Untersuchung effizienter Methoden zur visuellen und haptischen tele-immersiven Exploration komplexer Volumen- und Strömungsdaten aus parallelisierten, dynamischen 3D-Simulationen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Stephan Olbrich
• Subject Area: Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing
• Term: from 2005 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5440139

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Im Projekt „EVITA - Effiziente Methoden zur Visualisierung in tele-immersiven Anwendungen" wurden erfolgreiche Beiträge zu den folgenden Bereichen geleistet: Parallele Isosurface-Extraktion mit integrierter Polygonsimplifizierung Die Idee der engen Verzahnung zweier bekannter Verfahren - einerseits der Marching-Cubes-Algorithmus zur Erzeugung polygonal angenäherter Isooberflächen aus Skalarfeldern, andererseits Vertex-Clustering zur Polygonsimplifizierung - wurde implementiert und erprobt. Hinsichtlich der parallelen Skalierung sowie auch bezüglich der erzielten Reduktionsfaktoren ist der Ansatz erfolgreich. Ein neu hinzugekommener Ansatz zur adaptiven Reduktion, der zukünftig noch ausbaubar ist, führte zu einer weiteren deutlichen Qualitätsverbesserung. Parallele Strömungslinien-Extraktion mit merkmalsbasiertem Postfiltering Es wurden parallele Programmbibliotheksfunktionen entwickelt, die eine effiziente Aufbereitung instationärer Vektorfelder in Strömungskurven eriauben. Mittels Anreicherung des Datenstroms, der ursprünglich die Bahnlinien nur als SD- Grafik codierte, durch Eigenschaften aus räumlich und zeitlich zugeordneten Rohdaten wurde ein neuer Ansatz realisiert. Dieser unterstützt sowohl den Batchbetrieb durch die automatisierte Datenextraktion als auch explorative Visualisierungsszenarien durch die Integration von interaktivem Postfiltering. Netzverteiltes Volumen- und Haptik-Rendering komplexer Zeitserien Im Rahmen der Unterstützung von Direct Volume Rendering und Haptik- Rendering wurden effiziente Codes und Datentransportverfahren untersucht. Zu den leistungssteigernden Besonderheiten zählt, dass in dem netzverteilten, interaktiven System in Abhängigkeit vom aktuellen Ort des Haptik-End-Effektors nur die Daten aus der unmittelbaren Umgebung übertragen werden.

Publications

• Efficient 1-pass prediction for volume compression. Proceedings of 14th Scandinavian Conference on Image Analysis, Joensuu, Finnland, 2005
  Jensen, N.; von Voigt, G.; Nejdl, W.; Bernarding, J.
  
• Real-time synchronised 3D-perceptualisation. Proceedings of Science and Supercomputing in Europe, Casalecchio die Reno (Bologna), Italy, 2005
  Jensen, N.
  
• 3D-Filme für Forschung und Lehre - Virtuelle Welten zum Greifen nahe! 3D-Demonstration im Rahmen der 175-Jahr-Feier der Leibniz Universität Hannover, Nacht der Wissenschaften, Hannover, 09.05.2006
  Gaus, G.
  
• Der Einsatz von Höchstleistungsrechnern in der Meteorologie und Klimatologie am Beispiel von Turbulenzsimulationen für Stadtgebiete. Vortrag im Rahmen der 175-Jahr-Feier der Leibniz Universität Hannover, Nacht der Wissenschaften, Hannover, 09.05.2006
  Raasch, S.
  
• Die Erforschung des Unsichtbaren - Faszinierende Einblicke in atmosphärische Turbulenz durch Supercomputer und Hochleistungsgrafik. Vortrag anlässlich der Studentischen Meteorologen-Tagung (StuMeTa) 2006, Hannover, 25.05.2006
  Letzel, M. O.
  
• Effiziente Datenextraktion und 3D-Visualisierung in verteilten Systemen. Vortrag im Rahmen des Meteorologischen Kolloquiums, Institut für Meteorologie und Klimatologie, Leibniz Universität Hannover, 11.05.2006
  Olbrich, S.
  
• Einsatzszenarien der Virtuellen Realität zur netzverteilten Exploration numerischer Simulationen. Vortrag im Rahmen der Mitgliederversammlung der Gl-Regionalgruppe Düsseldorf, 17.05.2006
  Olbrich, S.
  
• EVITA - Effiziente Methoden zur Visualisierung in immersiven Anwendungen. In: Labisch, A. (Hrsg.): Jahrbuch der Heinrich- Heine-Universität Düsseldorf 2005/2006, Düsseldorf, 2006
  Olbrich, S.; Jensen, N.; Gaus, G.
  
• Generating Simplified Meshes from Distributed Volume Data. Technical Report tr-l3s-20060301, Forschungszentrum L3S, Universität Hannover, 2006
  Jensen, N.
  
• Parallelisierungs- und Streamingverfahren zum netzverteilten Hochleistungsrechnen und -visualisieren. ZKI-Arbeitskreis Multimedia und Graphik / Kolloquium „Ausgewählte Themen der Datenverarbeitung", Lehrstuhl für Informatik (Prof. Dr. Ulrich Lang), Universität Köln, 09.11.2006
  Olbrich, S.
  
• Stürmisch und turbulent - Die Atmosphäre in 3D. Saturday Morning Lecture - Physik für Aufgeweckte. Vortrag und stereoskopische 3D-Präsentation im Audimax der Leibniz Universität Hannover, 02.12.2006
  Raasch, S.
  
