Path-tracing Monte Carlo Library for 3D Radiative Transfer in Highly Resolved Cloudy Atmospheres

Interactions between clouds and radiation are at the root of many difficulties in numerically predicting future weather and climate and in retrieving the state of the atmosphere from remote sensing observations. The large range of issues related to these interactions, and in particular to three-dimensional interactions, motivated the development of accurate radiative tools able to compute all types of radiative metrics, from monochromatic, local and directional observables, to integrated energetic quantities. In the continuity of this community effort, we propose here an open-source library for general use in Monte Carlo algorithms. This library is devoted to the acceleration of path-tracing in complex data, typically high-resolution large-domain grounds and clouds. The main algorithmic advances embedded in the library are those related to the construction and traversal of hierarchical grids accelerating the tracing of paths through heterogeneous fields in null-collision (maximum cross-section) algorithms. We show that with these hierarchical grids, the computing time is only weakly sensitivive to the refinement of the volumetric data. The library is tested with a rendering algorithm that produces synthetic images of cloud radiances. Two other examples are given as illustrations, that are respectively used to analyse the transmission of solar radiation under a cloud together with its sensitivity to an optical parameter, and to assess a parametrization of 3D radiative effects of clouds.Comment: Submitted to JAMES, revised and submitted again (this is v2

Serious Games in Cultural Heritage

Although the widespread use of gaming for leisure purposes has been well documented, the use of games to support cultural heritage purposes, such as historical teaching and learning, or for enhancing museum visits, has been less well considered. The state-of-the-art in serious game technology is identical to that of the state-of-the-art in entertainment games technology. As a result the field of serious heritage games concerns itself with recent advances in computer games, real-time computer graphics, virtual and augmented reality and artificial intelligence. On the other hand, the main strengths of serious gaming applications may be generalised as being in the areas of communication, visual expression of information, collaboration mechanisms, interactivity and entertainment. In this report, we will focus on the state-of-the-art with respect to the theories, methods and technologies used in serious heritage games. We provide an overview of existing literature of relevance to the domain, discuss the strengths and weaknesses of the described methods and point out unsolved problems and challenges. In addition, several case studies illustrating the application of methods and technologies used in cultural heritage are presented

Trace-based Performance Analysis for Hardware Accelerators

This thesis presents how performance data from hardware accelerators can be included in event logs. It extends the capabilities of trace-based performance analysis to also monitor and record data from this novel parallelization layer. The increasing awareness to power consumption of computing devices has led to an interest in hybrid computing architectures as well. High-end computers, workstations, and mobile devices start to employ hardware accelerators to offload computationally intense and parallel tasks, while at the same time retaining a highly efficient scalar compute unit for non-parallel tasks. This execution pattern is typically asynchronous so that the scalar unit can resume other work while the hardware accelerator is busy. Performance analysis tools provided by the hardware accelerator vendors cover the situation of one host using one device very well. Yet, they do not address the needs of the high performance computing community. This thesis investigates ways to extend existing methods for recording events from highly parallel applications to also cover scenarios in which hardware accelerators aid these applications. After introducing a generic approach that is suitable for any API based acceleration paradigm, the thesis derives a suggestion for a generic performance API for hardware accelerators and its implementation with NVIDIA CUPTI. In a next step the visualization of event logs containing data from execution streams on different levels of parallelism is discussed. In order to overcome the limitations of classic performance profiles and timeline displays, a graph-based visualization using Parallel Performance Flow Graphs (PPFGs) is introduced. This novel technical approach is using program states in order to display similarities and differences between the potentially very large number of event streams and, thus, enables a fast way to spot load imbalances. The thesis concludes with the in-depth analysis of a case-study of PIConGPU---a highly parallel, multi-hybrid plasma physics simulation---that benefited greatly from the developed performance analysis methods.Diese Dissertation zeigt, wie der Ablauf von Anwendungsteilen, die auf Hardwarebeschleuniger ausgelagert wurden, als Programmspur mit aufgezeichnet werden kann. Damit wird die bekannte Technik der Leistungsanalyse von Anwendungen mittels Programmspuren so erweitert, dass auch diese neue Parallelitätsebene mit erfasst wird. Die Beschränkungen von Computersystemen bezüglich der elektrischen Leistungsaufnahme hat zu einer steigenden Anzahl von hybriden Computerarchitekturen geführt. Sowohl Hochleistungsrechner, aber auch Arbeitsplatzcomputer und mobile Endgeräte nutzen heute Hardwarebeschleuniger um rechenintensive, parallele Programmteile auszulagern und so den skalaren Hauptprozessor zu entlasten und nur für nicht parallele Programmteile zu verwenden. Dieses Ausführungsschema ist typischerweise asynchron: der Skalarprozessor kann, während der Hardwarebeschleuniger rechnet, selbst weiterarbeiten. Die Leistungsanalyse-Werkzeuge der Hersteller von Hardwarebeschleunigern decken den Standardfall (ein Host-System mit einem Hardwarebeschleuniger) sehr gut ab, scheitern aber an einer Unterstützung von hochparallelen Rechnersystemen. Die vorliegende Dissertation untersucht, in wie weit auch multi-hybride Anwendungen die Aktivität von Hardwarebeschleunigern aufzeichnen können. Dazu wird die vorhandene Methode zur Erzeugung von Programmspuren für hochparallele Anwendungen entsprechend erweitert. In dieser Untersuchung wird zuerst eine allgemeine Methodik entwickelt, mit der sich für jede API-gestützte Hardwarebeschleunigung eine Programmspur erstellen lässt. Darauf aufbauend wird eine eigene Programmierschnittstelle entwickelt, die es ermöglicht weitere leistungsrelevante Daten aufzuzeichnen. Die Umsetzung dieser Schnittstelle wird am Beispiel von NVIDIA CUPTI darstellt. Ein weiterer Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung von Programmspuren, welche Aufzeichnungen von den unterschiedlichen Parallelitätsebenen enthalten. Um die Einschränkungen klassischer Leistungsprofile oder Zeitachsendarstellungen zu überwinden, wird mit den parallelen Programmablaufgraphen (PPFGs) eine neue graphenbasisierte Darstellungsform eingeführt. Dieser neuartige Ansatz zeigt eine Programmspur als eine Folge von Programmzuständen mit gemeinsamen und unterchiedlichen Abläufen. So können divergierendes Programmverhalten und Lastimbalancen deutlich einfacher lokalisiert werden. Die Arbeit schließt mit der detaillierten Analyse von PIConGPU -- einer multi-hybriden Simulation aus der Plasmaphysik --, die in großem Maße von den in dieser Arbeit entwickelten Analysemöglichkeiten profiert hat

Developing serious games for cultural heritage: a state-of-the-art review

Although the widespread use of gaming for leisure purposes has been well documented, the use of games to support cultural heritage purposes, such as historical teaching and learning, or for enhancing museum visits, has been less well considered. The state-of-the-art in serious game technology is identical to that of the state-of-the-art in entertainment games technology. As a result, the field of serious heritage games concerns itself with recent advances in computer games, real-time computer graphics, virtual and augmented reality and artificial intelligence. On the other hand, the main strengths of serious gaming applications may be generalised as being in the areas of communication, visual expression of information, collaboration mechanisms, interactivity and entertainment. In this report, we will focus on the state-of-the-art with respect to the theories, methods and technologies used in serious heritage games. We provide an overview of existing literature of relevance to the domain, discuss the strengths and weaknesses of the described methods and point out unsolved problems and challenges. In addition, several case studies illustrating the application of methods and technologies used in cultural heritage are presented

Serious Game Engineering and Lighting Models for the Realistic Emulation of 5G Systems

