Ein Forschungsprojekt von SBG und TU Dresden erarbeitete ab 2007 eine Visualisierung der Planungs- und Baugeschichte des Dresdner Zwingers. Viele Bauphasen wurden virtuell dreidimensional modelliert und verdeutlichen die Ideen der einst weitaus größer geplanten Anlage. Die Ergebnisse sollen Teil der neuen Baugeschichtsausstellung in der Bogengalerie des Zwingers sein.

Das EU-Projekt GeoMAP dient dem Erfahrungsaustausch zu geowissenschaftlichen Methoden und Modellierungen für weitumfassende Betrachtungen in Bergbau- und Bergbaufolgegebieten. Als Untersuchungsgebiet werden ehemalige Bergbaureviere im Erzgebirge und das Braunkohlenrevier Nordböhmen betrachtet. Ziel des deutsch-tschechischen Projektes ist es, durch neue Impulse die Ermittlung und Auswertung von Datensätzen und damit die Prognose der diversen Bergbaufolgeerscheinungen zu verbessern. Die Publikation richtet sich an die geowissenschaftlich interessierte Öffentlichkeit. Redaktionsschluss: 25.05.2021

Particle-based models play a central role in many simulation techniques used for example in thermodynamics, molecular biology, material sciences, or astrophysics. Such simulations are carried out by directly calculating interactions on a set of individual particles over many time steps. Clusters of particles form higher-order structures like drops or waves. The interactive visual inspection of particle datasets allows gaining in-depth insight, especially for initial exploration tasks. However, their visualization is challenging in many ways. Visualizations are required to convey structures and dynamics on multiple levels, such as per-particle or per-structure. Structures are typically dense and highly dynamic over time and are thus likely subject to heavy occlusion. Furthermore, since simulation systems become increasingly powerful, the number of particles per time step increases steadily, reaching data set sizes of trillions of particles. This enormous amount of data is challenging not only from a computational perspective but also concerning comprehensibility. In this work, the idea of Focus+Context is applied to particle visualizations. Focus+Context is based on presenting a selection of the data – the focus – in high detail, while the remaining data – the context – is shown in reduced detail within the same image. This enables efficient and scalable visualizations that retain as much relevant information as possible while still being comprehensible for a human researcher. Based on the formulation of the most critical challenges, various novel methods for the visualization of static and dynamic 3D and nD particle data are introduced. A new approach that builds on global illumination and extended transparency allows to visualize otherwise occluded structures and steer visual saliency towards selected elements. To address the time-dependent nature of particle data, Focus+Context is then extended to time. By using an illustration-inspired visualization, the researcher is supported in assessing the dynamics of higher-order particle structures. To understand correlations and high dimensional structures in higher dimensional data, a new method is presented, based on the idea of depth of field.

Einleitung Der Einsatz und die Beliebtheit von 3D-Visualisierungen im Fachgebiet der Anatomie und Veterinäranatomie sind in den vergangenen Jahren stetig gewachsen. Vor allem vor den Hintergrund einer potentiell besseren und leichteren Wissensrezeption von räumlichen Informationen durch den Einsatz von 3D- im Vergleich zu 2D-Modellen wurden diverse Studien zum Lernerfolg mit diesen Medien durchgeführt. Ziele der Untersuchung Ziel dieser Arbeit war es, ein Lehr- und Lernprogramm, das „Laminitis Tool“ als Modul des „Equine Hoof Explorers“ in Kooperation mit der Effigos AG zu entwickeln und nachfolgend zu evaluieren. Das Programm soll die morphologischen Veränderungen (mikroskopisch und makroskopisch) während der einzelnen Hufrehephasen ausgehend von den physiologisch anatomischen Gegebenheiten durch 3D-Visualisierungen sowie eine modular aufbereitete Zusammenfassung der Forschungsergebnisse zur Hufrehe in Textform präsentieren. Die Hypothese des Lernvorteils durch das 3D-Programm im Vergleich zu illustrierten Texten wurde überprüft. Material und Methoden 3D-Visualisierungen und Texte für das „Laminitis Tool“ wurden auf Basis von Literaturquellen erstellt, die einen Rückschluss auf den klinischen Grad der Hufrehe und das verwendete Versuchsmodell bzw. die Ätiopathologie erlaubten. Die Evaluation des „Laminitis Tools“ wurde in zwei Durchläufen (Crossover-Design) durchgeführt. Dazu wurden 87 Studierende des 2. Fachsemesters (2. FS) und 26 Studierenden des 4. Fachsemesters (4. FS) den Gruppen A und B zugeteilt. Jede Gruppe enthielt in etwa gleichgroße Anteile aus jedem Fachsemester. Alle Teilnehmer:innen mussten vorab eine subjektive Einschätzung zu ihren Vorkenntnissen zur Hufrehe geben. Retrospektiv wurden anhand dieser Angabe sowie der angegebenen Fachsemester