• Vorstellung des Rechenzentrums / Simulation und 3D-Visualisierung in verteilten Systemen. Vortrag im Rahmen eines Treffens des IHK-Arbeitskreises Software, Universitätsrechenzentrum, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, 21.03.2006
  Olbrich, S.
  
• A Parallelized Streaming Framework for Simulation and Visualization Grids. Research Poster and Abstract (peerreviewed). International Supercomputing Conference 2007, Dresden, 26.- 28.06.2007
  Olbrich, S.; Raasch, S.; Manten, S.; Gaus, G.
  
• A Parallelized Streaming Framework for Simulation and Visualization Grids. Research Poster, 3D-Demonstration, International Supercomputing Conference 2007 (ISC07), Dresden, 26.-28.06.2007
  Olbrich, S.; Raasch, S.; Manten, S.; Gaus, G.
  
• Design and Psychophysical Study of Volume Compression for Haptic Rendering. Proceedings of Second Joint EuroHaptics Conference and Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems (WHC 2007), Tsukuba, 22.-24.03.2007
  Jensen, N.; Gaus, G.; von Voigt, G.; Olbrich, S.
  
• Erkenntnisgewinn und -Vermittlung durch moderne Informationsund Medientechnologien - Computersimulation und Virtual Reality. Vortrag und 3D-Stereo-Großbildpräsentation im Rahmen des Seminars „Medienmanagement, Medienszene"" (Prof. Dr. Manfred Lötsch), Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, 10.05.2007
  Olbrich, S.
  
• Hochleistungsrechnen und parallele Programmierung - Service für und Gegenstand von forschung und Lehre. In: Labisch, A. (Hrsg.): Jahrbuch der Heinrich-Helne-Universität Düsseldorf 2006/2007, Düsseldorf, 2007
  Olbrich, S.; Manten, S.
  
• Parallele Isosurface-Extraktion mit integrierter flexibler Polygonsimplifizierung. Tagungsband zum 4. Workshop „Virtuelle und Erweiterte Realität" der Gl-Fachgruppe VR/AR, Bauhaus-Universität Weimar. 15.07.2007
  Manten, S.; Jensen, N.; Olbrich, S.
  
• Parallelisierte, streomingbasierte Visualisierungsmiddleware: DSVR - Konzept und 3D-Anwendungen zur Volumen- und Strömungsvisualisierung. HLRN-Workshop „Graphisches Post-Processing", HLRN/RRZN, Leibniz Universität Hannover, 25.04.2007
  Olbrich, S.
  
• Scalable Isosurface Extraction in o Parallelized Streaming Framework for Interactive Simulation and Visualization. Proceedings of 10th International Conference on Humans and Computers, Düsseldorf, 13.-15.12.2007
  Olbrich, S.; Manten, S.; Jensen, N.
  
• Virtuelle Welten zum Greifen nahe - 3D-Filme für Forschung und Lehre. Vortrag und 3D-Stereo-Großbildpräsentation am „Tag der Forschung", Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, 28.10.2007
  Olbrich, S.; Manten, S.
  
• DSVR - Skalierbare Visuolisierungsverfahren zur Integration in massivparallelen Simulationen und netzverteilten VR-Anwendungen. JSC Informationsforum „Visualisierung wissenschaftlicher Daten", Forschungszentrum Jülich, 31.03.2008
  Olbrich, S.
  
• Effiziente In-situ-Visualisierung in massivparallelen Anwendungen. ZKI-Arbeitskreis Supercomputing, TU Ilmenau, 18.09.2008
  Olbrich, S.
  
• Exploring unsteady flows by parallel extraction of property-enhanced pathlines and interactive post-filtering. Proceedings of 14th Eurographics Symposium on Virtual Environments (EGVE 2008), Eindhoven, 29.-30.05.2008. (Paper, Poster)
  Vetter, M.; Manten, S.; Olbrich, S.
  
• High resolution urban large-eddy simulation studies from street canyon to neighbourhood scale. Atmos. Env., 42, 2008
  Letzel, M. 0.; Krane, M.; Raasch, S.
  
• Scalable simulation and visualization - Challenges in and solutions for massively parallel computing and networked virtual reality applications. Dagstuhl-Seminar „Virtual Realities", Schloss Dagstuhl, Dagstuhl, 01.-06.06.2008
  Olbrich, S.
  
• Simulate your climate in 3D virtual reality. Beitrag zum Jahresbericht 2007 des Forschungszentrums L3S, Universität Hannover, 2008
  Olbrich, S.
  
• Turbulent flow oround high-rise office buildings in downtown Tokyo. Online-Publikation inklusive Video. Dynamic Visualization in Science - DyVis: Peer-reviewed Online Journal, 2008
  Letzel, M. 0.; Gaus, G.; Raasch, S.; Jensen, N., Kanda, M.
  
• Virtuelle Welten zum Greifen nahe - 3D-Filme für Forschung und Lehre. Vortrag und 3D-Stereo-Großbildpräsentation am „Tag der Forschung", Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, 02.11.2008
  Olbrich, S.; Manten, S.
  
• Zusammenhänge erkennen - Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Simulation und 3D-Visualisierung durch HPC. DBUS-Jahrestagung 2008. Deutsche Bull User Society, Bamberg, 28.-29.05.2008
  Olbrich, S.
  
• Parallel isosurface extraction including polygon simplification vio self adapting vertex clustering. Proceedings of 9th lASTED International Conference on Visualization, Imaging and Image Processing (VHP 2009), 13.-15.07.2009, Cambridge, United Kingdom
  Manten, S.; Breuer, L; Olbrich, S.