visualize faceted textual summaries, (3) TextReuseGrid and TextReuseBrowser to explore re-used text passages among the texts of a corpus, (4) TRAViz for the visualization of textual variation between multiple text editions, and (5) the visual analytics system MusikerProfiling to detect similar musicians to a given musician of interest. Finally, we summarize our and the collaboration experiences of other visualization researchers to emphasize the ingredients required for a successful project in the digital humanities, and we take a look at future challenges in that research field.

Diese Arbeit beschreibt den Entwurf und die Funktionsweise einer parallelen OpenGL-Renderingschnittstelle, die den effizienten Betrieb unmodifizierter graphischer Anwendungen auf segmentierten Anzeigen ermöglicht. Diese Schnittstelle integriert sich vollständig in eine verteilte graphische Benutzeroberfläche. Die herausragende Eigenschaft der entwickelten parallelen OpenGL-Schnittstelle ist ihre gleich bleibende Bildrate bei wachsender Anzahl von Segmenten. Als Erweiterung des frei verfügbaren Chromium-Systems stellt die Implementation eine virtuelle Graphikpipeline mit der Gesamtauflösung der segmentierten Anzeige bereit, die den eingehenden Datenstrom über ein Kommunikationsnetzwerk an die Knoten eines Visualisierungsclusters überträgt. Jeder Knoten des Clusters rendert einen Ausschnitt des Gesamtbildes und bringt diesen auf dem zugehörigen Segment synchronisiert zur Anzeige. Die interne Verarbeitung der von der Applikation generierten OpenGL-Datenströme unterscheidet sich jedoch grundlegend von der existierenden Lösung. Während die Tilesort-SPU von Chromium die Daten entsprechend der Segmentierung der Anzeige sortiert und sequenziell an die relevanten Knoten versendet, überträgt die in der Arbeit vorgestellte Schnittstelle die Graphikbefehle simultan. Die dadurch erreichte Vermeidung redundanter Übertragungen bewirkt bereits einen besseren Durchsatz der Kommunikationskanäle und zusätzlich eine signifikante Verringerung der Prozessorbelastung des Applikationsrechners. Die freie gewordene Kapazität schafft wiederum die Voraussetzung für die Anwendung verschiedener Optimierungsverfahren zur weiteren Steigerung der graphischen Gesamtleistung der parallelen Schnittstelle. Dazu zählt neben der Zwischenspeicherung von Datensequenzen in einem Stream Cache die Filterung der OpenGL-Kommandoströme mit graphischen Culling-Verfahren. Speziell zum aktiv-stereoskopischen Rendern auf dem an der Professur vorhandenen zylindrischen Projektionssystem enthält die Schnittstelle Anpassungen für die Synchronisationshardware und die bildbasierte Korrektur der Parallaxe.

Diese Arbeit zeigt ausgehend von einer Darstellung der theoretischen Grundlagen automatischer Textklassifikation, dass die aus der Statistical Learning Theory stammenden Support Vector Machines geeignet sind, zu einer präziseren Erkennung unerwünschter E-Mail-Werbung beizutragen. In einer Testumgebung mit einem Corpus von 20 000 E-Mails wurden Testläufe verschiedene Parameter der Vorverarbeitung und der Support Vector Machine automatisch evaluiert und grafisch visualisiert. Aufbauend darauf wird eine Erweiterung für die Open-Source-Software SpamAssassin beschrieben, die die vorhandenen Klassifikationsmechanismen um eine Klassifikation per Support Vector Machine erweitert.

Für die schnelle Visualisierung großer Modelle werden sogenannte Echtzeit-Visualisierungsverfahren (real time rendering techniques) eingesetzt. Durch parallele Verarbeitung der Objektdaten auf Multicore-CPUs ist es möglich, die Geschwindigkeit der Darstellung gegenüber GPU-basierten Verfahren weiter zu erhöhen. Insbesondere wurde die Möglichkeit untersucht, das Occlusion-Culling mit Hilfe der CPU durchzuführen. Dabei konnte speziell das Worst-Case-Verhalten verbessert werden. Mit der Anzahl der Systemkomponenten (z.B. Trackingsystem, Beamer, Rechner) steigt die Trägheit (Latenz) des Gesamtsystems, was eine Echtzeitverarbeitung der Daten deutlich erschwert. Durch Bewegungsvorhersagen, die speziell an das Nutzerverhalten im Rahmen der Anwendung angepasst sind, können auftretende Latenzen kompensiert werden. Die Entwicklungen erfolgten im Kontext einer immersiven Tischtennissimulation. Tischtennis gehört zu den schnellsten Sportarten und repräsentiert somit eine anspruchsvolle Umgebung. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Interaktion mit virtuellen Umgebungen ist die Natürlichkeit (Intuitivität) der Benutzeroberfläche. Durch eine möglichst direkte (aus der Realität bekannte) Umsetzung der Benutzerbewegungen in Systembefehle wird eine höchstmögliche Effektivität im Umgang mit dem System erzielt. Im Rahmen einer Designanwendung wurden Interaktionstechniken realisiert, die den alltäglichen Bewegungsabläufen nachempfunden sind.