die Wissensgruppen „mit Vorkenntnissen“ (mVK) und „ohne Vorkenntnisse“ (oVK) sowie 2. FS und 4. FS gebildet. Im Durchgang 1 (DG 1) arbeitete Gruppe A mit dem Text und Gruppe B mit dem Tool. Dies wechselte im Durchgang 2 (DG 2). Vor Beginn des Tests erhielt die jeweilige Toolgruppe eine kurze Einführung in die Bedienung des Tools. Nach Arbeit mit dem entsprechenden Medium wurde ein Single-Choice-Test durchgeführt. Ergebnisse Das „Laminitis Tool“ ist eine 3D-Visualisierungssoftware, die ein animiertes 3D-Modell des Hufes von außen (Modell „Klinik“) und innen (Modell „Huf“) sowie des Hufbeinträgers (Modell „Histologie“) vor und während einer Hufreheerkrankung zeigt. Alle Modelle werden durch einen modularisierten Text begleitet. Ein Video zeigt die Veränderungen an der dermo-epidermalen Grenze des Hufbeinträgers. In Gruppe A gaben 56,4 % und in Gruppe B 48,3 % der Teilnehmenden an, Vorkenntnisse zur Hufrehe zu haben. Im DG 1 ist die Anzahl der Fragen, die von Gruppe A signifikant besser beantwortet wurden als von Gruppe B, mit drei von zehn Fragen größer als in DG 2, wo es nur eine von zehn Fragen war. Betrachtet man die Gesamtheit der Fragen konnte Gruppe A im DG 1 ein signifikant besseres Ergebnis (p = 0,0286) erzielen als Gruppe B, wohingegen im DG 2 kein signifikanter Unterschied (p = 0,2071) zwischen den Gruppen bestand. Teilnehmer:innen der Gruppe A aus dem 2. FS und aus der Wissensgruppe oVK konnten ihre Gesamtleistung von DG 1 zu DG 2 steigern. Teilnehmer:innen der Gruppe A aus dem 4. FS und aus der Wissensgruppe mVK erzielten im DG 2 ein geringeres Gesamtergebnis als im DG 1. Schlussfolgerungen Teilnehmer:innen aus Gruppen mit geringem oder keinen Vorkenntnissen (Gruppe B; 2. FS; oVK) erhielten möglicherweise einen Lernvorteil durch die Arbeit mit dem Tool und konnten so den Wissensunterschied zu wissensstärkeren Gruppe (Gruppe A; 4. FS; mVK) ausgleichen.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Hufrehe, Pododermatitis aseptica diffusa 3 2.1.1 Definition 3 2.1.2 Der Hufbeinträger, Apparatus suspensorius ossis ungulae 3 2.1.2.1 Dermale Anteile 4 2.1.2.2 Epidermale Anteile 4 2.1.2.3 Die Basalmembran 4 2.1.3 Makroskopisch-anatomische Veränderungen des Hufes während einer Hufreheerkrankung 6 2.1.4 Mikroskopisch-anatomische Veränderungen des Hufbeinträgers während einer Hufreheerkrankung 8 2.1.5 Metabolisch-induzierte Hufrehe 10 2.1.6 Toxininduzierte Hufrehe 12 2.1.7 Belastungsinduzierte Hufrehe 15 2.2 Mediendidaktik – Begriffsbestimmung 17 2.2.1 Digitale Medien 17 2.2.2 Multimedia 17 2.2.3 E-Learning, Blended Learning und didaktisches Design 17 2.3 Von der Theorie zur Praxis - Gestaltungsmerkmale auf Basis klassischer Lerntheorien und deren Anwendung in E-Learning-Programmen 18 2.3.1 Der Behaviorismus 18 2.3.2 Der Kognitivismus 19 2.3.3 Der Konstruktivismus 20 2.4 Codierungsformen (der Computertechnologie): 3D-Bilder, Animationen und Hypertext 21 2.4.1 Bilder (Definition, 3D-Bilder, Animation, Video) 21 2.4.2 Hypertext (Definition, Aufbau, Gefahren und Potentiale) 22 2.5 Lernen mit Text und Bild 23 2.5.1 Gestaltungsempfehlungen für Bilder und Texte 26 2.6 Interaktivität und selbstgesteuertes Lernen 27 2.6.1 Graphical User Interface 28 2.7 Interaktive Lehr- und Lernprogramme in der Veterinärmedizin 28 3 Material, Methoden 30 3.1 Entwicklung des Lehr- und Lernprogramms 30 3.1.1 Allgemeiner Herstellungsprozess 30 3.1.2 Formulierung von Anforderungskriterien und Festlegung von inhaltlichen Schwerpunkten für das Modul 30 3.1.3 Formulierung der Texte 32 3.1.4 Erstellen von Abbildungen für die Texte 33 3.1.5 Graphische Inhalte - 3D-Modelle, Animationen und Video 35 3.1.5.1 Entwicklung von 3D-Modellen 35 3.1.5.2 Animation der 3D-Modelle 37 3.1.5.3 Entwicklung des Videos „Hufrehe an der dermo-epidermalen Grenze“ 39 3.1.6 Entwicklung der Benutzeroberfläche (GUI) 40 3.1.7 Formatierung der Texte 42 3.1.8 Einpflegen der Modulelemente und Validierung 45 3.2 Evaluation des Lehr- und Lernprogramms 45 3.2.1 Testvorbereitung 45 3.2.1.1 Akquise der Studienteilnehmer:innen 45 3.2.1.2 Geräte 45 3.2.1.3 Test mit Single-Choice-Fragen 46 3.2.2 Studienteilnehmer:innen 46 3.2.3 Studiendesign 47 3.2.4 Gruppen, Abschnitte der Studiendurchgänge 47 3.2.4.1 Abschnitte erster Durchgang – Übersicht 48 3.2.4.2 Abschnitte zweiter Durchgang - Übersicht 49 3.2.5 Statistische Auswertung 49 4 Ergebnisse 51 4.1 Das „Laminitis Tool“ 51 4.1.1 Inhaltsverzeichnis 51 4.1.2 Texte und Abbildungen für die Texte 51 4.1.3 Graphische Inhalte: 3D-Modelle, Animationen, Video 52 4.1.3.1 3D-Modelle: Allgemeine Eigenschaften 52 4.1.3.2 3D-Modell und Animation „Klinik“ 53 4.1.3.3 3D-Modell und Animation „Huf“ 53 4.1.3.4 3D-Modell und Animation „Hufbeinträger“ 54 4.1.3.5 Video „Hufrehe an der dermo-epidermalen Grenze“ 56 4.1.4 GUI des Themenbereichs „Klinik“ 58 4.1.5 GUI des Themenbereichs „Huf“ 60 4.1.6 GUI des Themenbereichs „Histologie“ 61 4.1.7 Weitere Bedienelemente 62 4.2 Evaluation des Lernprogramms 62 4.2.1 Präevaluation 62 4.2.2 