Neues Konzept zur 2D- und 3D-Visualisierung kontinuierlicher, multidimensionaler, meteorologischer Satellitendaten

Die Visualisierung und die Unterscheidbarkeit kontinuierlicher, multidimensionaler Messdaten stößt mit bekannten Techniken oft bereits für wenige Parameter an ihre Grenzen. Für die Darstellung von räumlich-zeitlichen Satellitendaten wird ein neues Konzept für die Visualisierung kontinuierlicher, multidimensionaler, meteorologischer Satellitendaten vorgestellt. Schwerpunkte sind die 3D-Visualisierung, der Einfluss von Animationen und die Entwicklung einer 2D- und 3D-Visualisierungssoftware

Neues Konzept zur skalierbaren, explorativen Analyse großer Zeitreihendaten mit Anwendung auf umfangreiche Stromnetz-Messdaten

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung eines neuen Konzepts zur skalierbaren explorativen Analyse großer Zeitreihendaten. Hierzu werden zahlreiche datenintensive Methoden aus dem Bereich des Data-Mining und der Zeitreihenanalyse hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit mit wachsendem Datenvolumen untersucht und neue Verfahren und Datenrepräsentationen vorgestellt, die eine Exploration sehr großer Zeitreihendaten erlauben, die mit herkömmlichen Methoden nicht effizient auswertbar sind und unter dem Begriff Big Data eingeordnet werden können. Methoden zur Verwaltung und Visualisierung großer multivariater Zeitreihen werden mit Methoden zur Detektion seltener und häufiger Muster – sog. Discords und Motifs – kombiniert und zu einem leistungsfähigen Explorationssystem namens ViAT (von engl. Visual Analysis of Time series) zusammengefasst. Um auch Analysen von Zeitreihendaten durchführen zu können, deren Datenvolumen hunderte von Terabyte und mehr umfasst, wurde eine datenparallele verteilte Verarbeitung auf Basis von Apache Hadoop entwickelt. Sie erlaubt die Ableitung datenreduzierter Metadaten, welche statistische Eigenschaften und neuartige Strukturbeschreibungen der Zeitreihen enthalten. Auf dieser Basis sind neue inhaltsbasierte Anfragen und Auswertungen sowie Suchen nach bekannten und zuvor unbekannten Mustern in den Daten möglich. Das Design der entwickelten neuen Methoden und deren Integration zu einem Gesamtsystem namens FraScaTi (von engl. Framework for Scalable management and analysis of Time series data) wird vorgestellt. Das System wird evaluiert und im Anwendungsfeld der Stromnetzanalyse erprobt, welches von der Skalierbarkeit und den neuartigen Analysemöglichkeiten profitiert. Hierzu wird eine explorative Analyse hochfrequenter Stromnetz-Messdaten durchgeführt, deren Ergebnisse im Kontext des Anwendungsbereichs präsentiert und diskutiert werden

Applications of new information technologies for the preparation and efficient transmission of geographic information - the example of map-based systems on the Internet

Für die Bearbeitung sowohl praktischer als auch wissenschaftlicher Fragestellungen gewinnt der Einsatz kartengestützter Online-Systeme heute zunehmend an Bedeutung und führt zu einer außerordentlich großen Aufwertung der klassischen Funktion der Kartendarstellung in raumbezogenen Arbeits- und Forschungsprozessen. Dies bezieht sich nicht nur auf das Fach Geographie, sondern auch auf andere geowissenschaftliche Disziplinen. Alle Raumwissenschaften greifen auf räumliche Modelle in Form von Karten oder kartenverwandten Darstellungen zurück, um Zugang zur räumlichen Realität zu erhalten und theoriegeleitet arbeiten zu können.Wie bei Fernerkundungstechniken oder statistischen Analyseverfahren, die in zahlreichen geographischen Forschungsprozessen oder praktischen Auswertungstätigkeiten angewandt werden, ist es auch im Bereich der Online-Informationsvermittlung heute erforderlich, über hinreichende Kenntnisse der Wirkungsweise der eingesetzten Techniken (Verfahren) zu verfügen. Gerade im Hinblick auf die optische Perfektion, die mittlerweile kennzeichnend für die digitalen Produkte raumbezogener Visualisierungstechniken ist, erscheint es notwendig, technische Zusammenhänge und Grundlagen aufzuzeigen.Die Analyse der Konstruktions- und Distributionsweisen und die Herausstellung der informationstheoretischen Vorzüge kartengestützter Online-Systeme wurde dabei um eine empirische Überprüfung ergänzt, um eine umfassendere Bewertung des tatsächlichen Vermittlungserfolges von geographischen Informationen erreichen zu können. Mit diesem Ansatz wurde der Versuch unternommen, die These von der größeren Effizienz von Webkarten zu überprüfen und aufzuzeigen, ob und ggfs. in welchem Umfang sich die mit einer Web-Karte verfolgte Intention, einen Raumausschnitt thematisch oder topographisch wiederzugeben, im Vergleich zu konventionellen Printkarten unterschiedlich umsetzen lässt. Die Datenerhebung erfolgte über eine Befragung von zwei unterschiedlichen Versuchsgruppen, deren Wahrnehmungsleistungen als Indikator für die Wirkung der unterschiedlich codierten Rauminformationen gewertet wurden.Insgesamt belegen die Ergebnisse des kartographischen Experiments die Annahme, dass der Vermittlungserfolg von kartengestützten Rauminformationen, die über das Internet übertragen werden, größer ist als bei konventionellen Printkarten. Der Anteil an korrekten Antworten, der bei der vergleichenden Befragung erzielt wurde, ist bei den mit der Web-Technologie visualisierten Karten durchschnittlich um rund 15% größer als bei den normalen Printkarten. Insbesondere bei komplexeren Rauminformationen, bei denen es um vergleichende Betrachtungen oder das Erfassen von kausalen Zusammenhängen geht, besitzen interaktive und multimedial unterstützte Raumdarstellungen, wie sie das World Wide Web ermöglicht, eindeutig Vorteile. Die Möglichkeiten zum räumlich, zeitlich und inhaltlich nahezu unbegrenzten Informationsabruf und zur Variation der Datenwiedergabe von Webkarten kommen dem jeweils unterschiedlich ausgeprägten Wahrnehmungsvermögen der Kartennutzer zugute und verbessern offensichtlich die individuelle Informationsaufnahme

