Stochastic Volume Rendering of Multi-Phase SPH Data

In this paper, we present a novel method for the direct volume rendering of large smoothed‐particle hydrodynamics (SPH) simulation data without transforming the unstructured data to an intermediate representation. By directly visualizing the unstructured particle data, we avoid long preprocessing times and large storage requirements. This enables the visualization of large, time‐dependent, and multivariate data both as a post‐process and in situ. To address the computational complexity, we introduce stochastic volume rendering that considers only a subset of particles at each step during ray marching. The sample probabilities for selecting this subset at each step are thereby determined both in a view‐dependent manner and based on the spatial complexity of the data. Our stochastic volume rendering enables us to scale continuously from a fast, interactive preview to a more accurate volume rendering at higher cost. Lastly, we discuss the visualization of free‐surface and multi‐phase flows by including a multi‐material model with volumetric and surface shading into the stochastic volume rendering

Storytelling and Visualization: An Extended Survey

Throughout history, storytelling has been an effective way of conveying information and knowledge. In the field of visualization, storytelling is rapidly gaining momentum and evolving cutting-edge techniques that enhance understanding. Many communities have commented on the importance of storytelling in data visualization. Storytellers tend to be integrating complex visualizations into their narratives in growing numbers. In this paper, we present a survey of storytelling literature in visualization and present an overview of the common and important elements in storytelling visualization. We also describe the challenges in this field as well as a novel classification of the literature on storytelling in visualization. Our classification scheme highlights the open and unsolved problems in this field as well as the more mature storytelling sub-fields. The benefits offer a concise overview and a starting point into this rapidly evolving research trend and provide a deeper understanding of this topic

Visualisations novatrices pour la compréhension de réseaux et de logiciels complexes

La visualisation d’information a le potentiel de pouvoir exploiter nos capacités visuelles, acquises au fil de centaines de millions d’années d’évolution, afin de faciliter la découverte de secrets enfouis dans les données, de nouveaux patrons ou de relations insoupçonnées. Il existe toutefois une grande variété de données, plus ou moins structurées, que l’on cherche à comprendre sous diverses perspectives. En particulier, les données sous forme de réseaux servent à modéliser des phénomènes importants, tels que les communautés sociales ou les transactions financières, mais peuvent être difficiles à représenter si les réseaux sont grands, hiérarchiques, et/ou dynamiques. Cette thèse se concentre sur la conception de nouvelles techniques de visualisation de réseaux, dans le but de faciliter la compréhension de données. Les techniques de visualisation présentes dans la littérature sont utiles dans certains contextes et comportent chacune des limitations. Néanmoins, il existe encore des possibilités inexplorées pour créer des nouvelles façons de représenter des données. La validation de ces nouvelles techniques demeure un défi. En outre, les interfaces doivent être simples à utiliser, mais aussi faciliter l’analyse et l’exploration de données. Dans le but d’étudier de nouvelles options de visualisations pour faciliter des tâches de compréhension des données, nous avons d’abord classifié les travaux antérieurs avec des taxonomies. De cette manière, nous avons aussi pu mettre en lumière des nouvelles pistes d’hybrides (c’est-à-dire, des combinaisons d’approches) potentiellement intéressantes pour visualiser des réseaux statiques et dynamiques. Les contributions présentées dans cette thèse couvrent différents aspects de la visualisation de réseaux complexes et dynamiques. D’abord, le premier chapitre se concentre sur la visualisation de réseaux statiques comportant des hiérarchies, par la combinaison d’approches. Le prototype décrit dans le deuxième chapitre permet également de combiner des représentations visuelles, mais peut être aussi utilisé afin de modéliser des graphes dynamiques. Enfin, le troisième chapitre présente une nouvelle méthode visuelle appliquée afin de tracer l’évolution de structures de conception complexes dans des logiciels (modélisés par des réseaux). Ainsi, dans le premier prototype (TreeMatrix), des parties de graphes sont montrées avec des matrices et des diagrammes noeuds-liens, alors que les arborescences sont représentées par des diagrammes en glaçons et des regroupements. Contrairement aux autres visualisations dans la littérature, cette nouvelle technique aide à montrer des réseaux denses, sans nuire à la compréhension des liens à plus haut niveau. Une expérience avec des utilisateurs a montré certains avantages afin de découvrir et organiser les liens de modules au sein d’un logiciel, en comparaison avec le logiciel commercial Lattix. Nous avons également combiné des approches de manière novatrice pour notre second prototype (DiffAni) afin de visualiser des réseaux qui évoluent dans le temps. DiffAni est le premier hybride interactif de graphes dynamiques et sa validation avec des participants a permis de faire ressortir certains avantages. Ainsi, l’utilisation d’animation doit être modérée et est surtout utile lors de mouvements significatifs. Ces résultats, avec nos taxonomies, pourraient contribuer à guider la création de nouveaux hybrides dans le futur. Le troisième prototype (IHVis) a facilité l’exploration et le traçage de structures de conception dans des logiciels en évolution (modélisés par des réseaux) à partir de répertoires de code source. Cette nouvelle visualisation a notamment révélé des cas d’introduction de points de stabilité et des refactorings, et certains participants ont aussi trouvé d’autres informations intéressantes, telles que l’extension de fonctionnalités par l’implémentation d’interfaces. En résumé, cette thèse présente des façons novatrices et utiles de visualiser des réseaux complexes et dynamiques. Nos principales contributions sont (1) l’exploration d’espaces de conception de nouvelles visualisations de réseaux à l’aide de taxonomies, (2) la conception de prototypes combinant des approches pour visualiser des réseaux hiérarchiques et dynamiques, (3) la conception d’une nouvelle méthode visuelle d’exploration des variations et des instabilités au sein de logiciels en évolution, (4) l’évaluation de ces techniques à l’aide d’expériences avec des participants

The use of active sonar to study cetaceans

Cetacean species face serious challenges worldwide due to the increasing noise pollution brought to their environment by human activities such as seismic exploration. Regulation of these activities is vaguely defined and uncoordinated. Visual observations and passive listening devices, aimed at preventing conflicts between human wealth and cetaceans’ health have some fundamental limitations and may consequently fail their mitigation purposes. Active sonar technology could be the optimal solution to implement mitigation of such human activities. In my thesis, the proper sonar unit was used to test the feasibility to detect cetaceans in situ. Omnidirectional sonars could be the optimal solution to monitor the presence of cetaceans in the proximity of potential danger areas. To use this class of sonar in a quantitative manner, the first step was to develop a calibration method. This thesis links in situ measurements of target strength (TS) with variation trends linked to the behavior, morphology and physiology of cetacean. The butterfly effect of a cetacean’s body was described for a fin whale insonified from different angles. A relationship between whale respiration and TS energy peaks was tested through a simple prediction model which seems very promising for further implementation. The effect of lung compression on cetacean TS due to increasing depth was tested through a basic mathematical model. The model fit the in situ TS measurements. TS measurements at depth of a humpback whale, when post-processed, correspond to TS measurements recorded at the surface. Sonar technology is clearly capable of detecting whale foot prints around an operating vessel. Sonar frequency response shows that frequencies between 18 and 38 kHz should be employed. This work has established a baseline and raised new questions so that active sonar can be developed and employed in the best interest for the whales involved in potentially harmful conflicts with man