28 research outputs found

    COTS Cluster-based Sort-last Rendering: Performance Evaluation and Pipelined Implementation

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    Sort-last parallel rendering is an efficient technique to visualize huge datasets on COTS clusters. The dataset is subdivided and distributed across the cluster nodes. For every frame, each node renders a full resolution image of its data using its local GPU, and the images are composited together using a parallel image compositing algorithm. In this paper, we present a performance evaluation of standard sort-last parallel rendering methods and of the different improvements proposed in the literature. This evaluation is based on a detailed analysis of the different hardware and software components. We present a new implementation of sort-last rendering that fully overlaps CPU(s), GPU and network usage all along the algorithm. We present experiments on a 3 years old 32-node PC cluster and on a 1.5 years old 5-node PC cluster, both with Gigabit interconnect, showing volume rendering at respectively 13 and 31 frames per second and polygon rendering at respectively 8 and 17 frames per second on a 1024×768 render area, and we show that our implementation outperforms or equals many other implementations and specialized visualization clusters

    Parallel volume rendering for large scientific data

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    Data sets of immense size are regularly generated by large scale computing resources. Even among more traditional methods for acquisition of volume data, such as MRI and CT scanners, data which is too large to be effectively visualized on standard workstations is now commonplace. One solution to this problem is to employ a \u27visualization cluster,\u27 a small to medium scale cluster dedicated to performing visualization and analysis of massive data sets generated on larger scale supercomputers. These clusters are designed to fulfill a different need than traditional supercomputers, and therefore their design mandates different hardware choices, such as increased memory, and more recently, graphics processing units (GPUs). While there has been much previous work on distributed memory visualization as well as GPU visualization, there is a relative dearth of algorithms which effectively use GPUs at a large scale in a distributed memory environment. In this work, we study a common visualization technique in a GPU-accelerated, distributed memory setting, and present performance characteristics when scaling to extremely large data sets

