Hochauflösende Stereo-Rückprojektionswand mit Graphik-Cluster

• Fachliche Zuordnung: Informatik
• Förderung: Förderung in 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 163536451

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die hochauflösende Stereo-Rückprojektionswand und der zu ihrem Betrieb beschaffte GPU-Cluster sind am Visualisierungsinstitut der Universität Stuttgart, einer zentralen Forschungseinrichtung der Universität, installiert. Der Cluster dient dabei nicht nur zum Betrieb der Powerwall, sondern auch der Forschung im Bereich verteilte Visualisierung und High-Performance-Computing/Visualization. Die geringe Größe der Pixel der Powerwall ermöglicht wie erwartet eine bisher nicht gekannte Tiefenwahrnehmung, von der alle Stereo-Anwendungen profitieren. Eingesetzt wurde dies hauptsächlich bei der Visualisierung von Simulationsergebnissen aus Materialwissenschaften und Biologie (im Kontext des SFB 716), wie auch für geographische Daten. Diesen Anwendungen ist gemein, dass sie über eine große Menge an Datenpunkten (z. B. bei Laserablationssimulationen) und Details verfügen, die durch die große Zahl von Pixeln erst in ihrer Gesamtheit sichtbar werden. Ähnlich verhält es sich bei vergleichender Visualisierung, die nahezu beliebig mit der Zahl der Pixel skaliert. Die große Anzahl von Pixeln, die gefüllt werden muss, stellte jedoch auch eine Herausforderung für Algorithmen wie Volumen-Rendering dar. Die Komplexität der Gesamtanlage mit einem heterogenen Cluster erlaubte dabei eine Vielzahl unterschiedlicher Ansätze, deren Verhalten nur schwer vorhersehbar und teilweise auch unterwartet war. Powerwall und Cluster dienten dabei nicht nur als Plattform für die Experimente, sondern konnten auch direkt zur visuellen Performance-Analyse genutzt werden (im SFB/TRR 161). Ebenso diente das Gesamtsystem als Plattform zur Untersuchung fehlertoleranter Visualisierungstechniken. Der GPU-Cluster wurde nicht nur zum Betrieb der Powerwall eingesetzt, sondern stand auch für Berechnungen zur Verfügung. Anwendungen waren HPC-Aufgaben wie die Parametersuche für prozedurale Texturen. Die Berechnung relativistischer Visualisierungen oder auch die Synthese von 3D-Sound mit physikalisch basierten Rendering-Techniken profitierten jedoch insbesondere von der durchgängigen Verfügbarkeit von GPUs auf allen Knoten des Clusters. Selbiges gilt für die Rekonstruktion dreidimensionaler Volumenmodelle planetarer Nebel aus Teleskopaufnahmen, wie auch die parallele Erzeugung einer großen Zahl von Varianten zur vergleichenden Visualisierung.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Distributed Computation and Large-Scale Visualization in Heterogeneous Compute Environments. International Symposium on Parallel and Distributed Computing, S. 87-94, 2012
  Panagiotidis, Alexandros; Kauker, Daniel; Sadlo, Filip; Ertl, Thomas
  
• Visualization of Astronomical Nebulae via Distributed Multi-GPU Compressed Sensing Tomography. Transactions on Visualization and Computer Graphics : Ausgabe 18, Nr. 12 (2012), S. 2188- 2197
  Wenger, Stephan; Ament, Marco; Guthe, Stefan; Lorenz, Dirk; Tillmann, Andreas; Weiskopf, Daniel; Magnor, Marcus
  
• 2012 IEEE Visualization Contest Winner: Visualization of Polarization Domains in Barium Titanate. IEEE Computer Graphics & Applications 33 (5), S. 9-17 (2013)
  Scharnowski, Katrin; Krone, Michael; Sadlo, Filip; Beck, Philipp; Roth, Johannes; Trebin, Hans- Rainer; Ertl, Thomas
  
• Evaluation of per-pixel linked lists for distributed rendering and comparative analysis. Computing and Visualization in Science: Ausgabe 15, Nr. 3 (2013), S. 111-121
  Kauker, Daniel; Krone, Michael; Panagiotidis, Alexandros; Reina, Guido; Ertl, Thomas
  
• The VVand: A Two-Tier System Design for High-Resolution Stereo Rendering. CHI POWERWALL 2013 Workshop, 2013
  Müller, Christoph; Reina, Guido; Ertl, Thomas
  
• GeoViS – Relativistic ray tracing in four-dimensional spacetimes. Computer Physics Communication 185, 2301-2308 (2014)
  Müller, Thomas
  
• Strategies for Fault-Tolerant Distributed Visualization. IEEE Pacific Visualization Symposium - Visualization Notes, S. 286-290, 2014
  Panagiotidis, Alexandros; Reina, Guido; Ertl, Thomas
  
• Exploratory Performance Analysis and Tuning of Parallel Interactive Volume Visualization on Large Displays. Eurographics Conference on Visualization - Short Papers, S. 13-17, 2015
  Panagiotidis, Alexandros; Frey, Steffen; Ertl, Thomas
  
• MegaMol – A Prototyping Framework for Particle-based Visualization. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics: Ausgabe 21, Nr. 2 (2015), S. 201-214
  Grottel, Sebastian; Krone, Michael; Müller, Christoph; Reina, Guido; Ertl, Thomas
  
• On the Utility of Large High-Resolution Displays for Comparative Scientific Visualisation. International Symposium on Visual Information Communication and Interaction (VINCI) 8 (2015)
  Müller, Christoph; Krone, Michael; Scharnowski, Katrin; Reina, Guido; Ertl, Thomas