Scalability for volume rendering and information visualization approaches in the context of scientific data

Abstract

Sowohl in vielen Forschungsbereichen, als auch im Ingenieurwesen werden numerische Simulationen physikalischer Prozessen eingesetzt, um experimentelle Untersuchungen zu ergänzen oder gar zu ersetzen.<br />Visualisierung gehört neben Datamining und Statistik zu den wichtigsten Werkzeugen, um die resultierenden Datenmengen zu analysieren und zu explorieren. Um mit den ständigen Weiterentwicklungen im Simulations und Modellierungsbereich mitzuhalten, müssen moderne Visualisierungstechniken flexibel und skalierbar sein. Der erste Volumsvisualisierungsansatz, welcher in dieser Arbeit beschrieben wird, benützt eine Zerlegung der Simulationsdaten in einzelne Blöcke und eine Resamplingmethode, um hoch detaillierte Simulationsgitter verarbeiten zu können. Für den Benutzer wichtige Datenregionen werden sehr genau dargestellt, während Teile geringerer Relevanz durch eine weniger detaillierte Repräsentation visualisiert werden. Aktuelle Simulationsmethoden sind in der Lage auf einer Volumszerlegung in beliebige polyhedrische Zellen zu arbeiten. Der zweite, in dieser Arbeit vorgestellte Volumsvisualisierungsansatz ermöglicht es direkt auf solch komplexen Gitterstrukturen definierte Daten darzustellen. Hierzu wird Raycasting eingesetzt, welches auf einer neuen hoch effizienten und sehr kompakten Datenstruktur arbeitet.<br />Informationsvisualisierung kann eingesetzt werden, um tiefe Einblicke in komplexe Simulationsresultate zu gewinnen. Allerdings müssen hierzu einige Probleme hinsichtlich der Skalierbarkeit von Informationsvisualisierungsmethoden gelöst werden. Die Ansätze, welche zu diesem Zweck in dieser Arbeit beschrieben werden, helfen dabei, Visualisierungen übersichtlich zu halten, auch wenn eine große Anzahl an Datenpunkten dargestellt werden muss. Der Verlauf von wichtigen Trends wird durch das Verwischen einer Textur, welche weißes Rauschen enthält, verdeutlicht, während ein neuartiges Farbschema Zusammenhänge zwischen verschiedenen Visualisierungsmethoden darstellt. Um die Effektivität der vorgestellten Methoden zu demonstrieren, enthält diese Arbeit ein ausführliches Anwendungsbeispiel.<br />