Eigenschaften der Studienteilnehmer:innen in den Gruppen 63 4.2.3 Einteilung in Wissensgruppen 64 4.2.4 Aufgabenqualität und Reliabilitätsprüfung des Tests mit Single-Choice-Fragen 65 4.2.5 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Text- und Toolgruppe 66 4.2.6 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Wissensgruppen für die Attribute „Fachsemester“ und „Vorkenntnisse“ 71 5 Diskussion 76 5.1 Entwicklung des „Laminitis Tools“ 76 5.1.1 Kooperation mit der Effigos AG 77 5.1.2 Toolinhalt und Inhaltsverzeichnis 78 5.1.3 Texte und Abbildungen für die Texte 81 5.1.4 Benutzeroberfläche – Navigation und Orientierungshilfen 82 5.1.5 Benutzeroberfläche – Konsistente und intuitive Bedienbarkeit 83 5.1.6 3D-Modelle 85 5.1.7 Animationen 86 5.1.8 Video 87 5.2 Lernförderlicher Effekt des „Laminitis Tools“ im Vergleich zu einem konventionellen Text 88 5.2.1 Einteilung von Wissensgruppen 89 5.2.2 Vergleich der Gruppen 89 5.2.3 Entwicklung der Gruppen im Verlauf der Studie 91 5.2.4 Betrachtung der Fachsemester 92 5.2.5 Betrachtung der Einzelfragen 93 5.2.6 Betrachtung der Fragengruppe 94 5.2.7 Aussagekraft der Evaluation 94 5.3 Fazit 95 6 Zusammenfassung 97 7 Summary 99 8 Literaturverzeichnis 101 9 Anhang 121 9.1 Entwicklung des Lernprogramms 121 9.1.1 Skript des Videos „Hufrehe an der dermo-epidermalen Grenze“ 121 9.1.2 Beispiel einer Änderungsanweisung für den Bauplan zum Design und zur Funktion der GUI 123 9.2 Evaluation des Lernprogramms 129 9.2.1 Studienaufruf 129 9.2.2 Anweisung zur Nutzung des Tools 130 9.2.3 Fragebogen zur Präevaluation 131 9.2.4 Angaben zum Ausbildungsstand der Studienteilnehmenden 132 9.2.5 Single-Choice-Fragen 133 9.2.6 Aufgabenqualität und Reliabilitätsprüfung des Tests mit Single-Choice-Fragen 139 9.2.7 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Text- und Toolgruppe 151 9.2.8 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Wissensgruppe für das Attribut „Fachsemester“ 152 9.2.9 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Wissensgruppe für das Attribut „Vorkenntnisse“ 160 / Introduction In recent years the use and popularity of three-dimensional (3D) visualizations has grown substantially in the field of anatomy and veterinary anatomy. 3D anatomical models providing a potentially better and easier reception of spatial information compared to two-dimensional (2D) anatomical models was subject of various studies looking into the learning success. Objectives Aim of this study was to develop and subsequently evaluate a 3D anatomical program („Laminitis Tool“) as a module of the „Equine Hoof Explorer“ in cooperation with the Effigos AG. The „Laminitis Tool“ was designed to demonstrate the morphological changes (microscopic and macroscopic) before and during each stadium of equine laminitis by 3D visualizations and text modules summarizing the state of scientific knowledge. The hypothesis that the 3D learning program leads to a better learning success than a text was tested. Material und Methods Development of 3D visualizations and texts for the „Laminitis Tool“ was based on references allowing conclusions regarding clinical phase and experimental set up or cause of equine laminitis. The „Laminitis Tool“ was evaluated in two trials. 87 students of the second semester (2nd SM) and 26 students of the fourth semester (4th SM) were randomly allocated into group A and B. Each group consisted of nearly the same number of students from both semesters. In advance all participants had to subjectively assess their preexisting knowlegde of equine laminitis. According to the prior assessment groups „with preexisting knowledge“ (mVK) and „without preexisting knowledge“ (oVK) as well as groups 2nd SM and 4th SM were formed retrospectively. In the first trail (DG 1), group A was working with the illustrated text and group B with the 3D program. The set up was vice versa in the second trial (DG 2). The respective tool group received a brief instruction in how to use the program. After working with the particular medium students had to undergo a single choice test. Results The „Laminitis Tool“ is a 3D visualization software showing an animated 3D model of the outside (model „clinic“) and inside (model „hoof“) of the equine hoof as well as of the suspensory apparatus of the distal phalanx (model „histology“) before and after the onset of equine laminitis. Each model is accompanied by a modularized text. A video is providing information about the morphological changes at the dermo-epidermal layer of the suspensory apparatus of the distal phalanx. 