Zooming Seamlessly Through Maps

02/14/2012

Online street and city maps could be made more intuitive and user-friendly. Computer scientists of the University of Würzburg are working on this problem. One of their aims is to create maps whose scale changes continuously when the user zooms in or out. They present first results in a journal on visualization and computer graphics.

Remainder in German only, sorry.

Ein Tagesausflug mit der Bahn soll nach Bamberg führen. Zur Vorbereitung bietet sich im Internet ein Blick auf die Karten von Google oder Bing an. Wo ist in Bamberg der Bahnhof, in welche Richtung muss man zur Innenstadt laufen, wie kommt man zum Dom? Immer tiefer zoomt man sich in den Stadtplan hinein, entdeckt dies und das – und hat irgendwann den Bahnhof nicht mehr auf dem Schirm. Wo war der gleich noch mal?

„Wer im Internet die Zoomfunktion von Landkarten benutzt, bekommt nicht verschiedene Ansichten ein- und derselben Karte gezeigt, sondern immer wieder andere Karten, so dass sich die Darstellungen sprunghaft ändern“, erklärt Professor Alexander Wolff vom Institut für Informatik der Uni Würzburg. Dadurch verlieren die Nutzer leicht die Orientierung. Wolff und sein Mitarbeiter Jan-Henrik Haunert wollen das ändern – durch Karten mit gleitendem Maßstab. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt.

Einzelne Stellen aus Stadtplänen vergrößern

Gleitender Maßstab – dabei denken die Würzburger Informatiker unter anderem an interaktive Karten, auf denen sich einzelne Regionen vergrößert darstellen lassen. Beispiel: Ein Tourist will auf dem Internet-Stadtplan von Würzburg die Straßen genauer ansehen, die zur Löwenbrücke führen. Er markiert die Stelle und bekommt den gewünschten Bereich vergrößert präsentiert. Der restliche Kartenausschnitt, den er am Bildschirm sieht, wird weiterhin angezeigt, so dass der Gesamtüberblick über die Innenstadt erhalten bleibt.

Zoom-Technik deutlich verbessert

Diese Art der Darstellung lässt sich am Computer schon seit Längerem realisieren, und zwar mit der so genannten Fischaugen-Technik. Jan-Henrik Haunert und Informatikstudent Leon Sering haben nun aber eine deutlich verbesserte Lösung erarbeitet, die sie im Fachblatt „IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics“ vom Dezember 2011 vorstellen.

Ein Nachteil der Fischaugen-Technik: Beim Herauszoomen einer bestimmten Region wird der Rest der Karte stark verzerrt. Bei der Methode der Würzburger Informatiker fällt diese Verzerrung viel geringer aus – um rund 75 Prozent. Bei einer noch besseren Variante braucht der Computer nur halb so lange, um den Zoom-Vorgang zu berechnen: Dabei wird nur die direkte Umgebung der vergrößerten Region verzerrt. Und auch hier ist die Deformation immer noch um 65 Prozent geringer als bei der Fischaugen-Technik.

Rechenzeit muss noch kürzer werden

A propos Rechengeschwindigkeit: Mehrere Sekunden sind zurzeit nötig, um beispielsweise den Stadtplan von Würzburg mit einer gewünschten Ausschnittsvergrößerung neu zu berechnen. Das mag akzeptabel sein für jemanden, der einmalig eine Karte für einen Ausdruck erstellen will. Deutlich zu langsam ist das aber für Nutzer, die im Internet durch einen Stadtplan surfen – und natürlich für Echtzeit-Anwendungen in Navigationssystemen. Für Smartphones eignet sich die Technik bislang ebenfalls nicht: „Noch steht hinter ihr eine umfangreiche Konvexe Programmierung, die für Smartphones zu mächtig ist“, sagt Professor Wolff.

Animierte Übergänge zwischen Landkarten gestalten

Schneller muss die Sache mit dem gleitenden Maßstab also noch werden. Das und mehr möchten die Informatiker in den kommenden drei Jahren in ihrem DFG-Projekt erreichen. Sie wollen auch weitere Effekte beseitigen, die den Nutzer interaktiver Landkarten verwirren – etwa, dass beim Zoomen in einem Stadtplan sich die Beschriftung und die Art der Darstellung ruckartig ändern. Dass zum Beispiel der Bahnhof, der zuerst als Punkt dargestellt ist, urplötzlich zu einem großen Gebilde aus Schienensträngen und Gebäuden wird.

„Dazu wollen wir Animationen gestalten, die fließende Übergänge zwischen einzelnen Karten und verschiedenen Maßstäben möglich machen“, sagt Jan Haunert. „Die Generalisierung der Daten ist dabei das Grundproblem.“ Generalisierung heißt in diesem Fall: Für die Animation muss eine detailreiche Karte mitsamt Beschriftung schrittweise vereinfacht werden. Am Ende sollte der Nutzer beim Zoomen den Eindruck bekommen, stufenlos in einer einzigen Karte hin und her zu gleiten statt von Karte zu Karte und von Maßstab zu Maßstab zu ruckeln. Die Planung eines Tagesausflugs nach Bamberg sollte dann wesentlich komfortabler sein.

Projekt im Internet-Forschungszentrum

Das DFG-Projekt von Alexander Wolff und Jan-Henrik Haunert ist im Internet-Forschungszentrum der Universität Würzburg angesiedelt. Informatiker, Psychologen und Juristen befassen sich darin unter anderem mit innovativen Web-Anwendungen und einer zeitgemäßen Architektur des weltweiten Netzes.

„Drawing Road Networks with Focus Regions”, Jan-Henrik Haunert and Leon Sering, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 17, Issue 12, 2555-2562, December 2011, DOI 10.1109/TVCG.2011.191

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