Nichtlineare Verzerrungen von Rasterkraftmikroskopie (engl.: scanning probe microscopy, Abk.: SPM) Bildern beeinträchtigen die Qualität von Nanotomographiebildern und SPM Bildsequenzen. In dieser Arbeit wird ein neues, nichtlineares Registrierungsverfahren vorgestellt, das auf einem für medizinische Anwendungen entwickelten Algorithmus aufbaut und diesen für die Behandlung von SPM Daten erweitert. Die nichtlineare Registrierung ermöglicht es, verschiedene nanostrukturierte Materialen über große Bereiche (1 µm x 1 µm) mit einer Auflösung von 10 nm abzubilden. Dies erlaubt eine wesentlich detailliertere quantitative Analyse der Daten. Hierfür wurde eine neue Datenreduktions- und Visualisierungsmethode für Mikrodomänennetzwerke von Blockcopolymeren eingeführt. Zwei- und dreidimensionale Mikrodomänenstrukturen werden zu ihrem Skelett reduziert, Verzweigungspunkte farblich codiert und der entstandene Graph visualisiert. Die Anzahl verschiedener Skelettverzweigungen lässt sich über die Zeit verfolgen. Die Methode wurde mit lokalen Minkowskimaßen der ursprünglichen Graustufenbilder verglichen. Sie liefert morphologische und geometrische Informationen auf unterschiedlichen Längenskalen.

Die Erschließung digitaler Medien wird - im Gegensatz zu der von konventionellen Printmedien - in Bibliotheken derzeit noch nicht im wünschenswerten Umfang durchgeführt. Dies gilt vor allem für Online- Ressourcen und Netzpublikationen. Im Vortrag wird dies anhand von Beispielen aus dem Katalog der KIT-Bibliothek dargestellt. Einen möglichen Ansatz für die verbesserte Erschließung stellt die Verwendung kollaborativer Verfahren dar. Am Beispiel des Recommendersystems Bibtip, das vor mehreren Jahren in Karlsruhe entwickelt wurde und inzwischen in zahlreichen Bibliotheken im Einsatz ist, sollen die Funktionsweise und die Auswirkungen eines Einsatzes solcher Lösungen vorgestellt werden.

Die beschriebene Situation hat dazu geführt, dass wir als chronik.LE von September bis Dezember 2016 ein Projekt mit dem Titel „Sichtbarmachung rechter Gewalt im Landkreis Leipzig“ durchgeführt haben. Dankenswerterweise wurden wir dabei finanziell von der Lokalen Partnerschaft für Demokratie im Landkreis Leipzig unterstützt. Der vorliegende Bericht stellt die wesentlichen Ergebnisse des Projekts vor und will die dokumentierte Situation stärker in den Fokus der Öffentlichkeit rücken und zu Auseinandersetzungen anregen. Neben einem statistischen Überblick und exemplarischen Ereignissen enthält der Bericht noch drei Vertiefungstexte zu den Themen Rassismus (Betroffenenperspektive) und Rechtsterrorismus („Oldschool Society“) sowie zur Bedeutung von hetzerischen Facebook-Seiten für rassistische Mobilisierungen. Die ersten beiden Texte wurden aus der Broschüre „Leipziger Zustände 2016“ von chronik.LE entnommen (Online-Version hier: www.chronikle.org/files/Leipziger_Zustaende_2016.pdf).

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An der TU Dresden wurden zwei Umfragen durchgeführt um die Benutzung Literaturrecherchewerkzeuge zu erfassen. In dieser Arbeit wurden die Umfragen analysiert.:1 Einleitung 1 2 Aktuelle Forschung im Bereich der Recherchevisualisierung 3 2.1 CircleView 4 2.2 Action Science Explorer 5 2.3 CiteWiz 5 2.4 Web of Science - CitationMaps 6 2.5 Science of Science (Sci2) Tool 7 2.6 CiteSpace 8 2.7 Microsoft Academic Search 8 3 Auswertung der Umfragen 11 3.1 Hintergrund 11 3.2 Grundgesamtheit und Repr¨asentativit¨at 11 3.3 Methoden zur Auswertung 12 4 Auswertung der Mitarbeiterumfrage 15 4.1 Rahmendaten 15 4.2 Beantwortung der Fragestellungen 19 4.2.1 Unmittelbare Fragestellungen zur Wahl einer günstigen Visualisierungsform(Kernfragen zur Visualisierung) 19 4.2.2 Mittelbare Fragen (Kontextfragen) 24 5 Auswertung der Studentenumfrage 35 5.1 Rahmendaten 35 5.2 Beantwortung der Fragestellungen 39 6 Zusammenfassung und Ausblick 45 Literaturverzeichnis i A Anhang v A.1 Zusätzliche Abbildungen und Tabellen v A.2 Umfrage Studenten xii A.3 UmfrageMitarbeiter xxi

