3D-VR-Raum
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Kommunikation zwischen Mensch und Computer folgt heutzutage allgemein anerkannten Paradigmen. Jedoch ist die heutzutage fast selbstverständliche Interaktion mit i.e. Maus und Tastatur keineswegs intuitiv und muss erst erlernt werden. Der im Rahmen dieses Großgeräteantrags eingerichtete 3D Raum bietet eine Plattform, um diese und verwandte Fragestellungen zu untersuchen. In Zusammenarbeit mit der medizinischen Hochschule Hannover wurden Verfahren zur automatischen und halbautomatischen Segmentierung medizinischer Datensätze erarbeitet, die unter anderem ein objektives Kriterium zum Vergleich verschiedener Operationstechniken lieferten. Mit Hilfe der am Lehrstuhl entwickelten Medizinvisualisierungssoftware YaDiV wurde die stereographische Darstellung segmentierter Medizindaten untersucht, die ein intuitives Verständnis der präsentierten Daten fördert. Zur natürlichen Interaktion läuft im Moment eine von Siemens/DAAD unterstützte Doktorarbeit, mit dem Ziel eine haptische Schnittstelle zu etablieren. Die komplette Infrastruktur des VR-Raumes bildete die technische Basis für die Beteiligung des Lehrstuhles im Multiscale Human EU Projekt von 2011 bis 2015. Dieses hat die biomedizinische multiskalen Visualisierung und Untersuchung des Menschen zum Ziel. Auf Vorschlag von Prof. F.-E. Wolter wurde im Jahr 2012 Prof. Nadia Thalmann im Bereich Informatik der renommierte Humboldt Forschungspreis verliehen. Durch dieses Preisgeld wird die Forschungskooperation der Preisträgerin mit F.-E. Wolter am Welfenlab gefördert. Ein Schwerpunkt dieser Forschung ist biomedizinische 3D-Bilddatenbearbeitung mit haptischer Interaktion. Die durch die Hochleistungsworkstations zur Verfügung gestellte Rechenleistung ermöglichte eine Echtzeitdarstellung außerordentlich umfangreicher Datensätze, wie sie zum Beispiel im Kooperationsprojekt mit dem Institut für Mineralogie verwendet wurden. Die durch die entwickelten Visualisierungstechniken gewonnenen Erkenntnisse sind bislang einzigartig und werden im Rahmen einer Doktorarbeit veröffentlicht. Desweiteren ist vorgesehen mit der Infrastruktur des VR-Raums i.e. Berechnungen und Visualisierungsaufgaben im Rahmen zweier derzeit laufender DFG-Projekte wesentlich zu verbessern. Es handelt sich hierbei um die folgenden zwei Projekte: Visualisierungen und Berechnungen bei dem Projekt Mediale Achsentransformation für die inverse Materialflusssimulation und die anspruchsvolle dynamische 3D-Visualisierung differentialgeometrischer Methoden zur Analyse elektronischer Schaltungen. Im Rahmen einer Doktorarbeit wurde begonnen Simulationen der Fluiddynamik in der Cochlea zu erstellen. Auf der Cell-Architektur soll dabei das dreidimensionale Lattice-Boltzmann-Verfahren implementiert und parallelisiert werden. Dazu wurde eine Software zur genetischen Programmierung entwickelt, welche optimierte Assemblerprogramme auf den SPU-Prozessoren der Cell-Architektur generieren kann. Für das bis 2007 laufende „HAPtic Sensing of Virtual TEXtiles “ (HAPTEX) EU-Projekt, an dem der Lehrstuhl maßgeblich beteiligt war, wurde die entwickelte Textilsimulation auf die parallele Cell-Architektur erweitert. Ergebnisse der Arbeitsgruppe sind in zwei Springer Monographien veröffentlicht worden. Als eine Erweiterung und Verallgemeinerung der Ergebnisse aus dem HAPTEX Projekt werden auf differentialgeometrischen Methoden basierende Erweiterungen der entwickelten zeitadaptiven Diskretisierung in einer laufenden Doktorarbeit untersucht. Die momentane Forschung konzentriert sich darauf, eine Architektur zu entwickeln, die die parallele und verteilte Struktur der Hardware abstrahiert, um eine wiederverwendbare Plattform für performante Anwendungen zu schaffen. Neben der Bedeutung für die Forschung war der VR-Raum auch in der Lehre und Darstellung des Instituts in der Öffentlichkeit von großer Wichtigkeit. So wurde z.B. in der „Nacht die Wissen schafft“ unsere Forschung auch für interessierte Gäste außerhalb des universitären Raums zugänglich gemacht. Eine große Anzahl von Studenten konnte durch Arbeiten rund um den VR-Raum für eine Spezialisierung in diesem Bereich begeistert werden. Die Umsetzung der Inhalte verschiedener am Institut gehaltener Veranstaltungen live erleben zu können, wurde ebenfalls von vielen Studenten mit Interesse aufgenommen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- ”Haptic Two-Finger Contact With Textiles”. The Visual Computer, 24(10):911-922, 2008
Guido Böttcher, Dennis Allerkamp, Daniel Glöckner, Franz-Erich Wolter
- “Haptic Interaction with Deformable Objects”. Springer Verlag, ISBN 978-085729-934-5, 2010
Guido Böttcher
- “Multi-Rate Coupling of Physical Simulations for Haptic Interaction with Deformable Objects”. The Visual Computer (2010), Vol. 26, Special Issue to the Computer Graphics International Conference 2010
Guido Böttcher, Dennis Allerkamp, Franz-Erich Wolter
- „Entwicklung einer Plattform zur 3D-Visualisierung und -Segmentierung medizinischer Daten“. The Visual Computer (2010), Volume: 27, Special Issue for the 3D Anatomical Human Summer School 2010
Karl Ingo Friese
- "A numerical approach for nonlinear dynamical circuits with jumps". IEEE European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD), Linkoping, Sweden, 2011,p. 461-464
Tine Thiessen, Martin Gutschke, Philipp Blanke, Wolfgang Mathis, Franz-Erich Wolter
- “Tactile Perception of Textiles in a Virtual-Reality System”. Springer Verlag, ISBN 978-3642-13973-4, 2011
Dennis Allerkamp
- “Interactive Fractal Compositions”. Proceedings - VRCAI 2012: 11th ACM SIGGRAPH International Conference on Virtual-Reality Continuum and Its Applications in Industry, pp. 181-187
Felix Haase, Maximilian Klein, Andreas Tarnowsky, Franz-Erich Wolter
- “Analysis of tomographic mineralogical data using YaDiV-Overview and practical case study”. Computers and Geosciences 56 (2013), 92-103
Karl-Ingo Friese, Sarah Cichy, Franz-Erich Wolter, Roman Botcharnikov
- “Fast 3D inverse simulation of hot forging processes via Medial Axis Transformation: An approach for preform estimation in hot die forging”. Production Engineering 7 (2013), no. 4, 409-416
Adrian Santangelo, Philipp Blanke, Tarik Hadifi, Franz-Erich Wolter, Bernd Arno Behrens
- “Haptic Rendering of Volume Data with Collision Detection Guarantee Using Path Finding.” Transactions on Computational Science 18 Lecture Notes in Computer Science 7848 (2013), 212-231
Roman Vlasov, Karl-Ingo Friese, Franz-Erich Wolter
- „Laplacians on flat line bundles over 3-manifolds“. Computers and Graphics (Pergamon) 37 (2013), no. 6, 718-729
Alexander Vais, Daniel Brandes, Hannes Thielhelm, Franz-Erich Wolter