An integrated software approach to interactive exploration and steering of fluid flow simulations on many-core architectures

Traditionell werden numerische Strömungssimulationen in einer zyklischen Sequenz autonomer Teilschritte durchgeführt. Seitens Wissenschaftlern existiert jedoch schon lange der Wunsch nach mehr Interaktion mit laufenden Simulationen. Seit dem maßgeblichen Report der National Science Foundation im Jahre 1987 wurden daher neue Formen der wissenschaftlichen Visualisierung entwickelt, die sich grundlegend von den traditionellen Verfahren unterscheiden. Insbesondere hat der sogenannte Computational Steering-Ansatz reges Interesse bewirkt. Damals wie heute ist die Anwendung des Verfahrens jedoch eher die Ausnahme denn die Regel. Ursächlich dafür sind zu großen Teilen Komplexität und Restriktionen traditioneller Hochleistungssysteme. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher als Alternative zu dem traditionellen Vorgehen die immense Leistungsfähigkeit moderner Grafikkartengenerationen für die Berechnungen herangezogen. Das sogenannte GPGPU-Computing eignet sich insbesondere für die Anwendung der Lattice-Boltzmann-Methode im Bereich numerischer Strömungssimulationen. Auf Grundlage des LBM-Verfahrens wird im Rahmen dieser Arbeit prototypisch eine interaktive Simulationsumgebung basierend auf dem Computational Steering-Paradigma entwickelt, das alle Prozesse zur Lösung von Strömungsproblemen innerhalb einer einzelnen Anwendung integriert. Durch die Konvergenz der hohen massiv parallelen Rechenleistung der GPUs und der Interaktionsfähigkeiten in einer einzelnen Anwendung kann eine erhebliche Steigerung der Anwendungsqualität erzielt werden. Dabei ist es durch Einsatz mehrerer GPUs möglich, dreidimensionale Strömungsprobleme mit praxisrelevanter Problemgröße zu berechnen und gleichzeitig eine interaktive Manipulation und Exploration des Strömungsgebiets zur Laufzeit zu ermöglichen. Dabei ist der erforderliche finanzielle Aufwand verglichen mit traditionellen massiv parallelen Verfahren verhältnismäßig gering.Traditionally, computational fluid dynamics is done in a cyclic sequence of independent steps. Howerver it is a long term wish of scientists and engineers to closely interact with their running simulations. Since the influential report of the US National Science Foundation in 1987 new forms of scientific visualization have evolved that are quite different from traditional post-processing. Especially the approach commonly referred to as computational steering has been the subject of widespread interest. Although it is a very powerful paradigm, the use of computational steering is still the exception rather than the rule. The reasons for this are more or less related to the complexity and restrictions of traditional HPC systems. As an alternative to the traditional massively parallel approach, in this thesis the parallel computational power of GPGPUs is used for general purpose applications. The so called GPGPU computing has gained large popularity in the CFD community, especially for its application to the lattice Boltzmann method. Using this technology this work demonstrates a single desktop application integrating a complete interactive CFD simulation environment for reasonable hardware costs. It shows that the convergence of massive parallel computational power and steering environment into a single system significantly improves the usability, application quality and user-friendliness. Using multiple GPUs, the efficiency of this approach allows for CFD simulations in three dimensional space evolving close to real-time even for reasonable grid sizes. Thereby, the simulation can be explored and also adjusted during runtime. The thesis also shows that the responsiveness significantly benefits from avoiding common bandwidth and latency bottlenecks inherent in traditional HPC approaches. Those can be avoided as GPGPU computing does not generally require network communication, which also reduces the complexity of the application