56.4 % of the participants in group A and 48.3 % in group B ware rated mVK. In the first trial group A achieved a significantly better result in three out of ten questions than group B. Whereas there was only a significant difference in one out of ten questions in the second trial. According to the overall result group A was significantly better than group B (p = 0.0286) in the first trial, but there was no significant difference (p = 0.2071) between groups in the second trial. Participants in group A from the 2nd FS and from the knowledge group oVK were able to increase their overall performance from DG 1 to DG 2. Participants of group A from the 4th FS and from the knowledge group mVK achieved a lower overall result in DG 2 than in DG 1. Conclusion Participants of groups with lower knowledge (group B; 2nd SM; oVK) may have received a learning advantage from working with the tool and thus were able to compensate for the knowledge gap with more knowledgeable groups (group A; 4th SM; mVK).:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Hufrehe, Pododermatitis aseptica diffusa 3 2.1.1 Definition 3 2.1.2 Der Hufbeinträger, Apparatus suspensorius ossis ungulae 3 2.1.2.1 Dermale Anteile 4 2.1.2.2 Epidermale Anteile 4 2.1.2.3 Die Basalmembran 4 2.1.3 Makroskopisch-anatomische Veränderungen des Hufes während einer Hufreheerkrankung 6 2.1.4 Mikroskopisch-anatomische Veränderungen des Hufbeinträgers während einer Hufreheerkrankung 8 2.1.5 Metabolisch-induzierte Hufrehe 10 2.1.6 Toxininduzierte Hufrehe 12 2.1.7 Belastungsinduzierte Hufrehe 15 2.2 Mediendidaktik – Begriffsbestimmung 17 2.2.1 Digitale Medien 17 2.2.2 Multimedia 17 2.2.3 E-Learning, Blended Learning und didaktisches Design 17 2.3 Von der Theorie zur Praxis - Gestaltungsmerkmale auf Basis klassischer Lerntheorien und deren Anwendung in E-Learning-Programmen 18 2.3.1 Der Behaviorismus 18 2.3.2 Der Kognitivismus 19 2.3.3 Der Konstruktivismus 20 2.4 Codierungsformen (der Computertechnologie): 3D-Bilder, Animationen und Hypertext 21 2.4.1 Bilder (Definition, 3D-Bilder, Animation, Video) 21 2.4.2 Hypertext (Definition, Aufbau, Gefahren und Potentiale) 22 2.5 Lernen mit Text und Bild 23 2.5.1 Gestaltungsempfehlungen für Bilder und Texte 26 2.6 Interaktivität und selbstgesteuertes Lernen 27 2.6.1 Graphical User Interface 28 2.7 Interaktive Lehr- und Lernprogramme in der Veterinärmedizin 28 3 Material, Methoden 30 3.1 Entwicklung des Lehr- und Lernprogramms 30 3.1.1 Allgemeiner Herstellungsprozess 30 3.1.2 Formulierung von Anforderungskriterien und Festlegung von inhaltlichen Schwerpunkten für das Modul 30 3.1.3 Formulierung der Texte 32 3.1.4 Erstellen von Abbildungen für die Texte 33 3.1.5 Graphische Inhalte - 3D-Modelle, Animationen und Video 35 3.1.5.1 Entwicklung von 3D-Modellen 35 3.1.5.2 Animation der 3D-Modelle 37 3.1.5.3 Entwicklung des Videos „Hufrehe an der dermo-epidermalen Grenze“ 39 3.1.6 Entwicklung der Benutzeroberfläche (GUI) 40 3.1.7 Formatierung der Texte 42 3.1.8 Einpflegen der Modulelemente und Validierung 45 3.2 Evaluation des Lehr- und Lernprogramms 45 3.2.1 Testvorbereitung 45 3.2.1.1 Akquise der Studienteilnehmer:innen 45 3.2.1.2 Geräte 45 3.2.1.3 Test mit Single-Choice-Fragen 46 3.2.2 Studienteilnehmer:innen 46 3.2.3 Studiendesign 47 3.2.4 Gruppen, Abschnitte der Studiendurchgänge 47 3.2.4.1 Abschnitte erster Durchgang – Übersicht 48 3.2.4.2 Abschnitte zweiter Durchgang - Übersicht 49 3.2.5 Statistische Auswertung 49 4 Ergebnisse 51 4.1 Das „Laminitis Tool“ 51 4.1.1 Inhaltsverzeichnis 51 4.1.2 Texte und Abbildungen für die Texte 51 4.1.3 Graphische Inhalte: 3D-Modelle, Animationen, Video 52 4.1.3.1 3D-Modelle: Allgemeine Eigenschaften 52 4.1.3.2 3D-Modell und Animation „Klinik“ 53 4.1.3.3 3D-Modell und Animation „Huf“ 53 4.1.3.4 3D-Modell und Animation „Hufbeinträger“ 54 4.1.3.5 Video „Hufrehe an der dermo-epidermalen Grenze“ 56 4.1.4 GUI des Themenbereichs „Klinik“ 58 4.1.5 GUI des Themenbereichs „Huf“ 60 4.1.6 GUI des Themenbereichs „Histologie“ 61 4.1.7 Weitere Bedienelemente 62 4.2 Evaluation des Lernprogramms 62 4.2.1 Präevaluation 62 4.2.2 Eigenschaften der Studienteilnehmer:innen in den Gruppen 63 4.2.3 Einteilung in Wissensgruppen 64 4.2.4 Aufgabenqualität und Reliabilitätsprüfung des Tests mit Single-Choice-Fragen 65 4.2.5 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Text- und Toolgruppe 66 4.2.6 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Wissensgruppen für die Attribute „Fachsemester“ und „Vorkenntnisse“ 71 5 Diskussion 76 5.1 Entwicklung des „Laminitis Tools“ 76 5.1.1 Kooperation mit der Effigos AG 77 5.1.2 Toolinhalt und Inhaltsverzeichnis 78 5.1.3 Texte und Abbildungen für die Texte 81 5.1.4 Benutzeroberfläche – Navigation und Orientierungshilfen 82 5.1.5 Benutzeroberfläche – Konsistente und intuitive Bedienbarkeit 83 5.1.6 3D-Modelle 85 5.1.7 Animationen 86 5.1.8 Video 87 5.2 Lernförderlicher Effekt des „Laminitis Tools“ im Vergleich zu einem konventionellen Text 88 5.2.1 Einteilung von Wissensgruppen 89 5.2.2 Vergleich der Gruppen 89 5.2.3 Entwicklung der Gruppen im Verlauf der Studie 91 5.2.4 Betrachtung der Fachsemester 92 5.2.5 Betrachtung der Einzelfragen 93 5.2.6 Betrachtung der Fragengruppe 94 5.2.7 Aussagekraft der Evaluation 94 5.3 Fazit 95 6 Zusammenfassung 97 7 Summary 99 8 Literaturverzeichnis 101 9 Anhang 121 9.1 Entwicklung des Lernprogramms 121 9.1.1 Skript des Videos „Hufrehe an der dermo-epidermalen Grenze“ 121 9.1.2 Beispiel einer Änderungsanweisung für den Bauplan zum Design und zur Funktion der GUI 123 9.2 Evaluation des Lernprogramms 129 9.2.1 Studienaufruf 129 9.2.2 Anweisung zur Nutzung des Tools 130 9.2.3 Fragebogen zur Präevaluation 131 9.2.4 Angaben zum Ausbildungsstand der Studienteilnehmenden 132 9.2.5 Single-Choice-Fragen 133 9.2.6 Aufgabenqualität und Reliabilitätsprüfung des Tests mit Single-Choice-Fragen 139 9.2.7 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Text- und Toolgruppe 151 9.2.8 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Wissensgruppe für das Attribut „Fachsemester“ 152 9.2.9 Test mit Single-Choice-Fragen, Testergebnisse der Wissensgruppe für das Attribut „Vorkenntnisse“ 160

