3.2 Smart Map Browsing

Inhaltsverzeichnis

3.2 Smart Map Browsing

Auf Grundlage der vorangegangenen Analyseauswertung wird in diesem Abschnitt eine Definition des Begriffs Smart Map Browsing vorgenommen, dessen aktuelle Eigenschaften abgeleitet und die Potenziale herausgearbeitet. Der Ausdruck Smart Map Browsing wurde bisher in keiner Literatur gefunden und wird in der vorliegenden Arbeit geprägt.

3.2.1 Begriff

Der Begriff Smart Map Browsing wird auf Basis der Usability-ISO-Norm (vgl. Abschnitt 2.2.1) definiert:

3.2.2 Eigenschaften

Der aktuelle Stand der Technik von Smart Map Browsing lässt sich anhand von zwei Kategorien - GUI-Komponenten und Pan-Zoom-Verhalten - im Detail beschreiben. Es sei angemerkt, dass es sich bei den Eigenschaften um den derzeitigen Stand handelt (gewissermaßen Smart Map Browsing 1.0) und mittelfristig Aktualisierungen aufgrund technologischer Neuerungen erforderlich werden.

A) GUI-Komponenten

Hauptkarte

Bei reinen Kartenanwendungen, wo die Karte im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit steht und kein nützliches »Beiwerk« ist, sollte sie den Großteil der Anwendungsfläche ausfüllen. Eine stufenlos anpassbare Kartengröße (z. B. durch Verschieben der Kartenränder) ermöglicht dem Benutzer interaktiv seine individuelle Einstellung zu finden. Zusätzlich wirkt sich eine dynamische Anpassung der Karte an die aktuelle Browsergröße gut auf das Smart Map Browsing aus.
Ein nicht zu verachtender Usabilityaspekt bei WebMapping-Anwendungen ist die Gestaltung der Karte. Ein überzeugendes Kartenlayout; klar lesbare Signaturen, Symbole und Schriften; selbsterklärende Farben in ansprechender Kombination sowie eine gut gewählte grafische Bilddichte beeinflussen die Attraktivität einer (Web-)Karte positiv [Räber u. Jenny 2003].

Übersichtskarte

Die Navigationsmöglichkeiten der Übersichtskarte sind ein wichtiges Smart Map Browsing Kriterium. Per Klick/Doppelklick sowie Drag&Drop verschiebt sich der markierte Ausschnitt in der Referenzkarte. Nach jeder Interaktion mit der Übersichtskarte zentriert sich der Ausschnitt. Dies ist wichtig für die Orientierung und die erneute Interaktion des Nutzers.
Beim Verschieben der Hauptkarte passt sich die Übersichtskarte unmittelbar an. Hierbei ist eine zeitgleiche Verschiebungsanimation (animated panning) von Haupt- und Referenzkarte ideal. Der Nutzer wird zur neuen Kartenposition »geführt«; er behält so die Orientierung.
Die Übersichtskarte passt darüber hinaus auch ihre Zoomstufe an. Der Maßstab ist dabei immer um einen angemessenen Faktor größer als die Hauptkarte, so dass die Referenzkarte dem Nutzer auch tatsächlich als »Übersicht« dient.
Die Übersichtskarte zu minimieren ist ein nützliches Feature. Eine Platzierung innerhalb der Hauptkarte bietet einen größeren Hauptkartenbereich und stellt die Übersichtskarte mehr ins Zentrum der Aufmerksamkeit.
Zur weiteren Verbesserung der Usability wäre es hilfreich, alle aktivierten Ebenen aus der Hauptkarte auch in der Übersichtskarte anzuzeigen.

Ebenenübersicht

Bei De-/Aktivierung einer Ebene aktualisiert sich die Karte automatisch (ohne manuelle Bestätigung). Dies ist ein wesentliches Merkmal von Smart Map Browsing. Eine Minimierung der Übersicht ermöglicht dem Benutzer seine Aufmerksamkeit auf die Karte zu konzentrieren. Des Weiteren sind eine änderbare Ebenenreihenfolge und die Integration einer Legende in die Ebenenübersicht je nach Anwendung sinnvoll.