    Multi-Frame Rate Rendering

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    Multi-frame rate rendering is a parallel rendering technique that renders interactive parts of a scene on one graphics card while the rest of the scene is rendered asynchronously on a second graphics card. The resulting color and depth images of both render processes are composited, by optical superposition or digital composition, and displayed. The results of a user study confirm that multi-frame rate rendering can significantly improve the interaction performance. Multi-frame rate rendering is naturally implemented on a graphics cluster. With the recent availability of multiple graphics cards in standalone systems the method can also be implemented on a single computer system where memory bandwidth is much higher compared to off-the-shelf networking technology. This decreases overall latency and further improves interactivity. Multi-frame rate rendering was also investigated on a single graphics processor by interleaving the rendering streams for the interactive elements and the rest of the scene. This approach enables the use of multi-frame rate rendering on low-end graphics systems such as laptops, mobile phones, and PDAs. Advanced multi-frame rate rendering techniques reduce the limitations of the basic approach. The interactive manipulation of light sources and their parameters affects the entire scene. A multi-GPU deferred shading method is presented that splits the rendering task into a rasterization and lighting pass and assigns the passes to the appropriate image generators such that light manipulations at high frame rates become possible. A parallel volume rendering technique allows the manipulation of objects inside a translucent volume at high frame rates. This approach is useful for example in medical applications, where small probes need to be positioned inside a computed-tomography image. Due to the asynchronous nature of multi-frame rate rendering artifacts may occur during migration of objects from the slow to the fast graphics card, and vice versa. Proper state management allows to almost completely avoid these artifacts. Multi-frame rate rendering significantly improves the interactive manipulation of objects and lighting effects. This leads to a considerable increase of the size for 3D scenes that can be manipulated compared to conventional methods.Multi-Frame Rate Rendering ist eine parallele Rendertechnik, die interaktive Teile einer Szene auf einer separaten Graphikkarte berechnet. Die Abbildung des Rests der Szene erfolgt asynchron auf einer anderen Graphikkarte. Die resultierenden Farb- und Tiefenbilder beider Darstellungsprozesse werden mittels optischer Überlagerung oder digitaler Komposition kombiniert und angezeigt. Die Ergebnisse einer Nutzerstudie zeigen, daß Multi-Frame Rate Rendering die Interaktion für große Szenen deutlich beschleunigt. Multi-Frame Rate Rendering ist üblicherweise auf einem Graphikcluster zu implementieren. Mit der Verfügbarkeit mehrerer Graphikkarten für Einzelsysteme kann Multi-Frame Rate Rendering auch für diese realisiert werden. Dies ist von Vorteil, da die Speicherbandbreite um ein Vielfaches höher ist als mit üblichen Netzwerktechnologien. Dadurch verringern sich Latenzen, was zu verbesserter Interaktivität führt. Multi-Frame Rate Rendering wurde auch auf Systemen mit einer Graphikkarte untersucht. Die Bildberechnung für den Rest der Szene muss dazu in kleine Portionen aufgeteilt werden. Die Darstellung erfolgt dann alternierend zu den interaktiven Elementen über mehrere Bilder verteilt. Dieser Ansatz erlaubt die Benutzung von Multi-Frame Rate Rendering auf einfachen Graphiksystemen wie Laptops, Mobiltelefonen and PDAs. Fortgeschrittene Multi-Frame Rate Rendering Techniken erweitern die Anwendbarkeit des Ansatzes erheblich. Die interaktive Manipulation von Lichtquellen beeinflußt die ganze Szene. Um diese Art der Interaktion zu unterstützen, wurde eine Multi-GPU Deferred Shading Methode entwickelt. Der Darstellungsvorgang wird dazu in einen Rasterisierungs- und Beleuchtungsschritt zerlegt, die parallel auf den entsprechenden Grafikkarten erfolgen können. Dadurch kann die Beleuchtung mit hohen Bildwiederholraten unabhängig von der geometrischen Komplexität der Szene erfolgen. Außerdem wurde eine parallele Darstellungstechnik für die interaktive Manipulation von Objekten in hochaufgelösten Volumendaten entwickelt. Dadurch lassen sich zum Beispiel virtuelle Instrumente in hochqualitativ dargestellten Computertomographieaufnahmen interaktiv positionieren. Aufgrund der inhärenten Asynchronität der beiden Darstellungsprozesse des Multi-Frame Rate Rendering Ansatzes können Artifakte während der Objektmigration zwischen den Graphikkarten auftreten. Eine intelligente Zustandsverwaltung in Kombination mit Prediktionstechniken kann diese Artifakte fast gänzlich verhindern, so dass Benutzer diese im allgemeinen nicht bemerken. Multi-Frame Rate Rendering beschleunigt die interaktive Manipulation von Objekten und Beleuchtungseffekten deutlich. Dadurch können deutlich umfangreichere virtuelle Szenarien bearbeitet werden als mit konventionellen Methoden

    Design of a Scenario-Based Immersive Experience Room

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    open1noopenKlopfenstein, Cuno LorenzKlopfenstein, CUNO LOREN

    An agent-based visualisation system.

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    This thesis explores the concepts of visual supercomputing, where complex distributed systems are used toward interactive visualisation of large datasets. Such complex systems inherently trigger management and optimisation problems; in recent years the concepts of autonomic computing have arisen to address those issues. Distributed visualisation systems are a very challenging area to apply autonomic computing ideas as such systems are both latency and compute sensitive, while most autonomic computing implementations usually concentrate on one or the other but not both concurrently. A major contribution of this thesis is to provide a case study demonstrating the application of autonomic computing concepts to a computation intensive, real-time distributed visualisation system. The first part of the thesis proposes the realisation of a layered multi-agent system to enable autonomic visualisation. The implementation of a generic multi-agent system providing reflective features is described. This architecture is then used to create a flexible distributed graphic pipeline, oriented toward real-time visualisation of volume datasets. Performance evaluation of the pipeline is presented. The second part of the thesis explores the reflective nature of the system and presents high level architectures based on software agents, or visualisation strategies, that take advantage of the flexibility of the system to provide generic features. Autonomic capabilities are presented, with fault recovery and automatic resource configuration. Performance evaluation, simulation and prediction of the system are presented, exploring different use cases and optimisation scenarios. A performance exploration tool, Delphe, is described, which uses real-time data of the system to let users explore its performance

    Interactive web-based visualization

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    The visualization of large amounts of data, which cannot be easily copied for processing on a user’s local machine, is not yet a fully solved problem. Remote visualization represents one possible solution approach to the problem, and has long been an important research topic. Depending on the device used, modern hardware, such as high-performance GPUs, is sometimes not available. This is another reason for the use of remote visualization. Additionally, due to the growing global networking and collaboration among research groups, collaborative remote visualization solutions are becoming more important. The additional use of collaborative visualization solutions is eventually due to the growing global networking and collaboration among research groups. The attractiveness of web-based remote visualization is greatly increased by the wide availability of web browsers on almost all devices; these are available today on all systems - from desktop computers to smartphones. In order to ensure interactivity, network bandwidth and latency are the biggest challenges that web-based visualization algorithms have to solve. Despite the steady improvements in available bandwidth, these improvements are still significantly slower than, for example, processor performance, resulting in increasing the impact of this bottleneck. For example, visualization of large dynamic data in low-bandwidth environments can be challenging because it requires continuous data transfer. However, bandwidth improvement alone cannot improve the latency because it is also affected by factors such as the distance between server and client and network utilization. To overcome these challenges, a combination of techniques is needed to customize the individual processing steps of the visualization pipeline, from efficient data representation to hardware-accelerated rendering on the client side. This thesis first deals with related work in the field of remote visualization with a particular focus on interactive web-based visualization and then presents techniques for interactive visualization in the browser using modern web standards such as WebGL and HTML5. These techniques enable the visualization of dynamic molecular data sets with more than one million atoms at interactive frame rates using GPU-based ray casting. Due to the limitations which exist in a browser-based environment, the concrete implementation of the GPU-based ray casting had to be customized. Evaluation of the resulting performance shows that GPU-based techniques enable the interactive rendering of large data sets and achieve higher image quality compared to polygon-based techniques. In order to reduce data transfer times and network latency, and improve rendering speed, efficient approaches for data representation and transmission are used. Furthermore, this thesis introduces a GPU-based volume-ray marching technique based on WebGL 2.0, which uses progressive brick-wise data transfer, as well as multiple levels of detail in order to achieve interactive volume rendering of datasets stored on a server. The concepts and results presented in this thesis contribute to the further spread of interactive web-based visualization. The algorithmic and technological advances that have been achieved form a basis for further development of interactive browser-based visualization applications. At the same time, this approach has the potential for enabling future collaborative visualization in the cloud.Die Visualisierung großer Datenmengen, welche nicht ohne Weiteres zur Verarbeitung auf den lokalen Rechner des Anwenders kopiert werden können, ist ein bisher nicht zufriedenstellend gelöstes Problem. Remote-Visualisierung stellt einen möglichen Lösungsansatz dar und ist deshalb seit langem ein relevantes Forschungsthema. Abhängig vom verwendeten Endgerät ist moderne Hardware, wie etwa performante GPUs, teilweise nicht verfügbar. Dies ist ein weiterer Grund für den Einsatz von Remote-Visualisierung. Durch die zunehmende globale Vernetzung und Kollaboration von Forschungsgruppen gewinnt kollaborative Remote-Visualisierung zusätzlich an Bedeutung. Die Attraktivität web-basierter Remote-Visualisierung wird durch die weitreichende Verfügbarkeit von Web-Browsern auf nahezu allen Endgeräten enorm gesteigert; diese sind heutzutage auf allen Systemen - vom Desktop-Computer bis zum Smartphone - vorhanden. Bei der Gewährleistung der Interaktivität sind Bandbreite und Latenz der Netzwerkverbindung die größten Herausforderungen, welche von web-basierten Visualisierungs-Algorithmen gelöst werden müssen. Trotz der stetigen Verbesserungen hinsichtlich der verfügbaren Bandbreite steigt diese signifikant langsamer als beispielsweise die Prozessorleistung, wodurch sich die Auswirkung dieses Flaschenhalses immer weiter verstärkt. So kann beispielsweise die Visualisierung großer dynamischer Daten in Umgebungen mit geringer Bandbreite eine Herausforderung darstellen, da kontinuierlicher Datentransfer benötigt wird. Dennoch kann die alleinige Verbesserung der Bandbreite keine entsprechende Verbesserung der Latenz bewirken, da diese zudem von Faktoren wie der Distanz zwischen Server und Client sowie der Netzwerkauslastung beeinflusst wird. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wird eine Kombination verschiedener Techniken für die Anpassung der einzelnen Verarbeitungsschritte der Visualisierungspipeline benötigt, angefangen bei effizienter Datenrepräsentation bis hin zu hardware-beschleunigtem Rendering auf der Client-Seite. Diese Doktorarbeit befasst sich zunächst mit verwandten Arbeiten auf dem Gebiet der Remote-Visualisierung mit besonderem Fokus auf interaktiver web-basierter Visualisierung und präsentiert danach Techniken für die interaktive Visualisierung im Browser mit Hilfe moderner Web-Standards wie WebGL und HTML5. Diese Techniken ermöglichen die Visualisierung dynamischer molekularer Datensätze mit mehr als einer Million Atomen bei interaktiven Frameraten durch die Verwendung GPU-basierten Raycastings. Aufgrund der Einschränkungen, welche in einer Browser-basierten Umgebung vorliegen, musste die konkrete Implementierung des GPU-basierten Raycastings angepasst werden. Die Evaluation der daraus resultierenden Performanz zeigt, dass GPU-basierte Techniken das interaktive Rendering von großen Datensätzen ermöglichen und eine im Vergleich zu Polygon-basierten Techniken höhere Bildqualität erreichen. Zur Verringerung der Übertragungszeiten, Reduktion der Latenz und Verbesserung der Darstellungsgeschwindigkeit werden effiziente Ansätze zur Datenrepräsentation und übertragung verwendet. Des Weiteren wird in dieser Doktorarbeit eine GPU-basierte Volumen-Ray-Marching-Technik auf Basis von WebGL 2.0 eingeführt, welche progressive blockweise Datenübertragung verwendet, sowie verschiedene Detailgrade, um ein interaktives Volumenrendering von auf dem Server gespeicherten Datensätzen zu erreichen. Die in dieser Doktorarbeit präsentierten Konzepte und Resultate tragen zur weiteren Verbreitung von interaktiver web-basierter Visualisierung bei. Die erzielten algorithmischen und technologischen Fortschritte bilden eine Grundlage für weiterführende Entwicklungen von interaktiven Visualisierungsanwendungen auf Browser-Basis. Gleichzeitig hat dieser Ansatz das Potential, zukünftig kollaborative Visualisierung in der Cloud zu ermöglichen

    Choreographing the extended agent : performance graphics for dance theater

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    Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, School of Architecture and Planning, Program in Media Arts and Sciences, 2005.Includes bibliographical references (v. 2, leaves 448-458).The marriage of dance and interactive image has been a persistent dream over the past decades, but reality has fallen far short of potential for both technical and conceptual reasons. This thesis proposes a new approach to the problem and lays out the theoretical, technical and aesthetic framework for the innovative art form of digitally augmented human movement. I will use as example works a series of installations, digital projections and compositions each of which contains a choreographic component - either through collaboration with a choreographer directly or by the creation of artworks that automatically organize and understand purely virtual movement. These works lead up to two unprecedented collaborations with two of the greatest choreographers working today; new pieces that combine dance and interactive projected light using real-time motion capture live on stage. The existing field of"dance technology" is one with many problems. This is a domain with many practitioners, few techniques and almost no theory; a field that is generating "experimental" productions with every passing week, has literally hundreds of citable pieces and no canonical works; a field that is oddly disconnected from modern dance's history, pulled between the practical realities of the body and those of computer art, and has no influence on the prevailing digital art paradigms that it consumes.(cont.) This thesis will seek to address each of these problems: by providing techniques and a basis for "practical theory"; by building artworks with resources and people that have never previously been brought together, in theaters and in front of audiences previously inaccessible to the field; and by proving through demonstration that a profitable and important dialogue between digital art and the pioneers of modern dance can in fact occur. The methodological perspective of this thesis is that of biologically inspired, agent-based artificial intelligence, taken to a high degree of technical depth. The representations, algorithms and techniques behind such agent architectures are extended and pushed into new territory for both interactive art and artificial intelligence. In particular, this thesis ill focus on the control structures and the rendering of the extended agents' bodies, the tools for creating complex agent-based artworks in intense collaborative situations, and the creation of agent structures that can span live image and interactive sound production. Each of these parts becomes an element of what it means to "choreograph" an extended agent for live performance.Marc Downie.Ph.D
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