Informationsvisualisierung im MCW - Projekt



  1. über das Projekt

  2. das Datenmodell

    1. Allgemeines

    2. Links

  3. Visualisierungsaspekte

  4. Umsetzung

    1. Algorithmus

    2. Interaktion

  5. Literatur



über das neue Medizinische Curriculum Wien (MCW)

Die von der Studienkommision beauftragte MCW-Koordinationsgruppe der medizinischen Fakultät Wien hat die Aufgabe übertragen bekommen die Umstellung des Studienplanes bis 2002 umzusetzen.

Das Wiener Medizinstudium soll in seiner gesamte Struktur reformiert und auf ein Block-and-Line System mit Fokus auf problemorientiertes Lernen (POL) umgestellt werden. Nähere Informationen darüber befinden sich auf der Homepage der MCW - Gruppe (http://www.univie.ac.at/mcw/)

Es gilt nun in Zusammenarbeit mit allen Institutsangehörigen ein vollständig neues Curriculum zu erstellen.
Um diese Arbeit der ca. 25 verschiedenen Institute der med. Fakultät koordinieren zu können wurde beschlossen eine CSCW - Redaktionssystems zu erstellen, das eine Art Hypertext Editor darstellt der vollständig über einen Browser zu bedienen sein soll.
Darüber hinaus sollen die eingegebenen Daten danach den Studenten zur Verfügung stehen um sich über den Aufbau und die Zusammenhänge ihres Studiums informieren zu können.
Das System befindet sich seit Oktober 1999 in Entwicklung.


Datenmodell

allgemeines

Die Daten im MCW System sind in Objekten gespeichert die alle von einem Superobjekt "abgeleitet" wurden. Dieses stellt allegemeine Attribute wie ID, Erstelldatum, Version, etc. zur Verfügung.
Des Weiteren sind Objekte in Inhaltsobjekte (Lehrinhalte, Lernziele, Notizen, etc.) und Container (Blöcke, Kapitel, Subkapitel, etc.) die wiederum Objekte enthalten, aufgeteilt.
Zwischen einem Containern und seinen Kind-Objekten besteht also eine Art "ist-Teil-von" Beziehung.
Daneben gibt es noch spezielle Objekte wie Resourcen oder Zugriffsrechtobjekte die bei der Visualisierung nicht berücksichtigt wurden.
Genauere Informationen können dem Datenmodell entnommen werden.


Links

Die Objekte des Systems die Inhalte repräsentieren (Lehrinhalte, Lernziele, etc.) aber auch Container (Blöcke, Kapitel, Subkapitel) können nun untereinander verlinkt sein, wobei alle Links bidirektional sind und eine bestimmte Semantik besitzen können (z.B. entsprechend Bloom's Taxonomy of Questions Worksheet).

Beispiele:
Die einfachste Beziehung (Link) zwischen zwei Objekten entspricht einfach einem HTML Hyperlink zwischen den Objekt-Seiten (Verweis).

Eine Beziehung zwischen zwei Lehrinhalten stellt die NEED - Beziehung dar, die folgende Bedeutung besitzt:

X NEED Y - X setzt wissen um Y voraus, bzw. Y wird gebraucht um X zu erlernen

Eine Beziehung zwischen einem Lernziel und einem Lehrinhalt stellt die DEFINE Beziehung (entsprechend Bloom's Taxonomy of Question Worksheets) dar:

X DEFINE Y - Lernziel X verlangt vom Studenten Lehrinhalt Y definieren zu können, bzw. Lehrinhalt Y muß definiert werden können um Lernziel X zu erreichen.


Visualisierungsaspekte

Um nun Zusammenhänge in den Daten die durch Links ausgedrückt werden erkennen zu können (z.B. wofür brauche ich den Lehrinhalt X in Zukunft ?) müssen die Daten in geeigneter Weise visualisiert werden .
Die geschätzte Anzahl an Objekten liegt zwischen 1000 und 1500 zu visualisierenden Objekten die in der oben beschriebenen hierarchischen Struktur angelegt sind.

Visualisiert wurden aber nicht nur die Objekte und ihre Links (entsprechend deren Gewichtung) sondern auch gewisse Attribute der Objekte (z.B. Relevanz, Lehr-/Lerndauer, etc., siehe Datenmodell).

Leider stellte sich heraus, daß bei dem verwendeten GEM Algorithmus nach wenigen Iterationen nicht nur keine exakte Bestimmung einer Kantenlänge zwischen zwei Knoten bei beliebigen Datenmengen möglich war sondern daß diese Kantenlänge nicht einmal grob einstellbar war.
Deshalb mußte auf eines der Ursprünglichen Ziele, die "logische Entfernung" zweier Objekte durch die Kantenlänge zwischen den zwei entsprechenden Knoten auszudrücken, verzichtet werden.

Umsetzung

Algorithmus

Da das MCW System komplett auf JAVA Basis läuft und über einen Browser bedienbar sein muß, wurde auch das Informationsvisualisierungmodul in JAVA programmiert werden.
Implementiert wurde der GEM (graph embedder) Algorithmus [1] der auf dem spring-embedder Modell basiert. Dabei werden Federn zwischen den einzelnen Knoten angenommen die eine bestimmte Länge bevorzugen und andere Knoten entsprechend anziehen oder abstoßen.
Darüber hinaus ist dieser Algorithmus in der Lage Rotationen und Oszillationen der Knoten zu entdecken und aufzulösen.
Obwohl der Algorithmus Kantenüberschneidungen nicht erkennt erzeugt er erstaunlich oft planere Graphen und er liefert vor allem schon nach wenigen Iterationen sehr brauchbare Ergebnisse.
Für eine genauere Beschreibung sei auf [1] verwiesen.

INFOVIS - Screenshot

Der Algorithmus wurde wie folgt adaptiert um den oben genannten Anforderungen zu entsprechen:

Interaktion

Um auf die visualisierten Informationen möglichst konfortabel zugreifen zu können wurden die Knoten und Links Maus-Sensitiv ausgeführt.
Fährt man mit der Maus über einen Knoten erscheinen rechts im dafür vorgesehenen Informationsbereich eine die Attribute des entsprechenden Objektes.
Fährt man über einen Link (eigentlich über dessen Beschriftung) erscheint in der Statuszeile eine textuelle Darstellung des Links aus dem auch Richtung, Anfangs und Endknoten ersichtlich sind.

Um den Fokus zu ändern kann auf einen beliebigen Knoten doppelgeklickt werden. Dieser rückt dann in den Fokus.
Um eine "schönere" Darstellung zu erreichen bzw. Details besser erkennen zu können, können Knoten mittels Drag and Drop verschoben werden.
Außerdem können die (manchmal störenden) Linkbeschriftungen ein- bzw. ausgeschaltet werden.

INFOVIS - Screenshot





Literatur

[1] Arne Frick, Andreas Ludwig, Heiko Mehldau; A Fast Adaptive Layout Algorithm for Undirected Graphs (Extended Abstract and System Demonstration), Proc. Workshop on Graph Drawing 94, LNCS 894 (1994), pp. 388-403

[2] F. Shipman III, C. Marshal, M. LaMere; Beyond Location: Hypertext Workspaces and NON-Linear Views, Hypertext 99 Darmstadt, Germany

[3] Nielsen J., 1990, Hypertext & Hypermedia, Academic Press Inc.


Niko Popitsch, e9426708@stud2.tuwien.ac.at, 13.01.2000