Visualisierung Meteorologischer Daten

ISBN-13: 9783540615965 / Niemiecki / Miękka / 1996 / 251 str.

Florian Schrader

Opis

Die professionelle Visualisierung meteorologischer Daten aus Observationen und Simulaltionen f r ein Laienpublikum ber Fernsehen, Presse, Online-Dienste und Meteorologen wird in diesem Band beschrieben. Neue Konzepte und Verfahren erlauben eine umfassende Ber cksichtigung des Kontextes: Die Zielgruppe bestimmt ma geblich die Auswahl und Parametrisierung der Visualisierungstechniken. Das ausf hrlich dargestellte automatisierte Produktionssystem zur Erstellung von Fernsehwettervorhersagen erzeugt Filme in Broadcastqualit t, die komplexe Informationen in attraktiven und stets intuitiv verst ndlichen zwei- oder dreidimensionalen Bildern beinhalten.

Spis treści

I: Einführung.- 1 Einleitung.- 1.1 Wissenschaftlich-technische Visualisierung.- 1.2 Visualisierung in der Meteorologie.- 1.3 Aufgabenstellung und Zielsetzung der Arbeit.- 1.4 Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse.- 1.5 Gliederung und Struktur.- 2 Meteorologische Daten und Simulationsmodelle.- 2.1 Eingangsdaten.- 2.2 Modelle.- 2.2.1 Das Globalmodell.- 2.2.2 Das Europamodell.- 2.2.3 Das Deutschlandmodell.- 2.3 Physikalische Parametrisierung.- 2.4 Das Modellgitter des Europamodells.- 2.4.1 Horizontale Gitteraufteilung.- 2.4.2 Vertikale Gitteraufteilung.- 2.5 Berechnete und abgeleitete Daten.- 2.6 Bedeutung der Computergraphik für die Meteorologie.- II: Stand der Technik.- 3 Visualisierungstechniken.- 3.1 Klassifizierung verfügbarer Visualisierungstechniken.- 3.2 Visualisierungstechniken für skalare Daten.- 3.2.1 Zweidimensionale skalare Daten.- 3.2.2 Dreidimensionale skalare Daten.- 3.3 Visualisierungstechniken für Vektordaten.- 3.4 Visualisierungstechniken für multivariate Daten.- 4 Visualisierungssysteme.- 4.1 Monolithische Turnkeysysteme.- 4.1.1 ISVAS3 und ICV des Fraunhofer-IGD.- 4.1.2 McIDAS der University of Wisconsin-Madison.- 4.1.3 VIS5D der University of Wisconsin-Madison.- 4.1.4 MeteoVis der Tsinghua-Universität.- 4.1.5 IGS, MAP und Diagnose des DWD.- 4.1.6 Triton i7 von Kavouras.- 4.1.7 AccuWeather.- 4.1.8 Nimbus von SINTEF/Metaphor Systems.- 4.1.9 EarthWatch 2000.- 4.1.10 WEATHERproducer von WSI.- 4.1.11 Weather News International.- 4.2 Datenflußorientierte Application Builder.- 4.2.1 apE.- 4.2.2 AVS.- 4.2.3 IRIS Explorer.- 4.2.4 Khoros.- 4.3 Diskussion.- III: Neuartige Verfahren und Aspekte.- 5 Interaktion in Visualisierungssystemen.- 5.1 Interaktion als Hilfe zur Wahrnehmung.- 5.2 Verstehen der Daten.- 5.3 Semantische Interaktion in datenflußorientierten Systemen.- 5.3.1 Interaktionstypen.- 5.3.2 Konzept der semantischen Interaktion.- 5.3.3 Der Eingabe-Anwort-Zyklus.- 5.3.4 Die Visualization-Input-Pipeline.- 5.3.5 Realisierung und Ergebnisse.- 5.4 Zusammenfassung.- 6 Zeit in der Visualisierung.- 6.1 Motivation für eine umfassende Zeitkontrolle.- 6.2 Was ist Zeit?.- 6.3 Modellierung der Zeit als 4. Dimension.- 6.4 Konzepte zur Zeitkontrolle.- 6.4.1 Mathematische Handhabung der Zeitkontrolle.- 6.4.2 Abschätzung von Bildgenerierungszeiten.- 6.4.3 Interpolation in der Zeit.- 6.4.4 Zeitkontrolle durch den Anwender.- 6.4.5 Austausch von einer Raum- und der Zeitachse.- 6.5 Architektur und Schnittstelle.- 6.5.1 Das Animationsmodul.- 6.5.2 Die Schnittstelle zum Visualisierungssystem.- 6.6 Zusammenfassung und Ergebnisse.- 7 Kontextabhängigkeit der Visualisierung meteorologischer Daten.- 7.1 Geographischer Kontext.- 7.1.1 Berücksichtigung des geographischen Kontextes.- 7.1.2 Bewältigung der Komplexität von digitalen Geländemodellen.- 7.2 Zeitkontext.- 7.3 Zielgruppe der Visualisierung.- IV: Visualisierung für Meteorologen und Laien.