Realistic rendering and reconstruction of astronomical objects and an augmented reality application for astronomy

These days, there is an ever increasing need for realistic models, renderings and visualization of astronomical objects to be used in planetarium and as a tool in modern astrophysical research. One of the major goals of this dissertation is to develop novel algorithms for recovering and rendering 3D models of a specific set of astronomical objects. We first present a method to render the color and shape of the solar disc in different climate conditions as well as for different height to temperature atmospheric profiles. We then present a method to render and reconstruct the 3D distribution of reflection nebulae. The rendering model takes into account scattering and absorption to generate physically realistic visualization of reflection nebulae. Further, we propose a reconstruction method for another type of astronomical objects, planetary nebulae. We also present a novel augmented reality application called the augmented astronomical telescope, tailored for educational astronomy. The real-time application augments the view through a telescope by projecting additional information such as images, text and video related to the currently observed object during observation. All methods previously proposed for rendering and reconstructing astronomical objects can be used to create novel content for the presented augmented reality application.Realistische Modelle, Visualisierungen und Renderings von astronomischen Objekten gewinnen heuzutage in Planetarium Shows oder als Werkzeug für die Astrophysikalische Forschung immer mehr an Bedeutung. Eines der Hauptziele dieser Dissertation ist es, neue Algorithmen zum Rendering und zur Rekonstruktion von Astronomischen Objekten zu entwickeln. Wir beschreiben zuerst ein Verfahren zum Rendering von Farbe und Form der Sonnenscheibe für verschiedene Klimate und gegebenen Höhe zu Temperatur Profilen. Im weiterem wird eine Methode zum Rendering und zur Rekonstruktion von 3D Modellen von Reflexionsnebeln präsentiert. Das Renderingmodell berücksichtigt Streuung und Absorption, um physikalisch realistische Visualisierungen von Reflexionsnebeln zu erzeugen. Weiter, wird ein Rekonstruktionsalgorithmus für eine andere Art astronomischer Objekte, Planetarische Nebel, vorgeschlagen. Wir stellen eine neuartige Erweiterte Realität Anwendung vor, welche für die astronomische Bildung zugeschnitten ist. Die Anwedung erweitert die Sicht durch das Okular des Teleskopes und projiziert zusätzliche Informationen wie Bilder, Text und Video online, während des Betrachtens. Alle vorher erwähnten Verfahren zum Rendering und zur Rekonstruktion von Astronomischen Objekten können verwendet werden, um Inhalte für die vorgestellte Erweiterte Realität Anwendung zu entwerfen

Realistic rendering and reconstruction of astronomical objects and an augmented reality application for astronomy

These days, there is an ever increasing need for realistic models, renderings and visualization of astronomical objects to be used in planetarium and as a tool in modern astrophysical research. One of the major goals of this dissertation is to develop novel algorithms for recovering and rendering 3D models of a specific set of astronomical objects. We first present a method to render the color and shape of the solar disc in different climate conditions as well as for different height to temperature atmospheric profiles. We then present a method to render and reconstruct the 3D distribution of reflection nebulae. The rendering model takes into account scattering and absorption to generate physically realistic visualization of reflection nebulae. Further, we propose a reconstruction method for another type of astronomical objects, planetary nebulae. We also present a novel augmented reality application called the augmented astronomical telescope, tailored for educational astronomy. The real-time application augments the view through a telescope by projecting additional information such as images, text and video related to the currently observed object during observation. All methods previously proposed for rendering and reconstructing astronomical objects can be used to create novel content for the presented augmented reality application.Realistische Modelle, Visualisierungen und Renderings von astronomischen Objekten gewinnen heuzutage in Planetarium Shows oder als Werkzeug für die Astrophysikalische Forschung immer mehr an Bedeutung. Eines der Hauptziele dieser Dissertation ist es, neue Algorithmen zum Rendering und zur Rekonstruktion von Astronomischen Objekten zu entwickeln. Wir beschreiben zuerst ein Verfahren zum Rendering von Farbe und Form der Sonnenscheibe für verschiedene Klimate und gegebenen Höhe zu Temperatur Profilen. Im weiterem wird eine Methode zum Rendering und zur Rekonstruktion von 3D Modellen von Reflexionsnebeln präsentiert. Das Renderingmodell berücksichtigt Streuung und Absorption, um physikalisch realistische Visualisierungen von Reflexionsnebeln zu erzeugen. Weiter, wird ein Rekonstruktionsalgorithmus für eine andere Art astronomischer Objekte, Planetarische Nebel, vorgeschlagen. Wir stellen eine neuartige Erweiterte Realität Anwendung vor, welche für die astronomische Bildung zugeschnitten ist. Die Anwedung erweitert die Sicht durch das Okular des Teleskopes und projiziert zusätzliche Informationen wie Bilder, Text und Video online, während des Betrachtens. Alle vorher erwähnten Verfahren zum Rendering und zur Rekonstruktion von Astronomischen Objekten können verwendet werden, um Inhalte für die vorgestellte Erweiterte Realität Anwendung zu entwerfen

