Jens Oliver Meiert

Prinzipien der Informationsdarstellung (Universität Regina)

Übersetzung eines Artikels der Universität Regina vom 10. Februar 2006 (↻ 18. Februar 2007).

Dieses Dokument soll dem Visualisierungsfachmann einen Überblick über Edward Tuftes Arbeit im Bereich der Informationsdarstellung vermitteln. Dr. Tufte hat zwei »klassische« Bücher über Informationsdarstellung geschrieben: The Visual Display of Quantitative Information und Envisioning Information. Ich denke, dass viele der Konzepte aus diesen Büchern wichtig für wissenschaftliche Darstellungen sind, aber in der Praxis nicht häufig angewendet werden.

Vieles in diesem Dokument entspricht Tufte, lediglich paraphrasiert. Das heißt, wenn Tufte zum Beispiel von »graphischer Exzellenz« spricht, schreibe ich »Darstellungsexzellenz«. Passagen, die in Anführungszeichen stehen, entsprechen Zitaten. Das Meiste in diesem Text ist als Reformulierung von Dr. Tuftes Ideen zu sehen, aber alle Kommentare zum aktuellen Stand sind von mir, und ich bin zudem verantwortlich für alle Fehler.

Der Leser wird ermutigt, Tuftes Bücher zu lesen. Die vorliegende Betrachtung ist kurz, unvollständig, abbildungsarm und in niedriger Auflösung.

Inhalt

  1. Exzellenz
  2. Prinzipien
    1. Fokus auf den Inhalt
    2. Vergleich vs. Beschreibung
    3. Integrität
    4. Hohe Auflösung
    5. Klassische Designs
  3. Designrichtlinien
    1. Datentintenverhältnis
    2. Durcheinander
    3. Schichtung und Trennung
    4. 1 + 1 = 3 (oder mehr)
    5. Farbe
    6. Sonstige Warnungen
  4. Abschließende Bemerkungen
  5. Referenzen

Exzellenz

Darstellungsexzellenz

Darstellungen sollten

Prinzipien

Darstellungen sollten die folgenden Ziele anstreben:

Fokus auf den Inhalt

»Vor allem: Zeigen Sie die Daten.« Der Fokus sollte auf dem Inhalt der Daten liegen, nicht der Darstellungstechnik. Dies führt zu Designtransparenz. Vermeiden Sie, »mit den Daten herumzualbern«, und verwenden Sie ein klares, einfaches, »straight forward« Design mit einer Fülle von Daten. Der Erfolg einer Visualisierung basiert auf tiefer Kenntnis des und Sorgfalt gegenüber dem Wesentlichen sowie der Qualität, Relevanz und Integrität der Inhalte.

Setzen Sie voraus, dass der Betrachter genauso intelligent ist und sich ebenso Gedanken macht wie Sie. »Verdummen« Sie niemals eine Darstellung.

Vergleich vs. Beschreibung

»Im tiefsten Inneren quantitativer Beweisführung steht eine einzige Frage: Verglichen mit was?« Die meisten Darstellungen sind heutzutage eher beschreibend als vergleichend. Dies mag Teil der Begründung sein, warum wissenschaftliche Graphiken, selbst die über multivariate Phänomene, vom X/Y-Diagramm dominiert werden. Das X/Y-Diagramm lädt auf eine Art zum Argumentieren über Kausalität ein, wie es selbst dem beeindruckendsten Isosurface nicht gelingt. Wir sollten eher nach relationalen als nach bloß beschreibenden Darstellungen streben.

Eine Darstellung auf »Verglichen mit was?« zu fokussieren erzwingt visuelle Vergleiche, besonders innerhalb des Sichtbereichs. Vermeiden Sie, sich auf das Gedächtnis des Betrachters zu verlassen, um visuelle Vergleiche vorzunehmen; das Gedächtnis stellt bei den meisten von uns ein schwaches Hilfsmittel dar.

Integrität

Irreführende Darstellungen sind durchaus verbreitet. Obwohl die folgenden Regeln von Dr. Tufte auf statistische Graphiken ausgerichtet sind, können sie helfen, unbeabsichtigte Darstellungslügen zu vermeiden:

Es gibt sogar eine Gleichung, um einen zu mangelnder Integrität führenden Ansatz zu quantifizieren, den »Lügenfaktor«. Lügenfaktor = (Größe des Effekts, der in der Darstellung gezeigt wird) / (Größe des Effekts in den Daten).

