Forschungsfeld Visualisierung und visuelle Analysetechniken

Visuelle Analyse großer, dynamischer Daten
Interaktive visuelle Exploration in Echtzeit
Visualisierung großer partikelbasierter, multi- und hochdimensionaler Daten
Anwendungen aus den Gebieten granularer Medien, Molekulardynamik, Thermodynamik, Hydrodynamik, Physik, Zell- und Systembiologie
Softwareentwicklung interaktiver Visualisierungssysteme

Ansprechpartner: Dr. Sebastian Grottel

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Dr. rer. nat. Sebastian Grottel

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Professur für Computergraphik und Visualisierung

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Besuchsadresse:

Andreas-Pfitzmann-Bau, Raum 2108 Nöthnitzer Str. 46

01187 Dresden

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Visualisierung großer zeitabhängiger Datensätze

Visualisierung des Molekülmodells eines Aceton-Tröpfchens

Der Forschungsschwerpunkt Visualisierung und Visuelle Analysetechniken richtet sich auf die wissenschaftliche Visualisierung großer Datenmengen. Dieser Fokus umfasst sowohl die Darstellung solcher Daten zur Präsentation und Kommunikation, als auch die interaktive visuelle Exploration und Analyse. Beispielhaft nutzen diese Arbeiten an partikelbasierten Datensätzen und an Datensätzen aus der Biologie und den Lebenswissenschaften. Hierzu zählen Datensätze makroskopischer Partikel aus hydrodynamischen Simulationen, wie Sedimenttransport in Flussbetten oder das Verhalten von Blasen in Flüssigkeiten, atomare und molekulare Simulationen von Materialien, aber auch die Analyse von Entwicklungen von Zellkulturen in zeitlichen Aufnahmen durch dreidimensionale Mikroskopie. Die Visualisierungen in diesen Szenarien werden sowohl mit den klassischen Prozessen des Post-Processing verfolgt, als auch durch neue Methoden in Form von In-Situ-Visualisierung.

Die interaktive, visuelle Exploration wird durch moderne Methoden der Computergraphik und unter Ausnutzung aktueller Graphikkartenhardware realisiert. Intuitiver Umgang und Navigation mit den großen Datensätzen ist ebenso wichtig wie die aussagekräftige Darstellung. Kernpunkt der Arbeit sind entsprechend optimierte Datenstrukturen und Algorithmen, welche die hochparallele Rechenleistung moderne Graphikprozessoren optimal ausreizen können. Dies geschieht sowohl durch klassische Verfahren der Computergraphik als auch durch GPGPU-Ansätze. Mit letzteren engagiert sich die Forschergruppe auch im CUDA Cluster of Excellence der TU Dresden.

Im Rahmen der ESF-Nachwuchsforscherprojekts VICCI entstand beispielweise eine interaktive visuelle Exploration multidimensionaler zeitabhängiger Daten in Form unterschiedlicher Diagramme. Die im Projekt in Echtzeit erhobenen Daten der Roboter- und CPS-Infrastruktur wurde ohne weiter Annahmen direkt visualisiert. Die entstandene Visualisierung, basierend auf koordinierten Ansichten, zeit-kontinuierlichen Scatterplotmatrizen, zeit-kontinuierlichen parallelen Koordinaten und zeitlicher Heatmap, ist in der Lage generische multidimensionale Daten in Echtzeit interaktiv darzustellen und bietet somit eine hervorragende Möglichkeit für erste visuelle Analyseschritte.

In enger Kooperation mit der Universität Stuttgart wird die Visualisierungssystemsoftware MegaMol™ eingesetzt und weiterentwickelt. MegaMol™ fokussiert sich auf die interaktive Exploration großer partikelbasierter Daten auf herkömmlichen Desktop-Computer. MegaMol™ nutzt Graphikhardware optimal aus und bietet hervorragende Möglichkeiten für die Entwicklung von Forschungsprototypen in der wissenschaftlichen Visualisierung. Als Ergebnis der Zusammenarbeit beider Universitäten wurde dieses System inzwischen in der führenden Fachzeitschrift im Feld der Visualisierung veröffentlicht.