Product visualization in AR/VR applications requires a largely manual process of data preparation. Previous publications focus on error-free triangulation or transformation of product structure data and display attributes for AR/VR applications. This paper focuses on the preparation of the required geometry data. In this context, a significant reduction in effort can be achieved through automation. The steps of geometry preparation are identified and examined concerning their automation potential. In addition, possible couplings of sub-steps are discussed. Based on these explanations, a structure for the geometry preparation process is proposed. With this structured preparation process, it becomes possible to consider the available computing power of the target platform during the geometry preparation. The number of objects to be rendered, the tessellation quality, and the level of detail (LOD) can be controlled by the automated choice of transformation parameters. Through this approach, tedious preparation tasks and iterative performance optimization can be avoided in the future, which also simplifies the integration of AR/VR applications into product development and use. A software tool is presented in which partial steps of the automatic preparation are already implemented. After an analysis of the product structure of a CAD file, the transformation is executed for each component. Functions implemented so far allow, for example, the selection of assemblies and parts based on filter options, the transformation of geometries in batch mode, the removal of certain details, and the creation of UV maps. Flexibility, transformation quality, and timesavings are described and discussed.

Point datasets that relate to highly populated places, such as ones retrieved from social media or volunteered geographic information in general, can often result in dense point clusters when presented on maps. Therefore, it can be useful to visualize the relevant point density information directly on the urban geometry to tackle the problem of point counting and density range identification in highly cluttered areas. One solution is to relate each point to the nearest geometry object. While this is a straightforward approach, its major drawback is that local point clusters could disappear by assigning them to larger objects, e.g., long roads. To address this issue, we introduce two new point density visualization approaches by which points are related to the underlying geometry objects. In this process, we use grid cells and heatmap contour lines to divide roads, squares, and pedestrian zones into subgeometry units. Comparison of our visualization approaches with conventional density visualization methods shows that our approaches provide a more comprehensive insight into the point distribution over space, i.e., over existing urban geometry. / Wenn Punktdatensätze, die sich auf dicht bevölkerte Räume beziehen – beispielsweise räumliche Daten aus Sozialen Medien oder von VGI-Plattformen – auf Karten dargestellt werden, kommt es häufig zu dichten Punktclustern, was Aussagen über die Anzahl der Punkte oder die Intensität der Punktdichte an bestimmten Orten schwierig bis unmöglich macht. Daher kann es nützlich sein, relevante Informationen über die Punktdichte direkt mit Bezug zu urbanen Geometrien zu visualisieren. Eine Lösung besteht darin, jeden Punkt dem nächstgelegenen Geometrieobjekt zuzuordnen. Ein großer Nachteil dieses Ansatzes ist jedoch, dass lokale Punktcluster verschwinden könnten, indem sie größeren Objekten, z. B. langen Straßen, zugewiesen werden. Um dieses Problem zu lösen, werden zwei neue Ansätze zur Visualisierung der Punktdichte eingeführt, bei denen die Punkte mit den urbanen Geometrieobjekten in Beziehung gesetzt werden, lokale räumliche Eigenschaften jedoch erhalten bleiben. Dafür werden Straßen, Plätze und Fußgängerzonen mithilfe von Rasterzellen und Konturlinien von Kerndichteschätzungen in Teilgeometrieeinheiten unterteilt. Der Vergleich dieser Visualisierungsansätze mit herkömmlichen Dichtevisualisierungsmethoden zeigt, dass die vorgestellten Ansätze einen detaillierteren Einblick in die räumliche Punktverteilung mit Bezug zur bestehenden urbanen Geometrie liefern können.

Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit ist die Suche der gartenbaulichen Beratung nach Visualisierungsmöglichkeiten umfangreicher gartenbaulicher Datensätze, die einerseits zu einer graphischen Zusammenfassung der in den Daten enthaltenen Informationen dienen und die andererseits auf interaktivem Weg Möglichkeiten der graphischen Analyse von Erhebungsdaten liefern. Die weitgehende Freiheit von Modellannahmen, der überwiegend deskriptive Charakter der Untersuchungen, das interaktive, schrittweise Vorgehen in der Auswertung, und die Betonung graphischer Elemente kennzeichnet die Arbeit als Beitrag zur explorativen Datenanalyse. Das ausgewählte Methodenspektrum, das ausführlich besprochen wird, schließt Verfahren der Dimensionserniedrigung (Hauptkomponentenanalyse, Korrespondenzanalyse und mehrdimensionale Skalierung) und darauf aufbauende Biplots, die Analyse gruppierter Daten (Prokrustes-Rotation und Gruppenanalysemodelle in der Hauptkomponentenanalyse), Linienverbände (Liniendiagramme der formalen Begriffsanalyse, Baumdiagramme und graphische Modelle), sowie ergänzende graphische Verfahren, wie zum Beispiel Trellis-Displays, ein. Beispielhaft werden eine betriebsbegleitende Untersuchung mit Cyclamen aus der Beratungspraxis der Landwirtschaftskammer Westfalen-Lippe und die Kennzahlen der Jahre 1992 bis 1994 der Topfpflanzenbetriebe des Arbeitskreises für Betriebswirtschaft im Gartenbau aus Hannover analysiert. Neben einer Vielzahl informativer Einzelergebnisse, zeigt die Arbeit auch auf, daß die qualitativ relativ schlechten Datengrundlagen nur selten eindeutige Schlußfolgerungen zulassen. Sie sensibilisiert also in diesem Bereich für die Problematik, die der explorativen Analyse wenig perfekter Daten innewohnt. Als besonders sinnvolle Hilfsmittel in der graphischen Analyse erweisen sich Biplots, hierarchische Liniendiagramme und Trellis-Displays. Die Segmentierung einer Vielzahl von Objekten in einzelne Gruppen wird durch Klassifikations- und Regressionsbäume vor allem unter dem Gesichtspunkt der Visualisierung gut gelöst, da den entstehenden Baumstrukturen auch die die Segmente bestimmenden Variablen visuell entnommen werden können. Diskrete graphische Modelle bieten schließlich einen guten Ansatzpunkt zur Analyse von multivariaten Beziehungszusammenhängen. Einzelne, nicht in der statistischen Standardsoftware vorhandene Prozeduren sind in eigens erstellten Programmcodes zusammengefaßt und können mit dem Programm Genstat genutzt werden. / In order to interpret large data sets in the context of consultancy and extension in horticulture, this thesis attempts to find ways to visually explore horticultural multivariate data, in order to obtain a concise description and summary of the information available in the data and moreover develop possibilities to interactively analyse survey data. The thesis is part of an exploratory data analysis which analyses data without making specific model assumptions, is predominantly descriptive, analyses data step by step in a highly interactive setting, and makes full use of all kinds of graphical displays. The methods used comprise various dimensionality reduction techniques (principal components analysis, correspondence analysis, multidimensional scaling), biplots, the multivariate analysis of grouped data (procrustes rotation and groupwise principal components), graphical models, CART, and line diagrams of formal concept analysis. In addition, further graphical methods are used, like e.g. trellis displays. Data from an on-site investigation of the production process of Cyclamen in 20 nurseries and from the microeconomics indicators of 297 growers in Germany (so called Kennzahlen) from the years 1992 to 1994 are used to demonstrate the analytical capabilities of the methods used. The data present a perfect example of unperfect data, and therefore represent the majority of the data sets that horticultural consultancy has to work with. Thus, it becomes clear, that despite the variety of results, which helps to enhance the understanding of the data at hand, not only the complexity of the processes observed, but also the low data quality make it fairly difficult to arrive at clear cut conclusions. The most helpful tools in the graphical data analysis are biplots, hierarchical line diagrams and trellis displays. Finding an empirical grouping of objects is best solved by classification and regression trees, which provide both, the data segmentation, and an intuitively appealing visualisation and explanation of the derived groups. In order to understand multivariate relationships better, discrete graphical models are well suited. The procedures to carry out a number of the methods which cannot be found in general statistics packages are provided in the form of Genstat codes.