Hohe Auflösung

Das menschliche Auge erfasst 150 Mbit/s und kann diese Datenlawine verarbeiten, weil es mit einem grandiosem Werkzeug verbunden ist – dem Gehirn. Betrachten Sie in diesem Zusammenhang einige Informationsquellen:

Beachten Sie zudem die Zeichendichte einiger Informationsarten:

Niemand verwendet ein 1.200-baud-Modem, wenn eine 56-kbit/s-Verbindung zur Verfügung steht. Ebenso sollten wir auch nicht weniger als die größtmögliche Informationsübertragungsrate für unsere Darstellungen akzeptieren. Nicht nur ist die Informationsdichte auf einem Computerbildschirm ohnehin schon ziemlich gering, sie wird sogar noch durch Darstellungsansammlungen verringert, die nur einen kleinen Teil der Anzeige für Daten, den Rest aber für Widgets und anderen »computerverwaltenden Schutt« belegen.

Klassische Designs

Tufte hat eine Vielzahl von klassischen Informationsdesigns und allgemeinen Prinzipien untersucht. Diese beinhalten unter anderem kleine Vielfache, Zeitreihen sowie Mikro-/Makrostrukturen.

Kleine Vielfache
Kleine Vielfache, Beispiel.

Abbildung: Kleine Vielfache. (A. Ghizzo, B. Izrar, P. Betrand, E. Fijalkow, M. R. Feix und M. Shoucri, Stability of Bernstein-Greene-Kruskal Plasma Equilibria: Numerical Experiments Over a Long Time, Physics of Fluids, Januar 1988, Seite 31.)

Ein Design mit kleinen Vielfachen besteht aus einem einzelnem Designelement, das mehrere Male innerhalb des für das Auge sichtbaren Bereichs wiederholt wird, und bei dem jedes Beispiel einen unterschiedlichen Wert der selbstständigen Variablen zeigt. »Vergleiche müssen innerhalb des sichtbaren Bereichs (Augenabstand) vorgenommen werden«, eine Aufgabe, in der sich kleine Vielfache besonders auszeichnen. Deshalb: »Kleine Vielfache sind bei einer großen Reihe von Problemen bei der Datendarstellung die beste Designlösung.« »Im tiefsten Inneren quantitativer Argumentation steht eine einzige Frage: Verglichen mit was? Designs mit kleinen Vielfachen, multivariat und reich an Daten, antworten dadurch, dass sie Vergleiche von Veränderungen, Unterschiede zwischen Objekten und Wirkungsbereiche von Alternativen visuell erzwingen.«

Gut gestaltete kleine Vielfache sind:

Beachten Sie, dass die »gleichzeitige zweidimensionale Indizierung des vervielfachten Bildes Darstellungen signifikant vertieft, ohne dass das Lesen unbedingt erschwert wird«.

Kleine Vielfache stellen für viele gegenwärtige Darstellungssysteme eine einfache Erweiterung dar, auch wenn die Leistungsfähigkeit der Graphiken ein Problem sein kann.

Zeitreihen
Zeitreihen, Beispiel.

Abbildung: Zeitreihen. (L. Hugh Newman, Man and Insects, London, 1965, Seiten 104–105.)

»Das Zeitreihendiagramm ist die am häufigsten genutzte Form von Graphikdesign.« Eine Dimension beziehungsweise Achse, für gewöhnlich die horizontale, entspricht der Zeit, und die Graphiken laufen an ihr entlang und zeigen bei fortlaufender Zeit Veränderungen auf. Die meisten Werke mit Zeitreihendarstellungen sind Videos, die Zeit dadurch veranschaulichen, dass die Bilder wechseln, und die vom Benutzer verlangen, sich zu merken, was zuvor kam. Es sollte über innovative Wege nachgedacht werden, Zeitreihen in Darstellungssysteme zu inkorporieren.

Mikro-/Makrostruktur
Mikro-/Makrostruktur, Beispiel.

Abbildung: Mikro-/Makrostruktur. (David H. Hathaway, Marshall Space Flight Center, NASA.)

Mikro-/Makrostruktur bezieht sich auf ein Szenario, in dem die Darstellung enorm detailreich ist, aber sich ein Gesamtmuster ergibt. »Panorama, Ausblick und Perspektive bieten Betrachtern die Freiheit der Wahl, die aus einem Überblick und dem Vermögen, Details zu vergleichen und durchzugehen, resultiert. Solche Mikro-Informationen bieten wie kleinere Texturen in der Wahrnehmung einer Landschaft eine glaubhafte Zuflucht, in der das Tempo der Darstellung verdichtet, verlangsamt und personalisiert wird.«

Designrichtlinien

Dieser Bereich fasst Designrichtlinien und -prinzipien aus Tuftes Arbeit zusammen.