Für die anschauliche Darstellung der Ergebnisse mechanischer Untersuchungen von Bauteilbeanspruchungen existieren diverse Visualisierungsformen. Eine solche Visualisierungsform ist die Darstellung von Hauptspannungstrajektorien, vorwiegend der Hauptnormalspannungstrajektorien des Spannungszustandes eines Bauteils. Trajektorienbilder sind im Bereich des Bauingenieurwesens insbesondere im Massivbau nach wie vor von großem Interesse. So werden beispielsweise die in der Stahlbetonnormung fest verankerten Stabwerkmodelle in erster Linie auf der Basis von Hauptspannungstrajektorien entwickelt. Aus diesem Grund gehören Trajektorienbilder heute nicht nur zum akademischen Standardlehrstoff, sondern werden auch in wissenschaftlichen Veröffentlichungen gern zur Erläuterung von komplexen Spannungszuständen herangezogen. Unglücklicherweise finden sich in der einschlägigen Fachliteratur und in wissenschaftlichen Arbeiten nicht selten grundlegende Fehldarstellungen. Diese Arbeit stellt einen geeigneten Algorithmus zur korrekten Darstellung von Trajektorienbildern auf der Basis numerisch (beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode) berechneter Spannungslösungen bereit. Anhand von systematischen Untersuchungen zu verschiedenen Bauteilgeometrien und Beanspruchungs-konstellationen konnte eine Reihe von immer wieder zu findenden Fehlinterpretationen von Trajektorienbildern aufgezeigt werden. Die oft angenommene Analogie von Spannungstrajektorien zu Stromlinien von Fluidströmungen im Sinne eines „Kraftflusses“ wurde widerlegt. Das Problem bei herkömmlichen Trajektorienbildern, dass diese nicht imstande sind, Auskunft über die Größe der Spannungen zu geben, führte mitunter zu der bisweilen verbreiteten Annahme, die Verdichtung von Trajektorien in einem Trajektorienbild bedeute eine Spannungskonzentration an entsprechender Stelle. Anhand von Beispielen wird dies eindeutig widerlegt. Zur Vermeidung dieses Fehleindrucks wurde eine neue Darstellungsform eingeführt, die neben den Richtungen auch die Größen der Hauptspannungen anhand eines Farbmaßstabes ablesbar macht. Mithilfe einer variablen Schrittweitensteuerung konnte die Genauigkeit bei der Pfadverfolgung der Trajektorien gegenüber festen Schrittweiten maßgeblich verbessert werden. Geeignete Abbruchkriterien gewährleisten das zuverlässige Auffinden von äußeren sowie innenliegenden Bauteilbegrenzungen und die Detektion geschlossener Trajektorien. Einen wesentlichen Punkt stellen mögliche Singularitäten wie isotrope Punkte, isotrope Grenzen oder isotrope Gebiete dar, in denen die Hauptspannungsrichtungen mithilfe der Lösung des Eigenwertproblems nicht eindeutig ermittelbar sind. Deren Nichtbeachtung ist eine wesentliche Ursache für Fehldarstellungen in der Literatur. Die an solchen Stellen auftretenden Effekte und entstehenden Probleme bei der Ermittlung und Interpretierbarkeit von Trajektorienbildern wurden systematisch analysiert und entsprechende Lösungsvorschläge erarbeitet. Bisher blieb die Verwendung von Trajektorienbildern praktisch auf zweidimensionale Probleme beschränkt. Das Potenzial von Spannungstrajektorien zur Visualisierung dreidimensionaler Spannungszustände war bislang noch unerforscht. Daher wurde das Verfahren zur Berechnung von Spannungstrajektorien auf dreidimensionale Spannungszustände übertragen. Während sich einige Teilbereiche des entwickelten Algorithmus, wie beispielsweise die Schrittweitensteuerung, problemlos unter Hinzuziehung einer weiteren Richtungskomponente für dreidimensionale Probleme erweitern lassen, hat sich gezeigt, dass diese Erweiterung auch diverse Nichttrivialitäten enthält. Bei den aus der Berechnung erhaltenen Trajektorien handelt es sich im dreidimensionalen Fall um räumliche Kurven. Eine wesentliche Erkenntnis aus berechneten dreidimensionalen Trajektorienbildern ist, dass sich diese Raumkurven im Unterschied zum ebenen Fall in der Regel nicht schneiden und somit keine Maschen zwischen den Trajektorien wie im Zweidimensionalen aufspannen. Eine noch verbleibende Schwierigkeit bei der Anwendung dreidimensionaler Trajektorienbilder besteht in deren interpretierbarer Darstellung. In der vorliegenden Arbeit wurden hierzu einige Vorschläge erarbeitet sowie deren Anwendbarkeit getestet und bewertet. Um die Möglichkeit der eigenständigen Berechnung von Trajektorienbildern einem breiten Nutzerkreis zugänglich zu machen, können aufbauend auf den Erkenntnissen dieser Arbeit leicht bedienbare Softwarelösungen mit grafischer Benutzeroberfläche entwickelt werden. Der Algorithmus zur Trajektorienermittlung wurde mit diesem Ansinnen in allen Details beschrieben. Auf dem Gebiet der Trajektorien dreidimensionaler Spannungszustände hat sich darüber hinaus noch weiterer Forschungsbedarf