Legende

Legenden sind so knapp wie möglich zu fassen und müssen einen Bezug zum Karteninhalt haben. Die Elemente der Legende sollten nach ihrer Wichtigkeit geordnet und mit ähnlichen Elementen gruppiert dargestellt werden [Räber u. Jenny 2003]. Eine Minimierung der Legende dient der besseren Übersicht.

Maßstab

Maßstabsangaben und -balken machen nur Sinn, wenn sie für jede Zoomstufe neu berechnet werden [Räber u. Jenny 2003]. Ein Maßstabsbalken sollte dem Benutzer beim Map Browsing zur Verfügung stehen, um Entfernungen leicht auf einen Blick abschätzen zu können. Eine Balkengrafik ist (speziell für Kartenanwendungen mit »ungeübten« Kartennutzern) empfehlenswert und einer Maßstabszahlanzeige vorzuziehen. Idealerweise befindet sich die Grafik halbtransparent innerhalb der Karte.

Werkzeugleiste

Zu umfangreiche Werkzeugleisten können sich nachteilig auf die Usability der Anwendung auswirken. Für ein »smartes« Map Browsing wäre eine Reduzierung auf die erweiterten Abfrage- und Analysefunktionen ratsam; einfache Zooming- und Panning-Funktionen lassen sich besser durch eine Pan-Zoom-Navigationsleiste oder andere intuitive Pan-Zoom-Interaktionen (z. B. Mausrad, Doppelklick) realisieren. Wichtig für ein flüssiges Map Browsing ist, dass ein Wechsel zwischen Panning und Zooming ohne Umschalten eines Werkzeuges möglich ist. Der Mauscursor sollte sich (soweit dies sinnvoll erscheint) an das gewählte Werkzeug anpassen, um den Nutzer eine visuelle Rückmeldung seiner Auswahl zu geben.
Das Zoom-History-Feature sei hier als hilfreiches Smart Map Browsing Feature erwähnt. Dem Nutzer ist es dadurch möglich seine letzen Pan- und Zoomschritte rückgängig zu machen oder wiederherzustellen.

Zoomnavigationsleiste

Eines der derzeit bedeutendsten Smart Map Browsing Features ist die Zoomnavigationsleiste. Sie bietet dem Benutzer einen hohen Grad an Interaktivität und eine gute Visualisierung der aktuellen Zoomstufe in Bezug auf das verfügbare Zoomstufenintervall.
Unter dem Begriff continuous zooming wird die Möglichkeit verstanden beim Bewegen des Zoomsliders die Karte on-the-fly durch Verkleinern oder Vergrößern zu skalieren. Erst nach dem Loslassen des Sliders wird die Karte in der entsprechenden Zoomstufe neu geladen. Dieses Feature verbessert die Nutzerorientierung beim Zoomvorgang und ist ein gutes Beispiel für Smart Map Browsing.

Pannavigationssteuerkreuz

Ein Steuerkreuz bietet eine intuitive und präzise Panning-Möglichkeit. Die Integration in eine Pan-Zoom-Navigationsleiste ist einer Kartenrandnavigation vorzuziehen. Die Navigationselemente sind so klarer stukturiert und verkürzen die »Mauswege« beim Navigieren.

Nach [Räber u. Jenny 2003] müssen Steuerelemente in WebMapping-Anwendungen selbsterklärend und effizient sein. Sie sollten logisch gruppiert angeordnet werden, um den Anwender die Kartennutzung zu erleichtern. Der Benutzer soll gewünschte Funktionen schnell finden und darf nicht durch zu viele Möglichkeiten überfordert werden. Die Steuerung einer Karte mit einer Vielzahl von Elementen ist nicht trivial und erfordert einen Lernprozess vom Kartenanwender. Eine intuitive Kartennavigation sollte im Mittelpunkt stehen; komplizierte Bedienungen von erweiterten Funktionen sollten so weit wie möglich vereinfacht bzw. ggf. auf ein Minimum reduziert werden [Räber u. Jenny 2003].

