Es ist nun über zwei Wochen her, dass Joachim Staib und ich auf der EuroVis 2015 in Cagliari waren. Ich hab mir gedacht, es ist an der Zeit, dass ich endlich mal schreibe was wir da überhaupt gemacht haben. Tatsächlich war es für unsere Computergraphik- und Visualisierungsgruppe der TU Dresden eine sehr erfolgreiche Konferenz.

https://youtu.be/uWTJqPGxcHg?list=PLJVN8WCNMX6YibzvBL5NLVv1iner41FbH

Joachim stellte auf der Konferenz unsere Arbeit zur Partikelvisualisierung mit Transparenz und Ambient Occlusion vor. Ich schreibe „unsere Arbeit“, aber er hat das Projekt wundervoll umgesetzt und sich die Erstautorenschaft und den Ruhm mehr als verdient.

  • [DOI] J. Staib, S. Grottel, and S. Gumhold, „Visualization of Particle-based Data with Transparency and Ambient Occlusion,“ Computer Graphics Forum, vol. 34, iss. 3, pp. 151-160, 2015.
    [Bibtex]
    @article{2015staib_aowt,
      journal = {Computer Graphics Forum},
      title = {{Visualization of Particle-based Data with Transparency and Ambient Occlusion}},
      author = {Joachim Staib and Sebastian Grottel and Stefan Gumhold},
      affiliations = {CGV},
      pages = {151--160},
      volume= {34},
      number= {3},
      year = {2015},
      DOI = {10.1111/cgf.12627},
    }

DOI: 10.1111/cgf.12627

https://youtu.be/ANxK6-Ed9e0?list=PLJVN8WCNMX6YibzvBL5NLVv1iner41FbH

Ich hatte die Gelegenheit auf einem der kleineren Workshops, die vor der Konferenz abgehalten wurden, eine Arbeit zu Visualisierung von Flutsimulationsdaten vorzustellen. Fokus ist hierbei eine realistische Darstellung zum interaktiven „erleben“ der Daten. Meine Zielvorgabe wird recht deutlich von modernen AAA-Spielen gesetzt. Ich bin bereit für die nächste Runde.

  • [DOI] S. Grottel, J. Staib, T. Heyer, B. Vetter, and S. Gumhold, „Real-Time Visualization of Urban Flood Simulation Data for Non-Professionals,“ in Workshop on Visualisation in Environmental Sciences (EnvirVis), Cagliari, Italy, 2015, pp. 37-41.
    [Bibtex]
    @inproceedings{2015grottel_flood,
      title = {{Real-Time Visualization of Urban Flood Simulation Data for Non-Professionals}},
      author = {Sebastian Grottel and Joachim Staib and Torsten Heyer and Benjamin Vetter and Stefan Gumhold},
      pages = {037--041},
      year = {2015},
      DOI = {10.2312/envirvis.20151089},
      editor = {Ariane Middel and Gunther Weber and Karsten Rink},
      booktitle = {Workshop on Visualisation in Environmental Sciences (EnvirVis)},
      address = {Cagliari, Italy},
      publisher = {Eurographics Association},
    }

DOI: 10.2312/envirvis.20151089

Und, zu guter Letzt, wurde mein CGF-Paper zu zeitkontinuierlichen Parallelen Koordinaten als Vortrag eingeladen. Über das Paper hatte ich ja schon einmal geschrieben.

  • [DOI] S. Grottel, J. Heinrich, D. Weiskopf, and S. Gumhold, „Visual Analysis of Trajectories in Multi-Dimensional State Spaces,“ Computer Graphics Forum, vol. 33, iss. 6, pp. 310-321, 2014.
    [Bibtex]
    @article {Grottel2014HDTraj,
      author = {Grottel, Sebastian and Heinrich, Julian and Weiskopf, Daniel and Gumhold, Stefan},
      title = {{Visual Analysis of Trajectories in Multi-Dimensional State Spaces}},
      year = {2014},
      journal = {Computer Graphics Forum},
    volume = {33},
    number = {6},
    pages = {310--321},
      doi = {10.1111/cgf.12352}
    }

DOI: 10.1111/cgf.12352

Alles in allem bin ich absolut zufrieden. Jetzt heiß es nur nicht nachlassen.

Nun ist es nur noch eine Woche bis zur EuroVis 2015. I werde dort zwei Vorträge halten: zum einen ein eingeladenes CGF-Paper über Visualisierung multi-dimensionaler Trajektorien und zum anderen, auf dem angeschlossenen Workshop EnvirVis 2015 eine Arbeit zu Flut-Visualisierung im urbanen Bereich. Mein Arbeitskollege wird außerdem auch noch einen Vortrag halten, zu Ambient Occlusion für semi-transparente Partikel. So, ihr könnt euch vorstellen, es gibt noch sehr viel zu tun. Vor uns liegt eine anstrengende Woche.