[ES] La quinta generación de comunicaciones móviles, 5G, promete ser una revolución tecnológica que vaya más allá de multiplicar la velocidad de transmisión de datos de sus predecesoras. Pretende soportar una gran cantidad de dispositivos y alcanzar latencias muy cercanas a 1 milisegundo. Para satisfacer estos ambiciosos requisitos, se han investigado nuevas tecnologías habilitadoras. Una de ellas es el uso de las bandas de ondas milimétricas (mmW) en las cuales hay una gran cantidad de espectro disponible. Para predecir las características del canal radio y evaluar las prestaciones de la 5G de forma fiable en las bandas mmW se requieren modelos de canal complejos. Concretamente, los modelos de propagación más precisos son los basados en trazado de rayos, pero su alto costo computacional los hacen inviables para la caracterización del canal radio en escenarios complejos. Por otro lado, en los últimos años, la tecnología de videojuegos ha desarrollado potentes herramientas para modelar la propagación de la luz en escenarios superrealistas. Dada la cercanía espectral entre el espectro visible y las ondas mmW, la presente Tesis ha estudiado la aplicación de las herramientas de modelado de propagación de la luz de los motores de juego para el modelado del canal radio en mmW. Esta Tesis propone un modelo de estimación de las pérdidas de propagación en mmW llamado "Modelo de Intensidad de Luz'' (LIM). Usando este modelo, basado en los procesos de iluminación realizados por los motores de juego, los transmisores de señal se sustituyen por focos de luz y la intensidad lumínica recibida en un punto se traduce a potencia de señal en milimétricas a través de una función polinómica sencilla. Una de las ventajas de usar los motores de juego es su gran capacidad y la facilidad que tiene el usuario para crear escenarios superrealistas que representen fielmente la geometría de escenarios donde se quiera evaluar el canal radio. De esta forma se pueden obtener estimaciones precisas de las pérdidas de propagación. La estimación de las pérdidas de propagación con LIM ha sido comparada con campañas de medida en las bandas de 28 GHz y 73 GHz y con otros modelos de propagación. Como resultado, el error de estimación de LIM es menor que los modelos estocásticos actuales y es comparable con el modelo de trazado de rayos. Y, además, el coste computacional de LIM comparado con el trazado de rayos es 130 veces menor, lo que posibilita el uso de LIM en escenarios altamente complejos para la estimación del canal radio en tiempo real. Los motores de juego permiten caracterizar de forma diferente la interacción de los materiales con la luz configurando el mapa de normales de sus superficies y sus funciones de dispersión y reflexión. En esta Tesis se ha determinado la caracterización de varios materiales que mejor se ajusta a medidas de laboratorio realizadas en un escenario controlado en la banda de 28 GHz. El modelo de LIM empleando materiales con esta caracterización óptima reduce más de un 50\% su error de estimación con respecto a la aplicación de LIM con los materiales por defecto, mientras que su coste computacional sigue siendo 26 veces menor que el modelo de trazado de rayos. Finalmente, se ha desarrollado sobre un motor de juego una primera versión de plataforma para la emulación de los sistemas 5G que es el punto de partida para un emulador completo de 5G. Esta plataforma no sólo contiene el modelo de LIM sino que incluye varios casos de uso de la 5G en entornos superrealistas. La plataforma, que se basa en el concepto de "Serious Game Engineering", rompe las limitaciones de los simuladores de redes móviles en cuanto a las capacidades de visualización e interacción del usuario con los componentes de la red en tiempo real.[CA] La cinquena generació de comunicacions mòbils, 5G, promet ser una revolució tecnològica que vaja més enllà de multiplicar la velocitat de transmissió de dades de les seues predecessores. Pretén suportar una gran quantitat de dispositius i aconseguir latències molt pròximes a 1 mil·lisegon. Per a satisfer aquests ambiciosos requisits, s'han investigat noves tecnologies habilitadores. Una d'elles és l'ús de les bandes d'ones mil·limètriques (mmW) en les quals hi ha una gran quantitat d'espectre disponible. Per a predir les característiques del canal ràdio i avaluar les prestacions de la 5G de forma fiable en les bandes mmW es requereixen models de canal complexos. Concretament, els models de propagació més precisos són els basats en traçat de rajos, però el seu alt cost computacional els fan inviables per a la caracterització del canal ràdio en escenaris complexos. D'altra banda, en els últims anys, la tecnologia de videojocs ha desenvolupat potents eines per a modelar la propagació de la llum en escenaris superrealistes. Donada la proximitat espectral entre l'espectre visible i les ones mmW, la present Tesi ha estudiat l'aplicació de les eines de modelatge de propagació de la llum dels motors de joc per al modelatge del canal radie en mmW. Aquesta Tesi proposa un model d'estimació de les pèrdues de propagació en mmW anomenat "Model d'Intensitat de Llum'' (LIM). Usant aquest model, basat en els processos d'il·luminació realitzats pels motors de joc, els transmissors de senyal se substitueixen per focus de llum i la intensitat lumínica rebuda en un punt es tradueix a potència de senyal en mil·limètriques a través d'una funció polinòmica senzilla. Una dels avantatges d'usar els motors de joc és la seua gran capacitat i la facilitat