- 8 Das Visualisierungssystem RASSIN.- 8.1 Einführung.- 8.2 Simulationsmodelle und Datentypen.- 8.2.1 Skalare Daten.- 8.2.2 Vektordaten.- 8.2.3 Multivariate Daten.- 8.3 Modellgitter.- 8.3.1 Berechnung der horizontalen Koordinaten.- 8.3.2 Berechnung der Vertikalkoordinaten.- 8.4 Datenverwaltung.- 8.4.1 Interne Datenklassen.- 8.4.2 Das zentrale Datenverwaltungsmodul.- 8.4.3 Schnittstellen des Datenverwaltungsmoduls.- 8.5 Berücksichtigung des Datenkontextes.- 8.5.1 Geographischer Kontext.- 8.5.2 Zeitlicher Kontext.- 8.6 Realisierte Visualisierungstechniken.- 8.6.1 Realisierte Verfahren für skalare Daten.- 8.6.2 Realisierte Verfahren für Vektordaten.- 8.6.3 Realisierte Verfahren für multivariate Daten.- 8.6.4 Darstellung des Datengitters.- 8.7 Benutzerschnittstelle und Interaktion.- 8.7.1 Laden der Daten.- 8.7.2 Zugriff auf die Parameter der Visualisierungstechniken.- 8.7.3 Interaktive Navigation im Datenraum.- 8.7.4 Wahl des Kontextes.- 8.8 Werkzeug zur wissenschaftlich-technischen Animation.- 8.8.1 Benutzerschnittstelle.- 8.8.2 Benutzerinformationen.- 8.8.3 Umfassende Zeitkontrolle.- 8.9 Zusammenfassung und Ergebnisse.- 9 Das Visualisierungssystem TriVis.- 9.1 Einführung.- 9.2 Simulationsmodelle und Datentypen.- 9.2.1 Meteorologische Daten.- 9.2.2 Geographische Kontextdaten.- 9.3 Interpolation.- 9.4 Visualisierung meteorologischer Daten für Laien.- 9.4.1 Hintergrundkarte.- 9.4.2 Wolkenobjekte.- 9.4.3 Farbtabellen für skalare Daten.- 9.4.4 Dynamik.- 9.4.5 Piktogramme.- 9.4.6 Vektorfelder.- 9.4.7 Weiterhin erforderliche wahrnehmungspsychologische Arbeiten.- 9.5 Zweidimensionale Visualisierungsverfahren.- 9.5.1 Satelliten- und Radardaten.- 9.5.2 Skalare Daten.- 9.5.3 Wolkendaten.- 9.5.4 Niederschläge.- 9.5.5 Zusätzliche Informationen.- 9.6 Dreidimensionale Visualisierungsverfahren.- 9.6.1 Satellitendaten.- 9.6.2 Skalare Daten.- 9.6.3 Realistische dreidimensionale Wolken.- 9.6.4 Niederschläge und Gewitter.- 9.6.5 Winddaten.- 9.6.6 Zusätzliche Informationen.- 9.6.7 Renderingtechniken.- 9.7 Präsentationskonzepte für 3D TV-Wetter.- 9.7.1 Ziele einer 3D TV-Wetterpräsentation.- 9.7.2 Redaktionelle Konzepte.- 9.8 Systemarchitektur.- 9.9 Bedienungsoberfläche.- 9.10 Anwendungen von TriVis.- 9.10.1 Einsatz im TV-Bereich.- 9.10.2 Einsatz bei Weather-on-Demand.- 9.11 Zusammenfassung und Ausblick.- V: Integration, Bedienung.- 10 Bedienungsoberflächen für meteorologische Visualisierungssysteme.- 10.1 Ergonomische graphische Bedienungsoberflächen.- 10.1.1 Aufgabenangemessenheit.- 10.1.2 Selbstbeschreibungsfähigkeit.- 10.1.3 Steuerbarkeit.- 10.1.4 Erwartungskonformität (Konsistenz).- 10.1.5 Fehlerrobustheit.- 10.2 Modelle für Anwenderprofile und Systemanalysen.- 10.2.1 Der VDI-Modellrahmen und seine Abstraktionsebenen.- 10.2.2 Das Handlungsmodell.- 10.2.3 Das Anwendungsmodell.- 10.3 Anwendung der Modelle bei meteorologischen Applikationen.- 10.3.1 Visualisierungsaufgaben im operationellen Betrieb des DWD.- 10.3.2 Das Benutzermodell im operationellen Betrieb des DWD.- 10.3.3 Das Handlungsmodell im operationellen Betrieb des DWD.- 10.4 Konzept einer optimalen Bedienungsoberfläche.- 10.4.1 Spezielle Anforderungen.- 10.4.2 Beschreibung des Konzeptes.- 10.4.3 Aufbau der Bedienungsoberfläche.- 10.4.4 Systemnavigation am Beispiel eines Visualisierungsschrittes.- 10.4.5 Realisierung des Konzepts.- 10.5 Zusammenfassung und Ausblick.- 11 Das Rahmensystem zur Visualisierung meteorologischer Daten.- 11.1 RASSIN und TriVis als Komponenten des Rahmensystems.- 11.2 Ein offenes System.- 11.3 Schnittstellen des offenen Rahmensystems.- VI: Schlußbetrachtungen.- 12 Anwendung und Bewertung des Systems.- 12.1 RASSIN.- 12.2 TriVis.- 13 Zusammenfassung und Ausblick.- 14 Literaturverzeichnis.- Farbteil.