Steuerkomponenten in WebMapping-Anwendungen müssen nicht zwingend von der Karte getrennt platziert werden, sondern können sich auch gut innerhalb der Hauptkarte befinden. Dies bietet den Vorteil, dass der Benutzer Interaktionsmöglichkeiten früher wahrnimmt, da die Karte bereits im Zentrum seiner Aufmerksamkeit steht. Eine ansprechende grafische Gestaltung der Elemente wirkt dabei unterstützend [Räber u. Jenny 2003].

B) Pan- und Zoom-Verhalten

Zooming per Doppelklick

Zoomen durch einen Doppelklick auf die Karte ermöglicht einen problemlosen Wechsel zwischen Pan- und Zoomvorgängen ohne den Modus explizit umschalten zu müssen. Die Benutzbarkeit der Anwendung wird durch diese Navigationsmöglichkeit intuitiver und ist hiermit als Eigenschaft von Smart Map Browsing definiert.

Zooming per Mausrad

Ebenso wie das Doppelklickverhalten wird auch durch die Mausradbenutzung ein komfortabler und einfacher Wechsel in den Zoommodus möglich.
Ein Smart Map Browsing Feature ist es dann, wenn folgendes korrektes Zoomverhalten vorliegt: Die geografische Position unterhalb des Mauszeigers zum Zeitpunkt des Mausradbetätigens befindet sich nach dem Zoomvorgang an der gleichen Pixelposition des dargestellten Kartenausschnitts wie vor dem Zoom. Ein Zooming mit Zentrierung auf den Punkt der Mausposition oder ein Zoomen ohne Berücksichtigung der Mausposition ist nicht erwartunskonform und somit nicht im Sinne der Smart Map Browsing Definition.

Zooming per Zoombox

Das Zoomen in den Bereich einer aufgezogenen Zoombox ist mittlerweile Standard fast jeder WebMapping-Anwendung und wird von Benutzern erwartet. Alternativ zum Zoombox-Button in der Werkzeugleiste sollte auch mit gedrückter Shift-Taste das Zeichnen einer Zoombox möglich sein. Eine einfarbige, halbtransparente Unterlegung des aufgezogenen Bereichs dient dem Benutzer als visuelle Rückmeldung seiner Interaktion.
Es handelt sich hierbei um ein nützliches Feature, das zwingend erforderlich für ein gutes Smart Map Browsing ist.

Zooming/Panning per Tastatur

Eine einfache Navigationssteuerung sollte über die Plus- und Minus- bzw. Pfeiltasten möglich sein. Eine erweiterte, intuitive Tastenbelegung zum Verschieben der Karte ist zu Gunsten der Usability wünschenswert (naheliegende Tasten für großstufigere Kartenverschiebungsschritte sind Pos1, Ende, Bild↑, Bild↓).

Zoomstufen

Das Zoomlevelintervall sollte klar eingeschränkt sein. Bei Erreichen der minimalen bzw. maximalen Zoomstufe ist die ZoomOut- bzw. ZoomIn-Funktion deaktiviert; die entsprechenden Buttons symbolisieren auch visuell eine Inaktivität. Die mögliche Zoomtiefe lässt sich zur besseren Orientierung des Benutzers auf einer Zoombar abbilden.

Zoom-Reset

Eine Zoom-Reset-Funktion ist eine vom Benutzer erwartete Funktion zum Zurücksetzen der Karte auf ihre maximale Ausdehnung. Folgt man der o. g. Usabilityrichtline, wonach ähnliche Elemente logisch gruppiert werden sollen, wäre eine Integration des Zoom-Reset-Buttons in die Pan-Zoom-Bar empfehlenswert. Sämtliche Zoom- und Verschiebungsfunktionen könnten so aus der Werkzeugleiste ausgelagert werden (vgl. auch Punkt (A) GUI-Komponenten).