que té l'usuari per a crear escenaris superrealistes que representen fidelment la geometria d'escenaris on es vulga avaluar el canal ràdio. D'aquesta forma es poden obtindre estimacions precises de les pèrdues de propagació. L'estimació de les pèrdues de propagació amb LIM ha sigut comparada amb campanyes de mesura en les bandes de 28~GHz i 73~GHz i amb altres models de propagació. Com a resultat, l'error d'estimació de LIM és menor que els models estocàstics actuals i és comparable amb el model de traçat de rajos. I, a més, el cost computacional de LIM comparat amb el traçat de rajos és 130 vegades menor, la qual cosa possibilita l'ús de LIM en escenaris altament complexos per a l'estimació del canal ràdio en temps real. Els motors de joc permeten caracteritzar de forma diferent la interacció dels materials amb la llum configurant el mapa de normals de les seues superfícies i les seues funcions de dispersió i reflexió. En aquesta Tesi s'ha determinat la caracterització de diversos materials que s'ajusta millor a mesures de laboratori realitzades en un escenari controlat en la banda de 28 GHz. El model de LIM emprant materials amb aquesta caracterització òptima redueix més d'un 50 % el seu error d'estimació respecte a l'aplicació de LIM amb els materials per defecte, mentre que el seu cost computacional continua sent 26 vegades menor que el model de traçat de rajos. Finalment, s'ha desenvolupat sobre un motor de joc una primera versió de plataforma per a l'emulació dels sistemes 5G que és el punt de partida per a un emulador complet de 5G. Aquesta plataforma no solament conté el model de LIM sinó que inclou diversos casos d'ús de la 5G en entorns superrealistes. La plataforma, que es basa en el concepte de "Serious Game Engineering", trenca les limitacions dels simuladors de xarxes mòbils quant a les capacitats de visualització i interacció de l'usuari amb els components de la xarxa en temps real.[EN] The fifth generation of mobile communications, 5G, promises to be a technological revolution that goes beyond multiplying the data transmission speed of its predecessors. It aims to support a large number of devices and reach latencies very close to 1 millisecond. To meet these ambitious requirements, new enabling technologies have been researched. One of these is the use of millimetre-wave bands (mmW) in which a large amount of spectrum is available. Complex channel models are required to predict radio channel characteristics and reliably evaluate 5G performance in the mmW bands. Specifically, the most accurate propagation models are those based on ray tracing, but their high computational cost makes them unfeasible for radio channel characterization in complex scenarios. On the other hand, in recent years, video game technology has developed powerful tools to model the propagation of light in super realistic scenarios. Given the spectral closeness between the visible spectrum and the mmW waves, the present Thesis has studied the application of light propagation modeling tools from game engines for radio channel modeling in mmW. This Thesis proposes a model for estimating propagation losses in mmW called "Light Intensity Model'' (LIM). Using this model, based on the lighting processes performed by the game engines, the signal transmitters are replaced by light sources and the light intensity received at a point is translated into signal strength in mmW through a simple polynomial function. One of the advantages of using the game engines is their great capacity and the ease with which the user can create super realistic scenarios that faithfully represent the geometry of scenarios where the radio channel is to be evaluated. In this way, accurate estimates of propagation losses can be obtained. The estimation of propagation losses with LIM has been compared with measurement campaigns in the 28 GHz and 73 GHz bands and with other propagation models. As a result, the LIM estimation error is smaller than the current stochastic models and is comparable with the ray tracing model. In addition, the computational cost of LIM compared to ray tracing is 130 times lower, allowing the use of LIM in highly complex scenarios for real-time radio channel estimation. The game engines allow to characterize in a different way the interaction of the materials with the light configuring the normal map of their surfaces and their scattering and reflection functions. In this Thesis it has been determined the characterization of several materials that best fits to laboratory measurements made in a controlled scenario in the 28 GHz band. The LIM model using materials with this optimal characterization reduces by more than 50% its estimation error with respect to the application of LIM with default materials, while its computational cost remains 26 times lower than the ray tracing model. Finally, a first version of a platform for the emulation of 5G systems has been developed on a game engine, which is the starting point for a complete 5G emulator. This platform not only contains the LIM model but also includes several 5G use cases in super realistic environments. The platform, which is based on the concept of "`Serious Game Engineering", breaks the limitations of mobile network simulators in terms of visualization capabilities and user interaction with network components in real time.Inca Sánchez, SA. (2019). Serious Game Engineering and Lighting Models for the Realistic Emulation of 5G Systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/132695TESI