Die Auswertung von Microarray-Daten beginnt oft mit information retrieval-Ansätzen, welche die Datenmassen auf eine im Hinblick auf eine bestimmte Fragestellung besonders interessante und überschaubare Menge von Genen bzw. probe set IDs reduzieren sollen. Vorraussetzung für eine effiziente Suche im Datenbestand ist jedoch eine Semantisierung bzw. Formalisierung der verwendeten Datenformate. Hier wird eine Ontologie als standardisiertes und semantisch definiertes Repräsentationskonstrukt vorgestellt, welches die Formalisierung von Fachwissen in einem interaktiven Wissensmodell erlaubt, das umfassend abgefragt, konsistent interpretiert und gegebenenfalls automatisiert weiterverarbeitet werden kann. Anhand einer molekularbiologischen Ontologie aus 1200 hierarchisch strukturierten Begriffen und am Beispiel des Toll-Like Receptor-Signalwegs wird aufgezeigt, wie ein solch ein objektorientiertes Beschreibungsvokabular zur Annotierung von Genen auf Affymetrix-Microarrays genutzt werden kann. Die Annotationsbegriffe werden über ontologische Konzepte, deren Eigenschaften und deren semantische Verbindungen (relationale Slots) im Wissensbank-Editor Protégé-2000 modelliert. Annotation bedeutet hier ein Gen formal in einen definierten funktionalen Kontext einzubetten. In der Anwendung der Wissensbank entspricht eine Annotation einem "drag and drop" von Genen in ontologische, die Funktion dieser Gene beschreibende, Konzepte. Die weitergehende kontextuale Annotation erfolgt über eine Vernetzung der Gene zu anderen Konzepten oder Genen. Das so erstellte vernetzte Wissensmodell (die knowledgebase) ermöglicht ein inhaltsbasiertes, assoziatives und kontextgeleitetes "Wissens-Browsing". Ontologisch annotierte Gendaten erlauben auch die Anwendung automatischer datengetriebener Visualisierungsstrategien, wie am Beispiel semantischer Netze gezeigt wird. Eine ontologische Anfrageschnittstelle erlaubt auch semantisch komplexe Anfragen an den Datenbestand bei erhöhter Trefferquote und Präzision. / Functional gene annotations provide important search targets and cluster criteria. We introduce an annotation system that exploits the possibilities of modern knowledge management tools, i.e. ontological querying, inference, networking of annotations and automatic datadriven visualization of the annotated model. The Gandr (gene annotation data representation) knowledgebase is an ontological framework for laboratory-specific gene annotation and knowledgemanagement. Gandr uses Protégé-2000 for editing, querying and visualizing microarray data and annotations. Genes can be annotated with provided, newly created or imported ontological concepts. Annotated genes can inherit assigned concept properties and can be related to each other. The resulting knowledgebase can be visualized as interactive semantic network of nodes and edges representing genes with annotations and their functional relationships. This allows for immediate and associative gene context exploration. Ontological query techniques allow for powerful data access. Annotating genes with formal conceptual descriptions can be performed using ‘drag and drop’ of one or more gene instances onto an annotating concept. Compared with unstructured annotation systems, the annotation process itself becomes faster and leads to annotation schemes of better quality owing to enforcement of constraints provided by the ontology. GandrKB enables lab-bench scientists to query for implicit domain knowledge, inferred from the ontological domain model. Full access to data semantics through queries for properties and relationships ensures a more complete and adequate reply of the system.

While semantic web data is machine-understandable and well suited for advanced filtering, in its raw representation it is not conveniently understandable to humans. Therefore, visualization is needed. A core challenge when visualizing the structured but heterogeneous data turned out to be a flexible mapping to Visual Variables. This work deals with a highly flexible, semi-automatic solution with a maximum support of the visualization process, reducing the mapping possibilities to a useful subset. The basis for this is knowledge, concerning metrics and structure of the data on the one hand and available visualization structures, platforms and common graphical facts on the other hand — provided by a novel basic visualization ontology. A declarative, platform-independent mapping vocabulary and a framework was developed, utilizing current standards from the semantic web and the Model-Driven Architecture (MDA). / Während Semantic-Web-Daten maschinenverstehbar und hervorragend filterbar sind, sind sie — in ihrer Rohform — nicht leicht von Menschen verstehbar. Eine Visualisierung der Daten ist deshalb notwendig. Die Kernherausforderung dabei ist eine flexible Abbildung der strukturierten aber heterogenen Daten auf Visuelle Variablen. Diese Arbeit beschreibt eine hochflexible halbautomatische Lösung bei maximaler Unterstützung des Visualisierungsprozesses, welcher die Abbildungsmöglichkeiten, aus denen der Nutzer zu wählen hat, auf eine sinnvolle Teilmenge reduziert. Die Grundlage dafür sind einerseits Metriken und das Wissen über die Struktur der Daten und andererseits das Wissen über verfügbare Visualisierungsstrukturen, -plattformen und bekannte grafische Fakten, welche durch eine neuentwickelte Visualisierungsontologie bereitgestellt werden. Basierend auf Standards des Semantic Webs und der Model-getriebenen Architektur, wurde desweiteren ein deklaratives, plattformunabhängiges Visualisierungsvokabular und -framework entwickelt.