Animation

Der Einsatz von Animationen in (Web-)Karten kann verschiedene Ziele haben: Die Aufmerksamkeit des Betrachters erhöhen, seine Aufmerksamkeit auf spezielle Objekte lenken, seine Orientierung während der Navigation verbessern oder ihn durch ein Thema führen. Es unterscheiden sich 2 Typen von Animationen: die temporale und die nontemporale Animation [Dickmann 2004][Räber u. Jenny 2003]. In der temporalen Animation werden räumliche Veränderungen in einem bestimmten Zeitintervall dargestellt [Dickmann 2004][Räber u. Jenny 2003]. Ein Beispiel wäre der Bevölkerungswachstum einer Stadt im letzen Jahrhundert. Der Benutzer sollte durch selbsterklärende Steuerelemente in die Animation eingreifen können. Komplexe Sachverhalte in Karten können durch zeitliche Abläufe verständlicher dargestellt werden. Solche Animationen sollten im Bereich der Hauptkarte ablaufen und das interaktive Map Browsing einer WebMapping-Anwendung nicht ersetzen. Die nontemporale Animation präsentiert räumliche Daten eines konkreten Zeitpunkts in verschiedenen Darstellungen [Dickmann 2004][Räber u. Jenny 2003]. Ein Beispiel wäre eine automatische »Zoomfahrt« auf ein bestimmtes Ziel hin. Der Benutzer wird durch nontemporale Animationen zu einem bestimmten Ziel geführt. Kombiniert mit der Kartennavigation lassen sich so dynamische Pan- und Zoomvorgänge realisieren, die bei [OpenLayers b] mit den Begriffen animated panning und animated zooming beschrieben werden. Der Benutzer behält während solcher Animationsprozesse eine gute Orientierung und bekommt ein Gefühl für die Entfernung bzw. den Maßstab. Kartographische Animationen erhöhen die Aufmerksamkeit des Benutzers und bieten der Karte einen bemerkenswerten »Mehrwert«. Animationen (im angemessenen Umfang) sind eine wichtige Eigenschaft von Smart Map Browsing.

Tiling

Eines der grundlegendsten Eigenschaften von Smart Map Browsing ist die Kachelung von Karten (Tiling). Dabei ist ein clientseitiges Tiling dem serverseitigen Verfahren vorzuziehen, um aufwändige Serverrechenzeiten zu reduzieren (vgl. Abschnitt 2.3.5). Belegbare Messungen sind hierfür nicht erfolgt. Im Idealfall ist mit Tiling ein absolut verzögerungsfreies Verschieben der Karte möglich. Beim Zoomvorgang bauen sich die Kacheln nacheinander spiral- oder sternförmig auf, beginnend in der Kartenmitte. Der Benutzer erhält durch diesen dynamischen Ladeprozess eine sichtbare Rückmeldung über den Ladefortschritt der Karte.

Ladezeit

Das wichtigste Kriterium einer Internetseite ist ihre schnelle Ladezeit [Nielsen 2000]. Dabei muss zwischen objektiver und subjektiver Ladezeit unterschieden werden. Erstere ist die Zeit, die tatsächlich benötigt wird; letztere bezieht sich darauf, wie lange dem Nutzer die Zeit erscheint. Nach Jakob Nielsen sollte die objektive Ladezeit eine Website acht Sekunden nicht überschreiten. Alles darüber hinaus stört empfindlich die Gebrauchstauglichkeit einer Web-Anwendung.
Bezogen auf WebMapping-Anwendungen ist die wichtigste Frage, wann der Benutzer eine fertige Karte zu sehen bekommt. Weniger von Bedeutung ist die Ladezeit der gesamten Seite mitsamt allen Details und ggf. vorgeladenen Kacheln für den nicht sichtbaren Bereich [Nielsen 2000]. Beim Verschieben einer Karte sollte im Idealfall keine Verzögerung entstehen (vgl. Punkt Tiling). Ein dynamischer Kartenaufbau durch nacheinander erscheinende Kacheln bewirkt eine subjektiv schnellere Ladezeit als beim Aufbau einer ungekachelten Karte, die komplett erscheint. Eine Technik, um beim Einsatz von Tiling die objektive Ladezeit zu beschleunigen, ist die Nutzung eines Tile Caches. Eine genauere Betrachtung folgt im nächsten Abschnitt.

