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Visualisierung mit C++ / OpenGL - SS 2008

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Bereiche der Visualisierung

- Flow-Vis

- Software-Vis

- Tensorfield-Vis

- Bio-Medical-Vis

- Mobile Vis

- Geospatial-Vis

- Architectural Vis

- Vol-Vis

- InfoVis

- Comparative Vis

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Bilddaten

Diskretisierung

Sichtdefinition

Transformation

Projektion

Rasterisierung

Visualisierungsdaten

Simulation

Visualization

Rendering

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Visualisierungs-Pipeline

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Anwendungs-Beispiel: „Kontext-sensitive Visualisierung“

(Jun. Prof. Dr. Achim Ebert)

State-of-the-Art bei Visualisierungssystemen:

- Systemdesign

- Große monolithische Systeme

- Für spezielle Verwendungszwecke entwickelt

- Softwareentwicklung

- Anwendung und Visualisierungssystem eng gekoppelt

- Programmierung sehr aufwendig

- Flexibilität

- Plattformabhängigkeit

- Manuelle Einstellung der Systemparameter

- Keine dynamische Anpassung

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Anwendungs-Beispiel: „Kontext-sensitive Visualisierung“

- Definition: kontextsensitiv

- kontextbezogen, kontextadaptiv

- „auf den aktuellen Zusammenhang – den Kontext – bezogen”

- Definition: kontextsensitive Visualisierung

- Eine Visualisierung bzw. eine Visualisierungsapplikation ist genau dann kontextsensitiv, wenn

- sie vorgegebene Kontexte berücksichtigt und

- flexibel auf sich dynamisch ändernde Situationen proaktiv reagiert.

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Kontext-sensitive Visualisierung - Szenarien

- Benutzerkontext

- Individualität und Personalisierung

- Benutzermodell: individuelle Benutzereigenschaften

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- Benutzerkontext

- Situationskontext

- Aktuelle Situation des Benutzers

- Orts- und Umgebungsmerkmale

- Visualisierungsanwendungen:

- Location-based services

- Mobile Visualisierung

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- Benutzerkontext

- Situationskontext

- System- und Interaktionskontext

- Systemkontext: Möglichkeiten der Rechnerumgebung

- Plattformunabhängigkeit

- Interaktionkontext: sich dynamisch ändernde Werte

- Flexibilität des Visualisierungsprozesses

- Parameterwahl: Framerate vs. Qualität

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- Benutzerkontext

- Situationskontext

- Darstellungskontext

- Ausgabemedium (Art, Größe, Auflösung)

- Thematik: Wie stelle ich etwas dar?

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- Benutzerkontext

- Situationskontext

- Darstellungskontext

- Datenkontext

- Wünsche und Vorgaben des Benutzers

- Parameter i.d.R. nicht im Voraus bekannt

- Thematik: Was stelle ich dar?

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Kontext-sensitive Visualisierung – Agentengesteuerte Visualisierungspipeline

UserDemands

Interaction

SystemPlatform

SystemValues

Data structures /Geometry /Colors /Textures

Measurements /Empirical Data

Model /Simulation

Resolution

MaterialsRenderingGeometry

LightsAnti-

Aliasing

Visualization

Reader FilterVisualizationAlgorithms

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Anwendungsbeispiel MacVis: Multi Agent- and Component-based Visualization

PERFORMANCE AGENT

READERMARCHING

CUBELEVEL OF

DETAILTEXTURECOORDS

RENDERER

USER DEMANDS ENVIRONMENT

LEGEND

REACTIVE AGENT

PROACTIVE AGENT

DATA GENERATION DATA CONVERSION DATA VISUALIZATION

CONTROL LOOP

REACTIVE AGENTKNOWLEDGE BASE

ENVIRONMENTKNOWLEDGE BASE

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Anwendungsbeispiel MacVis: CT-Datensatz eines menschlichen Kopfes