While semantic web data is machine-understandable and well suited for advanced filtering, in its raw representation it is not conveniently understandable to humans. Therefore, visualization is needed. A core challenge when visualizing the structured but heterogeneous data turned out to be a flexible mapping to Visual Variables. This work deals with a highly flexible, semi-automatic solution with a maximum support of the visualization process, reducing the mapping possibilities to a useful subset. The basis for this is knowledge, concerning metrics and structure of the data on the one hand and available visualization structures, platforms and common graphical facts on the other hand — provided by a novel basic visualization ontology. A declarative, platform-independent mapping vocabulary and a framework was developed, utilizing current standards from the semantic web and the Model-Driven Architecture (MDA).:ABSTRACT S. x 1. INTRODUCTION S. 1 2. VISUALIZATION OF STRUCTURED DATA IN GENERAL S. 4 2.1. Global and Local Interfaces S. 4 2.2. Steps of the Visualization Process S. 4 2.3. Existing Visual Selection Mechanisms S. 6 2.4. Existing Visualizations of Structured Data S. 12 2.5. Categorizing SemVis S. 25 3. REQUIREMENTS FOR A FLEXIBLE VISUALIZATION S. 27 3.1. Actors S. 27 3.2. Use Cases S. 27 4. FRESNEL, A STANDARD DISPLAY VOCABULARY FOR RDF S. 31 4.1. Fresnel Lenses S. 31 4.2. Fresnel Formats S. 33 4.3. Fresnel Groups S. 33 4.4. Primaries (Starting Points) S. 33 4.5. Selectors and Inference S. 34 4.6. Application and Reusability S. 34 4.7. Implementation S. 35 5. A VISUALIZATION ONTOLOGY S. 37 5.1. Describing and Formalizing the Field of Visualization S. 37 5.2. Overview S. 37 5.3. VisualVariable S. 38 5.4. DiscreteVisualValue S. 39 5.5. VisualElement S. 41 5.6. VisualizationStructure S. 42 5.7. VisualizationPlatform S. 42 5.8. PresentationScenario S. 43 5.9. Facts S. 44 6. A NOVEL MAPPING VOCABULARY FOR SEMANTIC VISUALIZATION S. 45 6.1. Overview S. 45 6.2. Mapping S. 46 6.3. PropertyMapping S. 47 6.4. ImplicitMapping S. 48 6.5. ExplicitMapping S. 53 6.6. MixedMapping S. 54 6.7. ComplexMapping S. 55 6.8. Inference S. 58 6.9. Explicit Display of Relations S. 58 6.10. Limitations s. 59 7. A MODEL-DRIVEN ARCHITECTURE FOR FLEXIBLE VISUALIZATION S. 60 7.1. A Model-Driven Architecture S. 61 7.2. Applications of the MDA Pattern S. 62 7.3. Complete System Overview S. 71 7.4. Additional Knowledge of the System S. 72 7.5. Comparison to the Graphical Modelling Framework — GMF S. 77 8. VISUALIZATION PLATFORMS S. 80 8.1. Extensible 3D (X3D) S. 80 8.2. Scalable Vector Graphics (SVG) S. 81 8.3. XHTML + CSS S. 82 8.4. Text S. 82 9. OUTLOOK AND CONCLUSION S. 84 9.1. Advanced Mapping Vocabulary S. 84 9.2. Reusing Standardized Ontologies S. 84 9.3. Enabling Dynamic, Interaction and Animation S. 84 9.4. Implementation and Evaluation S. 85 9.5. Conclusion S. 85 GLOSSARY S. 86 BIBLIOGRAPHY S. 87 A. S. 90 A.1. Schemata S. 90 / Während Semantic-Web-Daten maschinenverstehbar und hervorragend filterbar sind, sind sie — in ihrer Rohform — nicht leicht von Menschen verstehbar. Eine Visualisierung der Daten ist deshalb notwendig. Die Kernherausforderung dabei ist eine flexible Abbildung der strukturierten aber heterogenen Daten auf Visuelle Variablen. Diese Arbeit beschreibt eine hochflexible halbautomatische Lösung bei maximaler Unterstützung des Visualisierungsprozesses, welcher die Abbildungsmöglichkeiten, aus denen der Nutzer zu wählen hat, auf eine sinnvolle Teilmenge reduziert. Die Grundlage dafür sind einerseits Metriken und das Wissen über die Struktur der Daten und andererseits das Wissen über verfügbare Visualisierungsstrukturen, -plattformen und bekannte grafische Fakten, welche durch eine neuentwickelte Visualisierungsontologie bereitgestellt werden. Basierend auf Standards des Semantic Webs und der Model-getriebenen Architektur, wurde desweiteren ein deklaratives, plattformunabhängiges Visualisierungsvokabular und -framework entwickelt.:ABSTRACT S. x 1. INTRODUCTION S. 1 2. VISUALIZATION OF STRUCTURED DATA IN GENERAL S. 4 2.1. Global and Local Interfaces S. 4 2.2. Steps of the Visualization Process S. 4 2.3. Existing Visual Selection Mechanisms S. 6 2.4. Existing Visualizations of Structured Data S. 12 2.5. Categorizing SemVis S. 25 3. REQUIREMENTS FOR A FLEXIBLE VISUALIZATION S. 27 3.1. Actors S. 27 3.2. Use Cases S. 27 4. FRESNEL, A STANDARD DISPLAY VOCABULARY FOR RDF S. 31 4.1. Fresnel Lenses S. 31 4.2. Fresnel Formats S. 33 4.3. Fresnel Groups S. 33 4.4. Primaries (Starting Points) S. 33 4.5. Selectors and Inference S. 34 4.6. Application and Reusability S. 34 4.7. Implementation S. 35 5. A VISUALIZATION ONTOLOGY S. 37 5.1. Describing and Formalizing the Field of Visualization S. 37 5.2. Overview S. 37 5.3. VisualVariable S. 38 5.4. DiscreteVisualValue S. 39 5.5. VisualElement S. 41 5.6. VisualizationStructure S. 42 5.7. VisualizationPlatform S. 42 5.8. PresentationScenario S. 43 5.9. Facts S. 44 6. A NOVEL MAPPING VOCABULARY FOR SEMANTIC VISUALIZATION S. 45 6.1. Overview S. 45 6.2. Mapping S. 46 6.3. PropertyMapping S. 47 6.4. ImplicitMapping S. 48 6.5. ExplicitMapping S. 53 6.6. MixedMapping S. 54 6.7. ComplexMapping S. 55 6.8. Inference S. 58 6.9. Explicit Display of Relations S. 58 6.10. Limitations s. 59 7. A MODEL-DRIVEN ARCHITECTURE FOR FLEXIBLE VISUALIZATION S. 60 7.1. A Model-Driven Architecture S. 61 7.2. Applications of the MDA Pattern S. 62 7.3. Complete System Overview S. 71 7.4. Additional Knowledge of the System S. 72 7.5. Comparison to the Graphical Modelling Framework — GMF S. 77 8. VISUALIZATION PLATFORMS S. 80 8.1. Extensible 3D (X3D) S. 80 8.2. Scalable Vector Graphics (SVG) S. 81 8.3. XHTML + CSS S. 82 8.4. Text S. 82 9. OUTLOOK AND CONCLUSION S. 84 9.1. Advanced Mapping Vocabulary S. 84 9.2. Reusing Standardized Ontologies S. 84 9.3. Enabling Dynamic, Interaction and Animation S. 84 9.4. Implementation and Evaluation S. 85 9.5. Conclusion S. 85 GLOSSARY S. 86 BIBLIOGRAPHY S. 87 A. S. 90 A.1. Schemata S. 90