Es ist im Sinne der Smart Map Browsing Definition, dass der Benutzer vielfältige Möglichkeiten hat, mit der WebMapping-Anwendung zu interagieren. Die Gebrauchstauglichkeit steht bei jeder Interaktion im Vordergrund. Das Verhalten der Komponente(n) sollte dabei stets erwartungskonform sein.

3.2.3 Potenziale

Die wichtigsten Eigenschaften von Smart Map Browsing und ihre Potenziale im WebMapping-Bereich werden nachfolgend herausgestellt:

bedeutendsten Merkmale von Smart Map Browsing und stellt aktuell ein großes Potenzial für gebrauchstaugliche WebMapping-Anwendungen dar. Der Einsatz von Tiling in WebMapping-Anwendung (vgl. Kapitel 2.3.5) bedeutet jedoch nicht zwangsläufig ein gutes Smart Map Browsing. Auch die leistungsstärkste Anwendung wird bei langen Antwortzeiten des Mapservers keine gute Usability bieten können. Tiling sagt noch nichts über die objektiven Ladezeiten der Kacheln aus. Ziel - im Sinne der Smart Map Browsing Definition - sollte es sein, die objektiven Ladezeiten so weit wie möglich zu reduzieren.

Eine Lösung dafür ist das serverseitige Tile Caching (ein clientseitiges Caching wird hier nicht betrachtet). Die Kacheln werden dabei bereits in fertig gerenderten Grafiken auf dem Server vorgehalten. Der Vorteil ist eine geringere Antwortzeit des Mapservers: Bei einer Kartenanfrage des Clients muss der Server die Karte nicht erst aufwändig generieren, sondern kann auf seine (in der Regel im Dateisystem abgelegten) fertigen Kacheln zurückgreifen und somit die angefragte Karte wesentlich schneller dem Client zurückliefern. Die Karten müssen dazu in einem vordefinierten Kachelgitter (grid) mit einheitlicher Kachelgröße vorliegen.
WMS Tile Caching¹⁸ oder WMS-Cached - kurz WMS-C - stellt eine erste allgemeine Empfehlung dar, wie ein solcher Standard auf Grundlage der OGC WMS Spezifikation aussehen könnte. Einen konkreten Vorschlag für eine einheiltliche Lösung beschreibt die WMS Tiling Client Recommendation¹⁹, die als Ergebnis einer Tiling-Diskussionsrunde auf der FOSS4G Konferenz 2006²⁰ in Lausanne entstand. Auf Grundlage dessen ist die Implementierung von TileCache²¹ - ein WMS-C konformer Server, verfügbar unter der BSD Lizenz - von dem US-Unternehmen MetaCarta²² entwickelt worden. TileCache ist ein auf Python basierender WMS/TMS²³-Server mit Mechanismen zum Rendern und Cachen von Kacheln. Im einfachsten Fall kann TileCache mit Schreibzugriff auf eine Festplatte, der Fähigkeit Python CGI Skripte auszuführen und der Angabe eines beliebigen WMS-Servers einen eigenen, lokalen Cache aller Kacheln auf der Festplatte anlegen. Ein WMS-C oder TMS unterstützender Client (wie OpenLayers) kann die gecachten Kacheln anschließend abfragen. TileCache beschleunige die WMS-Anfragen um Faktor 10 bis 100. Bei Nutzung von TileCache unter mod_python²⁴ seien dabei mehr als 300 Anfragen pro Sekunde möglich [MetaCarta].
Serverseitiges Tile Caching bietet ein bedeutendes Potenzial für die weitere Entwicklung von Smart Map Browsing in WebMapping-Anwendungen. Trotz der sehr jungen Geschichte und der noch ausstehenden OGC-Standardisierung von WMS-C sind schon heute beachtliche Geschwindigkeitsfortschritte in der Ladezeit von WMS-Karten erkennbar. Demnach verspricht Tile Caching ein elementares Smart Map Browsing Feature zu werden.