 

Die ESF-geförderte Nachwuchsforschergruppe VICCI beschäftigte sich von 2012 bis Ende 2014 an der Fakultät Informatik der Technischen Universität Dresden mit der Entwicklung, Steuerung und Integration von cyber-physikalischen Systemen (CPS). Der Anwendungsbereich umfasst Smart Home-Umgebungen und die Unterstützung von Menschen im Ambient Assisted Living.

Heute schreibe ich über Visualisierung in heterogener, verteilter Infrastruktur. Naja, das klingt jetzt spannender als es wirklich ist. Es geht schlicht und ergreifend um Remote-Visualisierung.

Ein erster Prototype für die komprimierte Bildübertragung wurde bereits in einem Kooperationsprojekt (gemeinsame Studentenbetreuung) mit dem HZDR Dresden erfolgreich eingesetzt und auf den internationalen Konferenzen SuperComputing 2013 (Denver) und 2014 (New Orleans) präsentiert (im Rahmen des Forschungsprojekts PIConGPU des HZDR, ACM Gordon Bell Finalists SC2013). Dieser Test zeigte deutlich die Funktionstüchtigkeit des Ansatzes.

Die Übertragungsstrecke der Video-Übertragung, als zentraler Aspekt des Ansatzes, wurde durch mehrere Kompressionsverfahren verbessert. Besonders hervorzuheben ist die Bachelorarbeit von Christoph Träger in welcher die Latenzmaskierung mittels Bildinterpolation und -extrapolation auf der Seite des darstellenden Endgeräts realisiert und untersucht wurde.

ba_traeger_idee

Grundidee der client-seitigen Bildinterpolation zur Latenzmaskierung. Ausgehend von dem Original-Bild (links), soll das Ziel-Bild (mitte) angenähert werden. Durch Re-Projektion kann die Geometrie angenähert werden (rechts).

Die prototypische Softwarekomponente zur Video-Übertragung trägt den Namen RIV. Der aktuelle Stand dieser Arbeit kann von der VICCI-Webseite heruntergeladen werden.

Die Implementierung der Bildinterpolation zur Latenzmaskierung ist auf der Webseite der Bachelorarbeit von Christoph Träger verfügbar. Achtung: die Rechte am Quellcode dieser Implementierung liegen vollständig bei Christoph Träger! Der hier präsentierte Quelltext darf nur zu Lehr- und Forschungszwecken einsetzt werden. Weitere Verwendungsarten erfordern das Einverständnis des Urhebers. Die TU Dresden hat das Nutzungsrecht des Quellcodes.

Die ESF-geförderte Nachwuchsforschergruppe VICCI beschäftigte sich von 2012 bis Ende 2014 an der Fakultät Informatik der Technischen Universität Dresden mit der Entwicklung, Steuerung und Integration von cyber-physikalischen Systemen (CPS). Der Anwendungsbereich umfasst Smart Home-Umgebungen und die Unterstützung von Menschen im Ambient Assisted Living.

Mein Arbeitspaket für Visualisierung und visuelle Analyse hatte im Rahmen des Projekts drei wesentliche Aspekte untersucht und entsprechende Lösungen erarbeitet:

  • die visuelle Analyse komplexer, multi-dimensionaler, multimodaler,  dynamischer Raumzeit-Daten,
  • die Visualisierung in heterogener, mobiler und verteilter IT-Infrastruktur und
  • die Realisierung von Visualisierungssystemen und -Komponenten.

Heute schreibe ich über die visuelle Analyse komplexer Raumzeit-Daten.

teaser

Die visuelle Analyse dient der administrativen Übersicht über eines laufenden CPS aus Gründen der Sicherheit, als Hilfestellung während Entwicklung und des Betrieb des Systems. Im Besonderen sind außergewöhnliches (Fehl-)Verhalten und das Entstehen von emergenten Systemeigenschaften hierbei von Bedeutung. Da hierfür eine visuelle Exploration notwendig ist, dürfen nur minimal wenige vorherige Annahmen getroffen und einschränkende Darstellungsmetaphern genutzt werden. Beispielsweise, können bestimmte Daten, wie auf die Gelenke eines Roboterarms wirkenden Kräfte, effektiver Visualisiert werden, wenn diese im geometrischen Kontext dargestellt werden. Diese Annahme jedoch verringert die Allgemeingültigkeit der Visualisierung.

