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

Visualizing multidimensional data similarities:Improvements and applications

Multidimensional data is increasingly more prominent and important in many application domains. Such data typically consist of a large set of elements, each of which described by several measurements (dimensions). During the design of techniques and tools to process this data, a key component is to gather insights into their structure and patterns, which can be described by the notion of similarity between elements. Among these techniques, multidimensional projections and similarity trees can effectively capture similarity patterns and handle a large number of data elements and dimensions. However, understanding and interpreting these patterns in terms of the original data dimensions is still hard. This thesis addresses the development of visual explanatory techniques for the easy interpretation of similarity patterns present in multidimensional projections and similarity trees, by several contributions. First, we propose methods that make the computation of similarity trees efficient for large datasets, and also enhance its visual representation to allow the exploration of more data in a limited screen. Secondly, we propose methods for the visual explanation of multidimensional projections in terms of groups of similar elements. These are automatically annotated to describe which dimensions are more important to define their notion of group similarity. We show next how these explanatory mechanisms can be adapted to handle both static and time-dependent data. Our proposed techniques are designed to be easy to use, work nearly automatically, and are demonstrated on a variety of real-world large data obtained from image collections, text archives, scientific measurements, and software engineering

Grid based parallel data streaming implemented for the gyrokinetic toroidal code

We have developed a threaded parallel data streaming approach using Globus to transfer multi-terabyte simulation data from a remote supercomputer to the scientist?s home analysis/visualization cluster, as the simulation executes, with negligible overhead. Data transfer experiments show that this concurrent data transfer approach is more favorable compared with writing to local disk and then transferring this data to be post-processed. The present approach is conducive to using the grid to pipeline the simulation with post-processing and visualization. We have applied this method to the Gyrokinetic Toroidal Code (GTC), a 3-dimensional particle-in-cell code used to study micro-turbulence in magnetic confinement fusion from first principles plasma theory. Document type: Repor