Darstellungen »entsprechen Abschnitten über Daten und sollten als solche behandelt werden«. Wörter, Bilder und Zahlen sind allesamt Bestandteile der Information, die visualisiert werden soll. Sie sollten alle zusammen integriert und nicht in Textverarbeitungsdokumente, Tabellenkalkulationen und Bilder getrennt werden. Hier sind ein paar Anleitungen für alltägliche Designs. Diese sollten:

Definition von Graphikmüll: Diverse Graphikschmiere, die einer Darstellung hinzugefügt wird und die nichts mit Daten, sondern ausschließlich etwas mit schlechtem Geschmack zu tun hat.

Datentintenverhältnis

Es gibt zumindest ein quantitatives Maß für Darstellungen, das hier in Form von Tinte anstelle von Pixel ausgedrückt wird. Die Übersetzung vom einem ins andere ist unkompliziert.

»Datentintenverhältnis = (Datentinte) / (Summe der Tinte in der Darstellung) = Anteil der Tinte einer Graphik, der der redundanzfreien Anzeige von Dateninformationen gewidmet wird = 1,0 – (Anteil einer Darstellung, der ohne Verlust von Dateninformationen gelöscht werden kann)«

In vernünftigem Maße sollte man:

Dies führt zu dichten Darstellungen mit einem Minimum an unerheblichem Ramsch. Wir sehen: »Bei Nichtdatentinte [gilt], weniger ist mehr. Für Datentinte [gilt], weniger ist langweilig.« Dies führt zur Empfehlung von fünf Prinzipien für Datengraphiken:

Genauso wie gute Prosa oftmals das Ergebnis von Revision und Aufbereitung ist, erfordert gute Visualisierung Kritik und Nacharbeit.

Abgrenzungsrahmen sind ein interessantes Beispiel für das Entfernen von Nichtdatentinte. Der Rahmen eines X/Y-Diagramms entspricht Nichtdatentinte. Das Meiste des Rahmens kann ohne Verlust von Informationen gelöscht werden, und wenn nur ein Teil des Rahmens zwischen Minimal- und Maximalwerten übrigbleibt, stellt der Rahmen zusätzliche Information dar!

Durcheinander

Wenn eine Darstellung mit unverständlichen, überladenen Graphiken vollgepackt ist, stellt es eine große Versuchung dar, Daten, ja selbst relevante Informationen zu entfernen. Aber: »Durcheinander und Konfusion sind Fehlschläge des Designs, nicht Attribute von Informationen.« Wenn eine Darstellung zu überhäuft ist, sollten nicht Daten entfernt, sondern das Design geändert werden. Glaubwürdigkeit entsteht durch Details, und in vielen Fällen kann man ein Design klarer gestalten, indem man Details hinzufügt. »Designs von hoher Dichte gestatten es Betrachtern auch, Daten zu ihrer persönlichen Verwendung auszuwählen, zu kommentieren, umzugestalten und zu personalisieren. […] Datenarme, achtlose Darstellungen führen Betrachter in Richtung Unwissenheit und Passivität, während sie gleichzeitig die Glaubwürdigkeit der Quelle abschwächen.«

Leerraum kann Durcheinander reduzieren, aber: »Es geht nicht darum, wieviel Leerraum es gibt, sondern vielmehr, wie er verwendet wird. Es geht nicht darum, wieviele Informationen es gibt, sondern vielmehr, wie effektiv diese arrangiert sind.«

Computerbildschirme von geringer Auflösung führen dazu, dass Informationen über viele Bildschirme oder Dialogfelder verteilt werden. Dies wiederum führt zum »ein verdammtes Ding nach dem anderen«-Syndrom, das dafür sorgt, dass sich Benutzer in einem Informationslabyrinth verirren. Plazieren Sie Informationen räumlich nebeneinander, nicht zeitlich gestapelt, um das »Wo bin ich?«-Problem zu vermeiden.

Schichtung und Trennung

Stellen Sie sich eine farbige Oberfläche vor, die Erläuterungen erfordert. Wenn diese Farbkarte alle möglichen Farben verwendet, wird es aufgrund von Farbkonflikten schwierig sein, Vermerke auf ihr anzubringen. Ein besserer Ansatz könnte sein, über die Intensität eines einzelnen Farbtons der Fläche vorzugehen, was visuellen Raum für zusätzliche Informationen, zum Beispiel Erläuterungen, lässt. Dies ist ein Beispiel für Schichtung und Trennung. Schichtung und Trennung impliziert den Gebrauch von Farbe oder einer anderen Differenzierung, um wichtige Arten von Informationen voneinander zu trennen. Karten stellen oftmals sehr gute Beispiele für diese Technik dar.

