Dynamic presentations for illustration purposes [Elektronische Ressource] / von: Roland Jesse

Roland Jesse

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• Publié par: otto-von-guericke-universitat_magdeburg
• Publié le: 01 janvier 2004
• Nombre de lectures: 23
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 15 Mo

Extrait

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Dynamic Presentations for Illustration Purposes
Dissertation
zurErlangungdesakademischenGrades
Doktoringenieur (Dr. Ing.)
angenommendurchdieFakultätfürInformatik
derOtto von Guericke UniversitätMagdeburg
von: Diplom InformatikerRolandJesse
geb. am6. September1974inSalzwedel
Gutachterinnen/Gutachter:
Prof.Dr.ThomasStrothotte
Prof.Dr.HeidrunSchumann
Prof.Dr.BernhardPreim
OrtundDatumdesPromotionskolloquiums: Magdeburg,den26. März2004
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ORolandJesse Dynamic Presentations for Illustration Purposes
Otto von GuerickeUniversityofMagdeburg,Germany.
c 2004RolandJesse
Allrightsreserved.Abstract
Illustrationsprovidevisualsupportfortransmittingacommunicationgoalwithre
gardtoanillustrationsubjectandatargetaudience. Asetofpresentationvariables
existssupportingthistask. Thissethasprovenvaluableforexpressingillustration
information. To broaden the spectrum of illustration techniques, this work intro
ducesthenotionofdynamicpresentationsforpurposes. Herein,tempo
rally parameterised dynamics aim at maximising the expression capabilites while
economisingasmuchoncognitiveloadaspossible. Tothisend,acollectionofcom
ponents is presented: (1) an overview of fundamentals of dynamics including cog
nitive aspects; (2) a temporal model for parameterising presentation of dynamics;
(3)asetofexemplarydynamicswithsomespecialemphasisonnon photorealistic
renderings; and (4) some aspects on system modelling for implementing the intro
ducedconcepts. Lastly,useofthepresentedcomponentsisexemplifiedbydrawing
onsomeapplicationsusingdynamicsforillustrationpurposes. Inspirationsforfu
tureresearcharederivedforbroadeningthesetofdynamicpresentationtechniques.
Thisisexpectedtowidentheirfieldofapplicationaswellasfurtherpromotingthe
potentialofdynamicsasanindependentexpressiondimension.
Kurzfassung
IllustrationenbietenvisuelleUnterstützungfürdieVermittlungeinesKommunika
tionszieles gegenüber einer Zielgruppe mit Bezug auf ein Illustrationsobjekt. Für
diesen Zweck existiert bereits eine Gruppe von Präsentationsvariablen. Diese ha
bensichalswertvollzurRepräsentationvonInformationeninIllustrationenerwie
sen. Um dieses Spektrum von Illustrationstechniken zu erweitern, werden in die
ser Arbeit dynamische Darstellungen zu Illustrationszwecken eingeführt. Auf der
einen Seite zielen hierbei zeitlich parameterisierte dynamische Darstellungen auf
eineMaximierungderAusdrucksmöglichkeitenab,währendaufderanderenSeite
diekognitiveLastmöglichstgeringgehaltenwird.ZudiesemZweckwirdeineRei
he von Komponenten vorgestellt: (1) ein Überblick über Grundlagen dynamischer
Darstellungen einschließlich kognitiver Aspekte; (2) ein Zeitmodell zur Paramete
risierung von dynamischen Präsentationen; (3) eine Sammlung von dynamischen
Darstellungstechniken, wobei ein besonderes Augenmerk auf nicht fotorealistisch
en Methoden liegt sowie (4) einige Aspekte der Systemmodellierung zur Imple
mentierungdervorgestelltenKonzepte.SchlussendlichwirddiePraktikabilitätder
geschildertenMethodenamBeispieleinigerAnwendungenaufgezeigt,diedynami
scheDarstellungenzuIllustrationszweckenverwenden.DarauswerdenInspiratio
nen für weiterführende Forschungsaufgaben abgeleitet, die auf eine Ausweitung
der Menge dynamischer Darstellungsmethoden abzielen. Es wird erwartet, dass
damit eine Erweiterung des Anwendungsfeldes dynamischer Präsentationsmetho
den ebenso erreicht werden kann wie das weitere Propagieren des Potenzials von
DynamikalseineeigenständigeAusdrucksdimension.
iiiAcknowledgements
This thesis emerged from research conducted at the Department of Simulation of
Graphics(ISG)oftheUniversityofMagdeburg, Germany. Iamparticulargrateful
to Prof.Dr.Thomas Strothotte, who has been my supervisor for the work of this
thesis. He let me explore and be free in my research. His large experience in the
domain,enthusiasmforresearchandincredibleenergyhaveprovidedacontinuous
stimulusformyresearchwork.
I am indebted to Prof.Dr.Heidrun Schumann and Prof.Dr.Bernhard Preim for
acceptingtoworkasreviewersofthisthesis. Theirvaluablecommentsandadvice
havesignificantlyimprovedthisthesisanditspresentation.