Efficient rendering of large 3-D and 4-D scalar fields

Rendering volumetric data, as a compute/communication intensive and highly parallel application, represents the characteristics of future workloads for desktop computers. Interactively rendering volumetric data has been a challenging problem due to its high computational and communication requirements. With the consistent trend toward high resolution data, it has remained a difficult problem despite the continuous increase in processing power, because of the increasing performance gap between computation and communication. On the other hand, the new multi-core architecture trend in computational units in PC, which can be characterized by parallelism and heterogeneity, provides both opportunities and challenges. While the new on-chip parallel architectures offer opportunities for extremely high performance, widespread use of those parallel processors requires extensive changes in previous algorithms to take advantage of the new architectures. In this dissertation, we develop new methods and techniques to support interactive rendering of large volumetric data. In particular, we present a novel method to layout data on disk for efficiently performing an out-of-core axis-aligned slicing of large multidimensional scalar fields. We also present a new method to efficiently build an out-of-core indexing structure for n-dimensional volumetric data. Then, we describe a streaming model for efficiently implementing volume ray casting on a heterogeneous compute resource environment. We describe how we implement the model on SONY/TOSHIBA/IBM Cell Broadband Engine and on NVIDIA CUDA architecture. Our results show that our out-of-core techniques significantly reduce the communication bandwidth requirements and that our streaming model very effectively makes use of the strengths of those heterogeneous parallel compute resource environment for volume rendering. In all cases, we achieve scalability and load balancing, while hiding memory latency

Human Body Scattering Effects at Millimeter Waves Frequencies for Future 5G Systems and Beyond

