Fallstudie: eroViz 3D
– ein Tool für immersive visuelle Exploration von Satellitendaten
Forschungsschwerpunkt
Astronomie, Mensch-Computer-Interaktion
Kooperationspartner*innen
Lehrstuhl für Game Engineering, JMU Würzburg (Christian Schott, Dr. Mounsif Chetitah, Prof. Sebastian von Mammen), Max Planck Institut für extraterestrische Physik, Garching (Dr. Mara Salvato)
Verantwortlichkeiten
Konzept & Projektleitung
Zeitraum
4 Monate, 2021
Daten:
Daten des eROSITA Röntgensatelliten
In mehrdimensionale Datensätze eintauchen und greifbar erkunden!
Das Projekt eroVoz 3D untersucht, wie Virtual Reality dabei helfen kann, Muster, Ausreißer und Zusammenhänge in großen Datenmengen sichtbar zu machen. Ziel ist nicht nur ein besserer Überblick über komplexe wissenschaftliche Daten, sondern auch eine Form der Interaktion mit Daten, die eine intuitivere Kooperation mit intelligenten Algorithmen erlaubt und mehrdimensionale Muster, nachvollziehbarer und interaktiver ist.
Im Zentrum steht der eROSITA-Datensatz, der für die astronomische Forschung besonders spannend ist und perspektivisch mehrere Millionen neuer Quellen umfasst. Wir haben einen Prototypen entwickelt, der eROSITA-Daten direkt in VR lädt, als räumliche Visualisierung darstellt und mit einem Python-Backend für Analyse- und Machine-Learning-Prozesse verbindet. So entsteht ein Arbeitsraum, in dem Daten nicht nur betrachtet, sondern aktiv untersucht werden können.
Astronomie, Design, Games Engineering und Informatik arbeiten hier zusammen, um neue Formen wissenschaftlicher Erkenntnis und Kommunikation zu erproben.
Baukastenprinzip für interaktive Visualisierungen
Forschenden sollen in der Lage sein, individuelle Plot zu erstellen. Da das Schreiben von Textzeilen in VR eher umständlich ist, wird die Visualisierung nicht über Codezeilen gesteuert, sondern über ein visuelles Baukastensystem in VR. Einzelne Datenmerkmale, Konstanten und Rechenoperationen erscheinen als Bausteine, die sich miteinander verbinden lassen. So entsteht Schritt für Schritt eine eigene Logik dafür, welche Daten dargestellt werden und wie sie im Raum sichtbar werden.
Ausgangspunkt sind die Grundbausteine der Visualisierung: die Achsen im Raum, die Größe der Datenpunkte und ihre Farbe. Diese visuellen Dimensionen (z.B. Position, Farbe und Größe von Symbolen) werden als sogenannte Root-Blocks angeboten. Sie können mit Datenfeldern aus dem Katalog, mit festen Werten oder mit Rechenoperationen wie Addieren, Multiplizieren, Logarithmieren, Remapping oder Skalieren verknüpft werden. Auf diese Weise lässt sich die Darstellung direkt im virtuellen Raum konfigurieren und verändern.
Ergänzt wird das durch Filter- und Vergleichsbausteine. Damit kann festgelegt werden, welche Datenpunkte überhaupt angezeigt werden, etwa nach Schwellenwerten oder bestimmten Bedingungen. So wird aus der Visualisierung nicht nur ein Bild, sondern ein exploratives Werkzeug: ein System, das sich im Tun anpassen lässt und beim Erkunden neuer Zusammenhänge unterstützt. Eine Übersicht über verschiedene Funktionen werden in dieser Youtube Reihe gezeigt.
eROSITA Consortium Meeting, November 2022
Beim eROSITA Consortium Meeting im November 2022 in Bamberg präsentierten wir den Prototypen und führten einen User test mit den Forschenden durch. Dabei erhielten wir wertvolles Feedback. Viele Forschende waren begeistert von der Möglichkeit Daten in VR zu erkunden, einzutauchen und individuelle Plots zu erstellen. Es gab zudem konkstruktive Hinweise für eine Python API, als auch für die User Experience.