herausgestellt, hierzu werden in der Arbeit an den entsprechenden Stellen einige Vorschläge zur Weiterentwicklung gemacht. Der entwickelte Algorithmus ermöglicht darüber hinaus auch direkt auch die Ermittlung von Trajektorien materiell oder geometrisch nichtlinearer sowie dynamischer und sonstiger Probleme, sofern der entsprechende Spannungszustand vorliegt. Außerdem kann der Algorithmus prinzipiell auch zur Bestimmung von Hauptschubspannungstrajektorien oder Hauptmomentenlinien angewandt werden. / There are several kinds of visualisation for the illustration of the results of mechanical investigations of structural elements’ load bearing behaviour. The illustration of the stress state via principal stress trajectories, mainly principal normal stress trajectories, is one of them. In the field of civil engineering, trajectory plots are still of notable interest, particularly in solid construction. Thus, the truss models as part of the European engineering standards for steel-reinforced concrete are primarily developed using principal stress trajectories. For this reason, trajectory plots are not only part of the academic subjects taught at university, but they are also used in scientific publications for the illustration of complex stress states. Unfortunately, fundamental misrepresentations are not rare in the relevant literature and scientific works. This work provides a suitable algorithm for accurate trajectory plots based on numerically computed stress solutions (e.g. using the finite element method). By means of systematic investigations of several structural element’s geometries and loading situations, a number of prevalent misinterpretations was identified. The analogy often assumed between stress trajectories and streamlines of fluid flow in terms of “load flow” has been disproved. A property of traditional trajectory plots is not able to indicate the level of stress. Thus, in areas of narrowing trajectories stress concentrations are often assumed. By means of examples this assumption was clearly disproved. To prevent the appearance of such misimpressions, the stress levels are represented using a colour scale known from contour plots. An adaptive incrementation during path tracing allows a significant increase of accuracy compared with uniform incrementation. Suitable stop criteria ensure reliable detection of outer and inner borders as well as closing of trajectories. One important aspect is the appearance of singularities like isotropic points, isotropic borders and isotropic areas, where the principal stress directions in terms of eigenvectors are not unique. Non-observance is one of the main causes of misrepresentations of trajectory plots in literature. The effects due to the appearance of isotropic points and the arising problems for calculation and interpretation of stress trajectories were systematically analysed, and proposals for a solution were made. Up to now, the usage of trajectory plots was limited to two-dimensional problems. The potential of stress trajectories for the visualisation of three-dimensional stress states was still unexplored. Therefore, the algorithm for the calculation of stress trajectories was augmented in three dimensions. Some parts of the two-dimensional algorithm like adaptive incrementation could be directly translated simply considering the third coordinate, whereas the necessary modifications of some parts turned out to be non-trivial. The stress trajectories of three-dimensional stress states prove to be space curves. An essential finding from the calculated three-dimensional trajectory plots was, that three-dimensional trajectories – compared to two-dimensional trajectories – generally do not intersect each other. According to this, three-dimensional trajectories generally do not build meshes. The interpretable display of three-dimensional trajectories is still a difficulty. In this work, the applicability of some methods has been tested and assessed. To enable a large group of users to create stress trajectory plots individually, easily operated software solutions with a graphical user interface should be developed. For this purpose, the developed algorithm for tracing trajectories is described in every detail. In the field of three-dimensional stress trajectories need of further research came to light, which is specified in the corresponding parts of this work. In addition, the developed algorithm allows also the calculation of stress trajectories of geometrical and material non-linear as well as dynamic and other problems, if only the stress state is available. Furthermore, the algorithm can be applied for the calculation of principal shear stress trajectories and principal moment trajectories.