Ausgehend von einer entsprechenden Anforderungsanalyse wurde daher eine grundlegende Visualisierung erarbeitet, welche koordinierten Ansichten, zeit-kontinuierlichen Scatterplot-Matrizen, zeit-kontinuierlichen parallelen-Koordinaten-Plots und zeitliche Heatmaps nutzt um die im CPS erhobenen Daten direkt darstellt. Diese Anwendung ist in der Lage generische multidimensionale Daten in Echtzeit interaktiv darzustellen und bietet somit eine hervorragende Möglichkeit für erste visuelle Analyseschritte. Das erarbeitete System wurde in der Fachzeitschrift Computer Graphics Forum, dem führenden europäischen Visualisierungsjournal, veröffentlicht. Im Rahmen der Evaluierung wurden die Daten des CPS live dargestellt und in Diskussion mit dem Publikum diskutiert. Das CPS wurde durch die weiteren direkt vor Ort und in entfernten Laboren betriebenen Demonstratoren und Sensoren gebildet.

  • [DOI] S. Grottel, J. Heinrich, D. Weiskopf, and S. Gumhold, „Visual Analysis of Trajectories in Multi-Dimensional State Spaces,“ Computer Graphics Forum, vol. 33, iss. 6, pp. 310-321, 2014.
    [Bibtex]
    @article {Grottel2014HDTraj,
      author = {Grottel, Sebastian and Heinrich, Julian and Weiskopf, Daniel and Gumhold, Stefan},
      title = {{Visual Analysis of Trajectories in Multi-Dimensional State Spaces}},
      year = {2014},
      journal = {Computer Graphics Forum},
    volume = {33},
    number = {6},
    pages = {310--321},
      doi = {10.1111/cgf.12352}
    }

DOI: 10.1111/cgf.12352

Diese Visualisierung wurde als Plugin für das Visualisierungssystem MegaMol realisiert. Der Quellcode dieses Plugins kann frei hier heruntergeladen und entsprechend der beigelegten Lizenz verwendet werden:

hdtraj.mmplugin.ziphdtraj.mmplugin.zip Multi-Dimensional Trajectory Visualization MegaMol Plugin
[99.7 KB; MD5: 0a6eaf465318b0f256ecfdf8a8b4ad50; Mehr Info]

Um das MegaMol-System und das Plugin zu kompilieren, nutzen Sie die entsprechenden Anleitungen auf der MegaMol-Webseite.

Ich arbeite gerne mit Software. Es macht mir Spaß mit großen Daten zu hantieren und interaktive 3D-Visualisierungen zu schaffen die nützlich, schön und cool sind. Auf dem Weg brauch ich natürlich die Hilfe einer riesigen Vielzahl von Funktionen, Libraries und Services. Bis die ganzen tausend Bausteine gut zusammenpassen ist es ein ätzender Kampf. Aber, es wäre gelogen, wenn ich leugnen würde das mir dieser Kampf auch Spaß machen. Es ist toll an zu sehen wie sich die Einzelteile mehrerer Personen zu einem funktionieren Ganzen zusammenfügen. In meinen aktuellen Projekten verbinden sich so Source-Code-Teile von meinen Kollegen in Dresden, meinen Ex-Kollegen in Stuttgart, meinen SHK, den von mir betreuten Studenten und von mir selbst.

Was allerdings nervt sind die Interfaces und die Stabilität der Teilkomponenten. Natürlich kann man hinter einen guten Interface die Implementierungen austauschen ohne den Rest des Systems zu beeinflussen, aber zeigt mir ein gutes Interface! Ich hab noch keins gesehen das keine Probleme mit sich bringt, und ich hab mir einige angeschaut. Die Weiterentwicklung eines Systems wird immer schwieriger je mehr Komponenten hinein kommen. Vor allem wenn es keinen Architekten mehr gibt, der den wirklichen Überblick hat.

MegaMol-Highlevel-ArchitectureTatsächlich ist MegaMol auf genau diesem Weg. Es wird immer aktiver in Stuttgart und Dresden eingesetzt, und natürlich möchte ich diesen Prozess fördern und ausweiten. Immerhin ist MegaMol mein Projekt und ich bin auch stolz drauf. Aber, je größer es wird und je mehr es eingesetzt wird, desto schwieriger ist es weiterzuentwickeln. Einige fundamentale Probleme brauchen fundamentale Änderungen. Das wird noch für viel Unmut sorgen. Mir ist auch nicht klar wer den ganzen Arbeitsaufwand stemmen wird können. Einerseits trete ich etwas zurück um andere Aufgaben zu erfüllen und versuche hauptsächlich dirigierend die Weiterentwicklung von MegaMol zu leiten. Andererseits wird die Entwicklung von MegaMol gerade wie der schwarze Peter von einem Doktoranden zum nächsten geschoben, was auch nicht gerade zielführend ist. Ich bin mir wirklich nicht sicher was kommen wird.

configurator2MegaMol-Modul-Graph (10.1109/TVCG.2012.282)

Aber ich habe meine Pläne. „Partitioning“! Und ich weiß genau welche Teile Priorität haben und welche kritisch sind. Das Problem sind aber die Interfaces zwischen den Teilen. Diese sind noch nicht sauber und damit ist das ganze Partitioning zurzeit für die Katz. Die ersten Versuche das zu korrigieren waren … semi-erfolgreich. Aber, ich denke gar nicht daran aufzugeben!