1 + 1 = 3 (oder mehr)

Aber: »Effektive Schichtung von Informationen ist oft schwierig […] weil ein omnipräsentes und doch fast unmerkliches Problem im Spiel ist: Die unterschiedlichen Elemente zusammengenommen […] interagieren und kreieren Muster und Strukturen, die keinen Informationen entsprechen«. »Josef Albers beschrieb diesen visuellen Effekt als 1 + 1 = 3 oder mehr

1 + 1 = 3 (oder mehr), Beispiel.

Denken Sie zum Beispiel an eine einzelne Linie – ein einzelnes graphisches Element. Denken Sie nun an zwei parallele Linien. Hier haben wir zumindest drei graphische Elemente, jede der Linien und den Raum dazwischen. Dieser »1 + 1 = 3 (oder mehr)«-Effekt ist wichtig, und »meistens stellt diese überschüssige visuelle Aktivität Non-Information, Störung und Durcheinander dar«. Allerdings: »Die Störung durch 1 + 1 = 3 ist direkt proportional zum Wert des Kontrasts (hell/dunkel) zwischen Abbildung und Hintergrund. Deswegen wird eine wechselnde Palette von helleren Farben anfallende Stördaten auf weißem Hintergrund minimieren.«

Ein besonders verbreitetes Beispiel für 1 + 1 = 3 (oder mehr) sind Kästen um Text herum. »Solange nicht absichtlich Unklarheit gefragt ist, vermeiden Sie, Worte mit kleinen Kästen zu umgeben, da diese negativen Leerraum zwischen Wort und Rahmen aktivieren.« Beachten Sie, dass der Kasten Nichtdatentinte entspricht.

Farbe

»Die fundamentalen Verwendungszwecke von Farbe im Informationsdesign [sind]: Beschriften, messen, die Realität darstellen oder imitieren, beleben oder dekorieren.« Dr. Tufte bietet ein paar spezifische Richtlinien zur Verwendung von Farbe:

Tufte bezieht sich zum weiteren Verständnis auf den Schweizer Kartographen Eduard Imhof:

»Farbe an sich ist feinsinnig und anspruchsvoll. Darüber hinaus wird der Prozess, wahrgenommene Farbmarkierungen vom Papier in quantitative Daten umzuwandeln, die im Geist des Betrachters wohnhaft sind, von Unsicherheit und Komplexität bedrängt. Diese Umwandlungen sind nicht linear (und entsprechen dadurch Gamma-Kurven), oft laut und idiosynkratisch und umfassen eine Menge Unterschiede in der Wahrnehmung der Betrachter (einschließlich einiger Prozent, die farbenblind sind).«

Sonstige Warnungen

Abschließende Bemerkungen

Nach einer detaillierten Analyse von Sonnenflecken-Diagrammen, die über ein paar Jahrhunderte entstanden, schreibt Tufte:

Beachten Sie all die unterschiedlichen Techniken für das Darstellen von Sonnenflecken im Laufe von 380 Jahren – von Galileos erster wertvoller Beobachtung der Sonnenscheiben über mehrere kleine Bilder sowie Dimensionalität und Datenkomprimierung bis schließlich hin zu Mikro-/Makroanzeigen, die Strukturen und Details, Durchschnitt und Veränderung kombinieren. Genau dieselben Designstrategien werden immer und immer wieder in der Arbeit derer gefunden, die einer Flut von Daten und Bildern gegenüberstehen, wenn sie umherkriechen, um innerhalb der Grenzen von »Flachland« detaillierte und komplexe Informationen offenzulegen. Diese Designstrategien sind überraschend weit verbreitet, wenn auch wenig gewürdigt, und entstehen vollkommen unabhängig vom Inhalt der Daten.

»Graphische Kompetenz erfordert drei gänzlich unterschiedliche Eignungen: Die substantielle, die statistische und die artistische.« Visualisierungskompetenz erfordert nicht weniger.

Referenzen

Edward Tufte, The Visual Display of Quantitative Information und Envisioning Information, Graphics Press, PO Box 430, Cheshire, CT 06410.

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Stand: 18. Februar 2007.

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