[ES] Se espera que las futuras comunicaciones móviles experimenten una revolución técnica que vaya más allá de las velocidades de datos de Gbps y reduzca las latencias de las velocidades de datos a niveles muy cercanos al milisegundo. Se han investigado nuevas tecnologías habilitadoras para lograr estas exigentes especificaciones. Y la utilización de las bandas de ondas milimétricas, donde hay mucho espectro disponible, es una de ellas. Debido a las numerosas dificultades técnicas asociadas a la utilización de esta banda de frecuencias, se necesitan complicados modelos de canal para anticipar las características del canal de radio y evaluar con precisión el rendimiento de los sistemas celulares en milimétricas. En concreto, los modelos de propagación más precisos son los basados en técnicas de trazado de rayos deterministas. Pero estas técnicas tienen el estigma de ser computacionalmente exigentes, y esto dificulta su uso para caracterizar el canal de radio en escenarios interiores complejos y dinámicos. La complejidad de la caracterización de estos escenarios depende en gran medida de la interacción del cuerpo humano con el entorno radioeléctrico, que en las ondas milimétricas suele ser destructiva y muy impredecible. Por otro lado, en los últimos años, la industria de los videojuegos ha desarrollado potentes herramientas para entornos hiperrealistas, donde la mayor parte de los avances en esta emulación de la realidad tienen que ver con el manejo de la luz. Así, los motores gráficos de estas plataformas se han vuelto cada vez más eficientes para manejar grandes volúmenes de información, por lo que son ideales para emular el comportamiento de la propagación de las ondas de radio, así como para reconstruir un escenario interior complejo. Por ello, en esta Tesis se ha aprovechado la capacidad computacional de este tipo de herramientas para evaluar el canal radioeléctrico milimétricas de la forma más eficiente posible. Esta Tesis ofrece unas pautas para optimizar la propagación de la señal en milimétricas en un entorno interior dinámico y complejo, para lo cual se proponen tres objetivos principales. El primer objetivo es evaluar los efectos de dispersión del cuerpo humano cuando interactúa con el canal de propagación. Una vez evaluado, se propuso un modelo matemático y geométrico simplificado para calcular este efecto de forma fiable y rápida. Otro objetivo fue el diseño de un reflector pasivo modular en milimétricas, que optimiza la cobertura en entornos de interior, evitando la interferencia del ser humano en la propagación. Y, por último, se diseñó un sistema de apuntamiento del haz predictivo en tiempo real, para que opere con el sistema de radiación en milimétricas, cuyo objetivo es evitar las pérdidas de propagación causadas por el cuerpo humano en entornos interiores dinámicos y complejos.[CA] S'espera que les futures comunicacions mòbils experimenten una revolució tècnica que vaja més enllà de les velocitats de dades de Gbps i reduïsca les latències de les velocitats de dades a nivells molt pròxims al milisegundo. S'han investigat noves tecnologies habilitadoras per a aconseguir estes exigents especificacions. I la utilització de les bandes d'ones millimètriques, on hi ha molt espectre disponible, és una d'elles. A causa de les nombroses dificultats tècniques associades a la utilització d'esta banda de freqüències, es necessiten complicats models de canal per a anticipar les característiques del canal de ràdio i avaluar amb precisió el rendiment dels sistemes cellulars en millimètriques. En concret, els models de propagació més precisos són els basats en tècniques de traçat de rajos deterministes. Però estes tècniques tenen l'estigma de ser computacionalment exigents, i açò dificulta el seu ús per a caracteritzar el canal de ràdio en escenaris interiors complexos i dinàmics. La complexitat de la caracterització d'estos escenaris depén en gran manera de la interacció del cos humà amb l'entorn radioelèctric, que en les ones millimètriques sol ser destructiva i molt impredicible. D'altra banda, en els últims anys, la indústria dels videojocs ha desenrotllat potents ferramentes per a entorns hiperrealistes, on la major part dels avanços en esta emulació de la realitat tenen a veure amb el maneig de la llum. Així, els motors gràfics d'estes plataformes s'han tornat cada vegada més eficients per a manejar grans volums d'informació, per la qual cosa són ideals per a emular el comportament de la propagació de les ones de ràdio, així com per a reconstruir un escenari interior complex. Per això, en esta Tesi s'ha aprofitat la capacitat computacional d'este tipus de ferramentes per a avaluar el canal radioelèctric millimètriques de la manera més eficient possible. Esta Tesi oferix unes pautes per a optimitzar la propagació del senyal en millimètriques en un entorn interior dinàmic i complex, per a la qual cosa es proposen tres objectius principals. El primer objectiu és avaluar els efectes de dispersió del cos humà quan interactua amb el canal de propagació. Una vegada avaluat, es va proposar un model matemàtic i geomètric simplificat per a calcular este efecte de forma fiable i ràpida. Un altre objectiu va ser el disseny d'un reflector passiu modular en millimètriques, que optimitza la cobertura en entorns d'interior, evitant la interferència del ser humà en la propagació, per a així evitar pèrdues de propagació addicionals. I, finalment, es va dissenyar un sistema d'apuntament del feix predictiu en temps real, perquè opere amb el sistema de radiació en millimètriques, l'objectiu del qual és evitar les pèrdues de propagació causades pel cos humà en entorns interiors dinàmics i complexos.[EN] Future mobile communications are expected to experience a technical revolution that goes beyond Gbps data rates and reduces data rate latencies to levels very close to a millisecond. New enabling technologies have been researched to achieve these demanding specifications. The utilization of mmWave bands, where a lot of spectrum is available, is one of them. Due to the numerous technical difficulties associated with using this frequency band, complicated channel models are necessary to anticipate the radio channel characteristics and to accurately evaluate the performance of cellular systems in mmWave. In particular, the most accurate propagation models are those based on deterministic ray tracing techniques. But these techniques have the stigma of being computationally intensive, and this makes it difficult to use them to characterize the radio channel in complex and dynamic indoor scenarios. The complexity of characterizing these scenarios depends largely on the interaction of the human body with the radio environment, which at mmWaves is often destructive and highly unpredictable. On the other hand, in recent years, the video game industry has developed powerful tools for hyper-realistic environments, where most of the progress in this reality emulation has to do with the handling of light. Therefore, the graphic engines of these platforms have become more and more efficient to handle large volumes of information, becoming ideal to emulate the radio wave propagation behavior, as well as to reconstruct a complex interior scenario. Therefore, in this Thesis one has taken advantage of the computational capacity of this type of tools to evaluate the mmWave radio channel in the most efficient way possible. This Thesis offers some guidelines to optimize the signal propagation in mmWaves in a dynamic and complex indoor environment, for which three main objectives are proposed. The first objective has been to evaluate the scattering effects of the human body when it interacts with the propagation channel. Once evaluated, a simplified mathematical and geometrical model has been proposed to calculate this effect in a reliable and fast way. Another objective has been the design of a modular passive reflector in mmWaves, which optimizes the coverage in indoor environments, avoiding human interference in the propagation, in order to avoid its harmful scattering effects. And finally, a real-time predictive beam steering system has been designed for the mmWaves radiation system, in order to avoid propagation losses caused by the human body in dynamic and complex indoor environments.Romero Peña, JS. (2022). Human Body Scattering Effects at Millimeter Waves Frequencies for Future 5G Systems and Beyond [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19132