Meine Arbeit nimmt schön Fahrt auf und meine Projekte entwickeln sich wie erwartet. Ok, vielleicht etwas langsamer als ich es gerne hätte, aber ich kann zufrieden sein.

Als Teil der ganzen Entwicklung habe ich nun auch mein Forscherprofil hier auf meiner Webseite aktualisiert. Bald gibt’s auch wieder neue Infos zu meiner Forschung und meinen aktuellen Projekten.

Die letzte Woche war wieder sehr arbeitsreich. Ist irgendwie auch nichts neues mehr. Naja.

Zusammen mit zwei Kollegen habe ich eine Einreichung zu einer Konferenz erarbeitet. Ein schönes Paper über eine Visualisierungstechnologie. Natürlich kann ich mehr noch nicht sagen solange das Paper nicht angenommen ist. Mal schauen. Wir haben gut gearbeitet und ich bin ganz zuversichtlich. Ok. Das war ich auch bei den meisten Paper die dann abgelehnt wurden. Wie dem auch sei.

Außerdem gab es dann letzte Woche noch eine gute Nachricht. Das Paper eines Kollegen, bei dem ich beteiligt war, wurde auf der Multimedia Modelling 2015 angenommen:

  • [DOI] M. Spehr, S. Grottel, and S. Gumhold, „Wifbs: A Web-based Image Feature Benchmark System,“ in MultiMedia Modeling – 21th Anniversary International Conference, MMM 2015, Sydney, Australia, January 5-7, 2015, Proceedings, 2015, pp. 159-170.
    [Bibtex]
    @inproceedings{spehr2015mmm,
      author    = {Marcel Spehr and
                   Sebastian Grottel and
                   Stefan Gumhold},
      title     = {Wifbs: A Web-based Image Feature Benchmark System},
      booktitle = {MultiMedia Modeling - 21th Anniversary International Conference, {MMM} 2015, Sydney, Australia, January 5-7, 2015, Proceedings},
      editors   = {Xiangjian He, Suhuai Luo et al.},
      year      = {2015},
      pages     = {159--170},
      doi       = {10.1007/978-3-319-04114-8_2},
    }

Ich will mich nicht mit fremden Federn schmücken. Die Idee, die Umsetzung, das System und das Paper stammt alles zu den größten Teilen von meinem Kollegen Marcel Spehr. Tolle Leistung. Alles was ich gemacht habe war dabei zu stehen, hier und da etwas mit anzupacken oder eine Richtung vorzugeben, und dann natürlich beim eigentlichen Schreiben des Papers zu unterstützen.

System-Paper find ich toll. Es sind Arbeiten die über einfache Software in der Forschung hinausgehen. Diese Systeme, dieses hier und mein MegaMol, haben potential wirklich nützlich zu bleiben.

Heute gibt es auch nur eine kurze Notiz zum Thema MegaMol.

Es ist vollbracht! Das System Paper zu MegaMol selbst ist veröffentlicht:

  • [DOI] S. Grottel, M. Krone, C. Müller, G. Reina, and T. Ertl, „MegaMol — A Prototyping Framework for Particle-based Visualization,“ Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on, vol. 21, iss. 2, pp. 201-214, 2015.
    [Bibtex]
    @article{grottel2014megamol,
        author={Grottel, S. and Krone, M. and M\"{u}ller, C. and Reina, G. and Ertl, T.},
        journal={Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on},
        title={MegaMol -- A Prototyping Framework for Particle-based Visualization},
        year={2015},
        month={2},
        volume={21},
        number={2},
        pages={201--214},
        keywords={Data models;Data visualization;Graphics processing units;Libraries;Rendering (computer graphics);Visualization},
        doi={10.1109/TVCG.2014.2350479},
        ISSN={1077-2626}
    }

Doi: 10.1109/TVCG.2014.2350479

Die harte Arbeit hat sich gelohnt. MegaMol ist damit nun im IEEE Journal „Transactions on Visualization and Computer Graphics“, kurz TVCG, veröffentlich, dem Top-Journal in der Visualisierungs-Community. Ich muss zugeben, ich bin schon ziemlich stolz drauf.

Mal sehen wie es jetzt weiter geht. An sich wäre es schon möglich und gut MegaMol nun tatsächlich weiter zu bringen und zu pflegen als bisher. Ich würde das gerne machen. Aber natürlich hängt es von meiner beruflichen Zukunft ab in wie weit ich das können werde. Die Software hat so viel Potential. *hach*