I am grateful to the support and assistance I received from several colleagues.
Parts of this thesis and collateral work were developed in collaboration with Axel
Panning, Bernd Nettelbeck, Felix Ritter, Ingolf Geist, Iryna Davydova, Kai Uwe
Sattler, Knud Pehrs, Oliver Dunemann, Thomas Funke, and Tobias Isenberg. The
resultsoftheseco operationsarepublishedas: Dunemannetal.[2002a],Jesseand
Isenberg[2003],Jesseetal.[2003],Dunemannetal.[2002b],Jesseetal.[2002],Dune
mannetal.[2001],Jesseetal.[2000]andJesseetal.[2001].
I owe my gratitude to the members of the secretariat of the ISG. Their general
help,support,andorganisingskillsareoutstanding. Thesamerespectisduetothe
technicalstaffattheISG,whosethoroughandbearingsupportprovedhelpful.
MythanksareduetoChristianDöring,IngolfGeist,andDr.JochenSchneiderfor
proofreadingpartsofthisthesis. AfinalwordofthanksgoestoNadineSchulzfor
hercriticalanalysisandeditingofthisthesis.
vContents
1 Introduction 1
1.1 Illustration—Visualisation—Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 ObjectivesofthisWork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 ResultsandContributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 StructureofthisThesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 FundamentalsofDynamics 9
2.1ofDynamicsPerception . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.1 SeeingMovement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.2 Apparent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.3 RecognitionofMotionPatterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.4 TheValueandRiskofMotion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.5 SupportiveObjectPerceptioninIllustrations . . . . . . . . . . 15
2.2 DynamicsStimulusWindow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3andtheRepresentationofTemporalChange . . . . . . . . 18
2.3.1 FlowAlongaTimeLine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.2 FlowRepresentationofanImpulseResponseFunction . . . . 21
2.3.3 DynamicMetaphor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.4 DynamicTextures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 HierarchyModelofDynamicPresentationVariables . . . . . . . . . . 25
2.4.1 PartitionofDynamicsintoaLayerModel . . . . . . . . . . . . 26
2.4.2 CompositePatterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.3 LocalversusGlobalDynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3 IllustrativeDynamicsbyMotionandNon Realism 31
3.1 IllustrationTargetFunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.1 Context. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.2 FrameworkNotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.3 ModelBasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.4 FunctionDefinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
viiContents
3.1.5 EvaluationandLimitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 ClassicandStaticIllustrationTechniques . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2.1 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2.2 ChangeofColour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.3 Transparency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.4 Fisheye . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3 MotionTechniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.1 Oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.3.2 StructuralChanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.3 Motion enhancedInformationMural . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4 DynamicChangesofRenderingStyles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.4.1 HybridPresentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.4.2 OverviewofStyleBlending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4.3 Alpha Blending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.4.4 EmissiveColourBlending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.4.5 ComparingStyleTransitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.5 Zoom basedDistortionHistories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.5.1 ZoomBasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.5.2 TraceLineSupportforZoomHistories . . . . . . . . . . . . . 75
3.5.3 TheChewingGumZoomHistory . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.6 ClassificationBasedonEffectonSceneCoherence . . . . . . . . . . . 85
3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4 Tempor