Konzentriert man den Fokus auf die Steuerelemente von WebMapping-Applikationen ist die Smart Map Browsing Fähigkeit der Zoomnavigationsleiste bemerkenswert. Die Analyse (vgl. Abschnitt 3.1) zeigt bei den vier Anwendungen, die eine solche Komponente einsetzen, eine spürbar verbesserte Benutzbarkeit. In Kombination mit einem Panning-Steuerkreuz und einem Zoom-Reset-Button lassen sich o. g. Usabilityrichtlinien umsetzen. Die definierten Aspekte in der Zoomtiefenorientierung (vgl. Abschnitt 3.2.2) bieten zusätzliche Möglichkeiten Einfluss auf die Usability auszuüben.
Diese Tatsachen lassen den Schluss zu, dass der Einsatz einer Zoombar ein großes Potenzial darstellt.

Eng damit verbunden sind die noch sehr jungen und innovativen Lösungen Kartennavigationsvorgänge zu animieren. Animated panning und animated zooming sind Smart Map Browsing Features, die bis heute nur in drei der untersuchten Anwendungen ansatzweise realisiert sind.
Animated panning bietet, im Zusammenhang mit Tiling, eine gute Möglichkeit den Benutzer animiert und verzögerungsfrei von A nach B zu führen. Dieser dynamische Prozess zeigt dem Anwender, ähnlich wie beim Drag&Drop-Panning, dass der eingeschränkte Kartenausschnitt nur ein Teil einer ganzen, nahtlos zusammenhängenden Karte ist - ein klarer Vorteil für die Orientierung des Benutzers.
Beim animated zooming Feature handelt es sich im Kern um einen automatischen Zoomprozess, um den Übergang von Zoomstufe A zu Zoomstufe B zu animieren. Die Karte wird während des Zoomvorgangs skaliert und nach Erreichen von Zoomstufe B neu gezeichnet. Diese Animationsart ist für eine oder mehrere Zoomstufen möglich und kann dabei sowohl in die Karte hinein- als auch herauszoomen. Auch eine Kombination aus animated panning und zooming ist denkbar.
Das animated zooming Feature impliziert noch eine weitere Funktion: Das Ziehen des Sliders einer Zoombar bewirkt ein Skalieren der aktuellen Karte durch Verkleinern oder Vergrößern. Diese Skalierung läuft stufenlos ab. Es handelt sich hierbei um eine manuelle nontemporale Animation.
Es gibt noch keine klare Nomenklatur für Zoomanimationen im WebMapping-Bereich. Aufgrund der Analogie zum animated panning Verhalten bietet sich die Verwendung des Begriffs animated zooming für animierte Zoomvorgänge an. Google Maps hingegen beschreibt seine Zoomanimation per Mausrad (funktioniert bisher nur unter Windows-Betriebssystemen) mit dem Begriff continuous zooming. Für die vorliegende Arbeit wird der Begriff continuous zooming ausschließlich für manuelle Zoomvorgänge beim Einsatz des Zoomsliders verwendet werden. Automatisch ablaufende Zoomprozesse (hervorgerufen z. B. per Klick, Doppelklick, Mausrad oder Zoombox) werden hier mit dem Begriff animated zooming beschrieben. Darüber hinaus stehe animated zooming als Sammelbegriff für alle animationsgestützten Zoomprozesse in WebMapping-Anwendungen, inklusive continuous zooming. Der Begriff seamless zooming ist hier mit continuous zooming gleichzusetzen.
Es liegt nahe, dass diese zwei jungen Features (animated panning und zooming) eine bedeutende Rolle in der Entwicklung von Smart Map Browsing spielen werden. Aktuell sind Performanceprobleme (durch beschränkte Bandbreite oder Client-Hardware) bei umfangreichen Animationen wahrscheinlich, was die Usability stören könnte. Die Potenziale dieser Erweiterungen sind aber eindeutig erkennbar und könnten sich mittelfristig zu einem nicht mehr wegzudenkenden Merkmal von WebMapping-Anwendungen etablieren.

3.2 Smart Map Browsing

Inhaltsverzeichnis