Machbarkeitsrecherche Optische Tieridentifikation

Im Rahmen eines Landesprojektes zu aktuellen Fragestellungen im Bereich der Digitalisierung in der Tierhaltung wurde das Thema der optischen Tieridentifikation in den Fokus gerückt. Mit dem Projekt sollte dargelegt werden, wie der derzeitige Forschungsstand in diesem Bereich ist. Des Weiteren wurden die rein technischen Voraussetzungen aufgezeigt, die notwendig sind, um über optische Verfahren eine eineindeutige Einzeltieridentifikation vorzunehmen. Die Veröffentlichung gibt Hinweise zu Marktrelevanz und Empfehlungen für weitere Forschungsansätze in diesem Bereich. Redaktionsschluss: 27.10.202

Spezialeffekte in der Geovisualisierung

Diese Diplomarbeit befasst sich mit den grundlegenden theoretischen und praktischen Methoden für die Erstellung von digital erzeugten Spezialeffekten in dreidimensionalen Geovisualisierungen. Dafür nutzt die Arbeit technologische Grundlagen aus der Computergrafik und Computeranimation, die zu einem wichtigen Hilfswerkzeug für die Kartographie geworden sind. In dieser Arbeit soll veranschaulicht werden, welchen Möglichkeiten die 3D-Computergrafik für Geovisualisierungen bietet. Visualisierung bedeutet allgemein Veranschaulichung. Die Geovisualisierung stellt auf Grund ihres Bezugs zur Geographie eine Spezialform der Visualisierung dar. Eine ausdrucksstarke Form der dynamischen Visualisierung im räumlichen Datenverarbeitungsprozess ist die kartographische Computeranimation. Diese Animationen ermöglichen es sehr komplexe raum-zeitliche Prozesse darzustellen und haben eine größere Wirkung auf den Betrachter als herkömmliche kartographische Präsentationsmedien. In Geovisualisierungen werden meist eine ganze Bandbreite von digitalen Spezialeffekten angewendet, um möglichst realitätsnahe Ergebnisse darzustellen. Diese Arbeit stellt grundlegende Techniken und Werkzeuge, mit denen 3D-Programmen arbeiten, vor, um solche Effekte erzeugen zu können. Das vorrangige Ziel der Arbeit ist es, dem Betrachter von dreidimensionalen Visualisierungen vor Augen zu führen, mit welchen Methoden digitale Spezialeffekte geschaffen werden können und in welcher Art und Weise diese sinnvoll für Geovisualisierungen eingesetzt werden können.This master thesis deals with the basic theoretical and practical methods for creating digitally generated special effects in three dimensional geovisualizations. The thesis uses technological basics from computer graphics and computer animation that have become an important tool for cartography. This thesis displays the possibilities of 3D computer graphics for geovisualization. Visualization in general means representation. Geovisualization is because of its connection to geography a special kind of visualization. A very expressive form of dynamic visualization is cartographic computer animation. These animations enable displaying very complex spatiotemporal processes and have a bigger impact on the beholder compared to conventional cartographic presentation media. Geovisualization often uses a wide range of digital special effects for displaying preferably realistic results. This thesis introduces basic techniques and tools that are used in 3D-programes for creating such effects. This thesis aims to demonstrate the beholder of threedimensional visualizations with which tools digital special effects can be created and in which reasonable way they can be used for geovisualization

Interaktive Kennzeichnung großer multimedialer Nachrichten-Korpora

Heutzutage werden in immer mehr Bereichen große Mengen an Informationen gesammelt und veröffentlicht. Nachrichtenagenturen weltweit veröffentlichen Nachrichtensendungen zu jeglichen Ereignissen. Das Auftreten vieler Ereignisse und Themen erstreckt sich dabei über einen längeren Zeitraum und somit bietet sich die Möglichkeit an, durch eine entsprechende Visualisierung den Lebenszyklus und die Dynamik der Themen zu Untersuchen. Allerdings ist hierfür eine Unterteilung der Nachrichtensendungen in die einzelnen Berichte und einer Kategorisierung dieser von Vorteil. Der Prozess diese zu kategorisieren ist jedoch sehr langsam und mühsam. Diese Arbeit befasst sich nun mit einem Visuellen Ansatz dem Benutzer eine schnelle und effektivere Lösung zur Kategorisierung und Kennzeichnung von solchen Nachrichten-Korpora bereitzustellen