Ganzheitliche Optimierung für Energiegetriebene Wissenschaftliche Visualisierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Tobias Günther
• Fachliche Zuordnung: Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517157369

Die wissenschaftliche Visualisierung ist eine Forschungsdisziplin, die Forscher in Wissenschaft, Technik und Ingenieurwesen bei der Analyse und Visualisierung großer und komplexer räumlicher Datensätze unterstützt, beispielsweise in der Meteorologie, Geophysik oder Strömungsdynamik. Die Erstellung wissenschaftlicher Visualisierungen wird durch die so genannte Visualisierungspipeline modelliert, die aus einer Abfolge von Datentransformationen (bestehend aus Vorverarbeitung und Merkmalsextraktion), einem visuellen Mapping (welches Datenattribute mithilfe von Farbe und anderen visuellen Kanälen visuell kodiert) und einem Rendering-Prozess besteht, der das endgültige Bild synthetisiert. In den letzten Jahren wurden immer mehr Optimierungsmethoden erforscht, die die Merkmalsextraktion und das visuelle Mapping als Energieminimierungsprobleme beschreiben, bei denen optimale Parameter gesucht werden, die eine wünschenswerte Zielfunktion am besten erfüllen. Dazu gehören die Anpassung der Transparenz, die Auswahl von Farben, die optimale Platzierung von Partikeltrajektorien sowie die Auswahl eines geeigneten Bezugssystems im Vorfeld einer konventionellen Merkmalsextraktion. Bislang wurden Optimierungen nur in einzelnen Pipelineschritten durchgeführt. Mit diesem Projekt formulieren wir Energieminimierungen über die gesamte Visualisierungspipeline hinweg und ermöglichen so die gleichzeitige Optimierung von Geometrie und Sichtbarkeit, um die im finalen Bild gemessenen Qualitätsmetriken zu verbessern. In diesem Forschungsprojekt untersuchen wir die Möglichkeiten und Grenzen solcher nichtlinearer Parameteroptimierungen für die gesamte Visualisierungspipeline, um damit die Grundlagen für die nächste Generation energiegetriebener Visualisierungssysteme zu schaffen. Das Forschungsprojekt gliedert sich in drei Schritte. Zunächst erforschen wir neuartige nichtlineare Qualitätsmetriken, die die Sichtbarkeit mehrerer Objekte beim direkten Volumenrendering beurteilen, und entwickeln ein visuelles Analysewerkzeug, um das Konvergenzverhalten der nichtlinearen Löser zu untersuchen. Zweitens erweitern wir die Optimierung auf die gesamte Visualisierungspipeline, indem wir die Platzierung der Liniengeometrie bei gleichzeitiger Optimierung ihrer Sichtbarkeit optimieren. Und drittens integrieren wir zusätzliche Benutzervorgaben in die Optimierung und unterstützen bei der Navigation und Exploration von zeitabhängigen Daten. Mit der ganzheitlichen Optimierung über die gesamte Visualisierungspipeline hinweg können zahlreiche bestehende Optimierungsprobleme in Zukunft in Verbindung als Teil einer umfassenden energiegetriebenen Visualisierungspipeline wieder aufgegriffen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen