Void-and-Cluster Sampling of Large Scattered Data and Trajectories

We propose a data reduction technique for scattered data based on statistical sampling. Our void-and-cluster sampling technique finds a representative subset that is optimally distributed in the spatial domain with respect to the blue noise property. In addition, it can adapt to a given density function, which we use to sample regions of high complexity in the multivariate value domain more densely. Moreover, our sampling technique implicitly defines an ordering on the samples that enables progressive data loading and a continuous level-of-detail representation. We extend our technique to sample time-dependent trajectories, for example pathlines in a time interval, using an efficient and iterative approach. Furthermore, we introduce a local and continuous error measure to quantify how well a set of samples represents the original dataset. We apply this error measure during sampling to guide the number of samples that are taken. Finally, we use this error measure and other quantities to evaluate the quality, performance, and scalability of our algorithm.Comment: To appear in IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics as a special issue from the proceedings of VIS 201

Multivariate Pointwise Information-Driven Data Sampling and Visualization

With increasing computing capabilities of modern supercomputers, the size of the data generated from the scientific simulations is growing rapidly. As a result, application scientists need effective data summarization techniques that can reduce large-scale multivariate spatiotemporal data sets while preserving the important data properties so that the reduced data can answer domain-specific queries involving multiple variables with sufficient accuracy. While analyzing complex scientific events, domain experts often analyze and visualize two or more variables together to obtain a better understanding of the characteristics of the data features. Therefore, data summarization techniques are required to analyze multi-variable relationships in detail and then perform data reduction such that the important features involving multiple variables are preserved in the reduced data. To achieve this, in this work, we propose a data sub-sampling algorithm for performing statistical data summarization that leverages pointwise information theoretic measures to quantify the statistical association of data points considering multiple variables and generates a sub-sampled data that preserves the statistical association among multi-variables. Using such reduced sampled data, we show that multivariate feature query and analysis can be done effectively. The efficacy of the proposed multivariate association driven sampling algorithm is presented by applying it on several scientific data sets.Comment: 25 page

Visuelle Analyse großer Partikeldaten

Partikelsimulationen sind eine bewährte und weit verbreitete numerische Methode in der Forschung und Technik. Beispielsweise werden Partikelsimulationen zur Erforschung der Kraftstoffzerstäubung in Flugzeugturbinen eingesetzt. Auch die Entstehung des Universums wird durch die Simulation von dunkler Materiepartikeln untersucht. Die hierbei produzierten Datenmengen sind immens. So enthalten aktuelle Simulationen Billionen von Partikeln, die sich über die Zeit bewegen und miteinander interagieren. Die Visualisierung bietet ein großes Potenzial zur Exploration, Validation und Analyse wissenschaftlicher Datensätze sowie der zugrundeliegenden Modelle. Allerdings liegt der Fokus meist auf strukturierten Daten mit einer regulären Topologie. Im Gegensatz hierzu bewegen sich Partikel frei durch Raum und Zeit. Diese Betrachtungsweise ist aus der Physik als das lagrange Bezugssystem bekannt. Zwar können Partikel aus dem lagrangen in ein reguläres eulersches Bezugssystem, wie beispielsweise in ein uniformes Gitter, konvertiert werden. Dies ist bei einer großen Menge an Partikeln jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Darüber hinaus führt diese Konversion meist zu einem Verlust der Präzision bei gleichzeitig erhöhtem Speicherverbrauch. Im Rahmen dieser Dissertation werde ich neue Visualisierungstechniken erforschen, welche speziell auf der lagrangen Sichtweise basieren. Diese ermöglichen eine effiziente und effektive visuelle Analyse großer Partikeldaten