Kategorie: Forschung & Lehre

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.

[bibtex key=2015staib_aowt]
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.

[bibtex key=2015grottel_flood]
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.

[bibtex key=Grottel2014HDTraj]
DOI: 10.1111/cgf.12352

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

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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.

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Kommende Woche starten die Vorlesungen wieder an der TU Dresden. Ich werde die Vorlesung C++-Programmierung für Computergraphik lesen. Dies ist das dritte Jahr dieser Vorlesung. Nun, ich habe bereits einen ganz schönen Fundus an Folien für die Vorlesung selbst, aber ich werde den Inhalt zu 3D-Graphik (OpenGL) ausbauen. Außerdem, zusammen mit einem SHK, erneuern wir die praktischen Übungen komplett. Das wird alles so gut.

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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.

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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.

[bibtex key=Grottel2014HDTraj]
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.

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