- 94 Schichtaufnahmen

- Abstand: 1.5 mm

- Auflösung: 2562 Pixel

- Pixelabstand: 0.8 mm

- Farbtiefe: 12 Bit

- Marching-Cubes-Algorithmus

- Berechnung von Konturflächen

- Approximation durch Dreiecksnetze

- Im Beispiel: ca. 150.000 Dreiecke (beste Qualitätsstufe)

- Level of Detail

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Einschub: Marching-Cubes Algorithmus

- Berechnung von Konturflächen

- Erweitert Marching-Squares auf 3D

- Marching Squares:

- Wähle Zelle

- Bestimme Zustand der Zelle -> Bitvektor

- Lookup-Table -> Verlauf der Konturlinie

- Berechne Schnittpunkte mit Kanten der Zelle:

- Weiter mit benachbarter Zelle

i jS 1 V V mit i

C f (V )

f (V ) f (V )

9 10 11

12 13 14

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Anwendungsbeispiel MacVis: Visual Prototyping

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Anwendungsbeispiel MacVis: Volumen-Rekonstruktion aus CT-Datensätzen

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Anwendungsbeispiel: VirtualTryOn – Virtueller Bekleidungskatalog

- Vision

- Interaktiver Bekleidungskatalog mit Kunden als 3D-Modell

- Konfektionsware und Maßkonfektion

- Visuelle Passformkontrolle

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- VITUS 3D Body-Scanner

- 360°-Scanner; Scanvolumen: 1.2m x 0.8m x 2.1m

- Laserklasse: 1 (augensicher)

- Scandauer: 10 - 20 Sekunden

- Auflösung: 1 - 2 mm

- Optional: hochauflösende Farbtexturen

- Automatische Bestimmungindividueller Körpermaße

- Virtueller Kunde

- Scan-Objekt + Maße + Featurepunkte

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- Kleidungssimulation

- extrem zeitaufwendig

- Eingabe: 3D-Scan des Kleidungsstücks

- Morphing-Agent

- Regelsystem- Basis: bekleidungstechnische Größentabellen

- Exakte Maßvorgaben

- Lokalität: Änderung von Einzelmaßen (z.B. Ärmellänge)

- Kopplung von Maßänderungen (-> Konfektionsgrößen)

- Shape-Deformation, Morphing zwischen Größen

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- Morphing-Technik

- Segmentierung des Kleidungsstückes

- Bestimmung einer geeignetenParametrisierung für jedes Segment

- Deformation- Änderung der lokalen

Eckpunkt-Koordinaten bzgl. zugehöriger Parametrisierung

- Gesamt-Morph- Additive lokale Deformationen

zylindrisch

sphärisch

zylindrisch

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- Virtuelle Anprobe

- Positionierung

- Vorpositionierung: Featurepunkte aus Scanprozess

- „Haltungskorrektur” zur genauen Positionierung

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Ergebnisse

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Anwendungsbeispiel: Mobile Visualisierung

- Inhalte

- Framework für ein flexibles, mobilesInformationsvisualisierungssystem

- Optimale visuelle Aufbereitung der Information

- Objekt- und/oder aufgabenorientierte Visualisierung

- Integration von 3D-Visualisierung auf allen Plattformen

- Einsatz modernster mobiler Geräte und Übertragungstechnologien

- Demonstrator

- Effiziente Informationsvermittlung und betriebliche Leistungssteigerung im Bereich von Abwasseranlagen

- Resultat: Transparentere sowie ökonomisch und ökologisch optimierte Prozesse in der Siedlungswasserwirtschaft

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Anwendungsbeispiel: Mobile Visualisierung - Technik

Server

D atenbank

PLS-D atenbank

M ess- undProzessdaten

D okum ente

P läne

Videos

3D -O bjekte

Benutzer-Anfrage

D ynam ischeD arste llung

DB-Anfra

DB-AnfrageResu lta t

Resu ltat

C lients

Visualis ierungsagenten

Legende:

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Anwendungsbeispiel: Mobile Visualisierung - Anwendungen

- Prozessüberwachung und -visualisierung

- Controlling und Benchmarking

- Reparatur und Wartung

- Aus- und Weiterbildung

- Notfall/Unfall

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