Index to NASA Tech Briefs, 1975

This index contains abstracts and four indexes--subject, personal author, originating Center, and Tech Brief number--for 1975 Tech Briefs

adPerf: Characterizing the Performance of Third-party Ads

Monetizing websites and web apps through online advertising is widespread in the web ecosystem. The online advertising ecosystem nowadays forces publishers to integrate ads from these third-party domains. On the one hand, this raises several privacy and security concerns that are actively studied in recent years. On the other hand, given the ability of today's browsers to load dynamic web pages with complex animations and Javascript, online advertising has also transformed and can have a significant impact on webpage performance. The performance cost of online ads is critical since it eventually impacts user satisfaction as well as their Internet bill and device energy consumption. In this paper, we apply an in-depth and first-of-a-kind performance evaluation of web ads. Unlike prior efforts that rely primarily on adblockers, we perform a fine-grained analysis on the web browser's page loading process to demystify the performance cost of web ads. We aim to characterize the cost by every component of an ad, so the publisher, ad syndicate, and advertiser can improve the ad's performance with detailed guidance. For this purpose, we develop an infrastructure, adPerf, for the Chrome browser that classifies page loading workloads into ad-related and main-content at the granularity of browser activities (such as Javascript and Layout). Our evaluations show that online advertising entails more than 15% of browser page loading workload and approximately 88% of that is spent on JavaScript. We also track the sources and delivery chain of web ads and analyze performance considering the origin of the ad contents. We observe that 2 of the well-known third-party ad domains contribute to 35% of the ads performance cost and surprisingly, top news websites implicitly include unknown third-party ads which in some cases build up to more than 37% of the ads performance cost

Volume ray casting techniques and applications using general purpose computations on graphics processing units

Traditional 3D computer graphics focus on rendering the exterior of objects. Volume rendering is a technique used to visualize information corresponding to the interior of an object, commonly used in medical imaging and other fields. Visualization of such data may be accomplished by ray casting; an embarrassingly parallel algorithm also commonly used in ray tracing. There has been growing interest in performing general purpose computations on graphics processing units (GPGPU), which are capable exploiting parallel applications and yielding far greater performance than sequential implementations on CPUs. Modern GPUs allow for rapid acceleration of volume rendering applications, offering affordable high performance visualization systems. This thesis explores volume ray casting performance and visual quality enhancements using the NVIDIA CUDA platform, and demonstrates how high quality volume renderings can be produced with interactive and real time frame rates on modern commodity graphics hardware. A number of techniques are employed in this effort, including early ray termination, super sampling and texture filtering. In a performance comparison of a sequential versus CUDA implementation on high-end hardware, the latter is capable of rendering 60 frames per second with an impressive price-performance ratio heavily favoring GPUs. A number of unique volume rendering applications are explored including multiple volume rendering capable of arbitrary placement and rigid volume registration, hypertexturing and stereoscopic anaglyphs, each greatly enhanced by the real time interaction of volume data. The techniques and applications discussed in this thesis may prove to be invaluable tools in fields such as medical and molecular imaging, flow and scientific visualization, engineering drawing and many others