Metadatengeleitete Navigation in bildbasierten wissenschaftlichen Experimentaldaten

Kort, Alexander Peter; Berlage, Thomas

doi:999910015463

Metadatengeleitete Navigation in bildbasierten wissenschaftlichen Experimentaldaten = Metadata-guided navigation in image based scientific experimental data

Kort, Alexander Peter

2010

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Alexander Peter Kort

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2010

UmfangXIV, 204 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Zsfassung in dt. u. engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Berlage, Thomas (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-06-14

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-32997
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/63181/files/3299.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Graphische Benutzeroberfläche (Genormte SW) ; Visualisierung (Genormte SW) ; Graphische Programmierung (Genormte SW) ; Navigieren (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; Informationsvisualisierung (frei) ; programming by example (frei) ; end-user-development (frei) ; information zooming (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Bei der Auswertung bildbasierter wissenschaftlicher Experimente müssen Experten große Mengen von Bild- und symbolischen Daten analysieren und interpretieren. Die Visualisierung geeigneter Sichten auf Experimentaldaten unterstützt den Anwendungsexperten bei der Experimentauswertung. Software, die dem Anwender solche Sichten bietet, ermöglicht die Bewertung der in modernen Laborprozessen anfallenden umfangreichen Datenmengen. Bisher muss für jede Anwendung eine geeignete Software individuell erstellt werden. Deren Realisierung ist zeitaufwändig; der Erstellungsaufwand resultiert in nicht unerheblichem Maße aus der Kommunikation der detaillierten inhaltlichen Anforderungen an das Entwicklungsteam. Dieser Aufwand soll reduziert werden. Deshalb entwickelt diese Dissertation BioZoom, einen Ansatz, wie eine generische vom Endanwender konfigurierbare Softwarelösung die Auswertung bildbasierter wissenschaftlicher Experimente unterstützen kann. Der Ansatz nutzt Metadaten, die aus strukturierten Laborprozessen ableitbare Objekte und Beziehungen aus der Anwendungsdomäne bildbasierter Experimente beschreiben. Anwender können mit diesem Ansatz für die Aufgabenlösung relevante, von ihnen selbst interaktiv mit einem Information Zooming-Werkzeug zusammengestellte Sichten wiederverwenden. Anwender markieren diese Sichten, während sie die Experimentaldaten explorieren. Anwender explorieren, indem sie von einem Überblick der Experimentaldaten ausgehend auf relevante Zusammenstellungen von Datensätzen fokussieren und diese geeignet detaillieren. Bilddaten werden dabei mit Metadaten visuell integriert - die relative Anordnung von Bildern visualisiert Beziehungen zwischen Bilddaten, und lokalisierbare Meßergebnisse werden am Ort ihrer Messung angezeigt. Geeignete Sichten, die der Anwender identifiziert, generalisiert das System bezüglich der Struktur der in ihnen gezeigten Experimentaldaten. Anwender können durch Wiederverwendung dieser Sichtschemata eine Bibliothek relevanter Sichttypen zusammenstellen. Ein Sichtschema wird in der Navigation automatisch mit den aktuell vorliegenden Daten instanziiert. Der Anwender kann also einfach, ausgehend von einem initialen Datensatz, die jeweils für den Workflow erforderlichen Sichtschemata direkt ansteuern. Damit wird ein großer Teil der für eine visuelle Analyse notwendigen Anwendungsfunktionalität in einem end-user-development-Ansatz realisiert. Anhand von zwei industriellen Beispielanwendungen wird gezeigt, dass dieser Ansatz die nach einer automatisierten Datenanalyse noch anfallenden visuellen Bewertungs- und Qualitätskontrollaufgaben einer spezialisierten Anwendung adäquat ersetzen kann.

While evaluating image based scientific experiments, experts must analyse and interprete large amounts of image and symbolic data. Visualizing experimental data supports domain experts in their evaluation tasks. Modern laboratory processes produce many images and measurements. Software supplying appropriate views of these data assists experts and enables the experiments' evaluation. The standard approach is developing individual software for each customer and domain. This development process is timeconsuming both for implementation itself and for communicating the detailed requirements to the development team. Additionally requirements change with the scientific progress in the application domains. This effort must be reduced. With this goal in mind, this thesis introduces BioZoom. BioZoom is an approach showing how a generic software solution supports the evaluation of image based scientific experiments. BioZoom consists of information zooming for fast and flexible view configuration by the end user and reuse of appropriate views. BioZoom uses metadata. Metadata describes entities and relationships from the application domain of image based experiments derivable from structured laboratory processes. With BioZoom, end users can compose views interactively with an information zooming tool and reuse task-relevant views. Users of BioZoom bookmark those views while exploring experimental data. While exploring users navigate from an experimental data overview to relevant subsets, further detailing the subsets in appropriate manner. Images are visually integrated with metadata - e.g. image position visualizes relationships between image data, and localisable entities are embedded in their image context. BioZoom generalizes bookmarked views with regard to the structure of the experimental data displayed within them. By reusing these view schemes users build a library of relevant view types. A view scheme will be instantiated in navigation automatically with the data available. Thus the user can easily and directly - starting from an initial data set - navigate to the view scheme required for the work task at hand. A large part of individual analysis software's functionality is realized in this end-user-development-approach. Illustrating this approach the thesis discusses two individual applications for visual evaluation and quality control drawn from an industry background. The applications are compared with BioZoom's views and navigational paths. It is shown that the generic end-user-development approach BioZoom can replace those specialised custom made applications.

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