A Framework For Process Data Collection, Analysis, And Visualization In Construction Projects

Automated data collection, simulation and visualization can substantially enhance the process of designing, analysis, planning, and control of many engineering processes. In particular, managing processes that are dynamic in nature can significantly benefit from such techniques. Construction projects are good examples of such processes where a variety of equipment and resources constantly interact inside an evolving environment. Management of such settings requires a platform capable of providing decision-makers with updated information about the status of project entities and assisting site personnel making critical decisions under uncertainty. To this end, the current practice of using historical data or expert judgments as static inputs to create empirical formulations, bar chart schedules, and simulation networks to study project activities, resource operations, and the environment under which a project is taking place does not seem to offer reliable results. The presented research investigates the requirements and applicability of a data-driven modeling framework capable of collecting and analyzing real time field data from construction equipment. In the developed data collection scheme, a stream of real time data is continuously transferred to a data analysis module to calculate the input parameters required to create dynamic 3D visualizations of ongoing engineering activities, and update the contents of a discrete event simulation (DES) model representing the real engineering process. The generated data-driven simulation model is iv an effective tool for projecting future progress based on existing performance. Ultimately, the developed framework can be used by project decision-makers for shortterm project planning and control since the resulting simulation and visualization are completely based on the latest status of project entities

The impact of American and Russian Cosmism on the representation of space exploration in 20th century American and Soviet space art

The aim of this dissertation is to explore and compare the impact of Russian and American Cosmism on the representation of space exploration in selected 20th century American and Soviet space art works in the context of both nations’ culture and literature of the period. The source material are 200 works of American (100) and Soviet (100) space art (1944-1991) which become subject to visual content analysis whose purpose is to examine the relation between the chief assumptions of Russian and American Cosmism and the image of space exploration constructed by American and Soviet artists. The research results obtained from the study have suggested that while the investigated representation of space exploration in the Soviet works can reflect approximately 70% of primary assumptions of Russian Cosmism, its depiction in the U.S. images seems to conceptualize approximately 80% of American Cosmism’s chief tenets.Celem monografii jest analiza wpływu idei rosyjskiego i amerykańskiego kosmizmu na obraz podboju kosmosu w wybranych dziełach XX-wiecznej amerykańskiej i radzieckiej sztuki kosmicznej w ich kontekście kulturowym i literackim. Materiałem źródłowym jest 200 dzieł amerykańskiej i radzieckiej sztuki kosmicznej (1944-1991), poddanych analizie treści wizualnej mającej na celu zbadanie relacji między głównymi założeniami rosyjskiego i amerykańskiego kosmizmu a wizerunkiem podboju kosmosu skonstruowanym przez amerykańskich i radzieckich artystów. Badanie wykazało, że w reprezentacji eksploracji kosmosu w amerykańskich dziełach można zaobserwować wpływ około 80% głównych założeń amerykańskiego kosmizmu, takich jak mit amerykańskiego pogranicza, ideologia Boskiego Przeznaczenia, Efekt Nadwidzenia, nostalgia za programem Apollo, paradygmat von Brauna lub projekt SETI. Tymczasem obraz podboju kosmosu w radzieckiej sztuce może odzwierciedlać około 70% podstawowych założeń rosyjskiego kosmizmu, w szczególności elementy koncepcji „zwykłego czynu” Fiodorowa, rosyjskiej duszy Bierdiajewa, kosmicznego entuzjazmu, społecznego techno-utopianizmu czy też „szturmu nieba”

Regularisierte Optimierungsverfahren für Rekonstruktion und Modellierung in der Computergraphik

The field of computer graphics deals with virtual representations of the real world. These can be obtained either through reconstruction of a model from measurements, or by directly modeling a virtual object, often on a real-world example. The former is often formalized as a regularized optimization problem, in which a data term ensures consistency between model and data and a regularization term promotes solutions that have high a priori probability. In this dissertation, different reconstruction problems in computer graphics are shown to be instances of a common class of optimization problems which can be solved using a uniform algorithmic framework. Moreover, it is shown that similar optimization methods can also be used to solve data-based modeling problems, where the amount of information that can be obtained from measurements is insufficient for accurate reconstruction. As real-world examples of reconstruction problems, sparsity and group sparsity methods are presented for radio interferometric image reconstruction in static and time-dependent settings. As a modeling example, analogous approaches are investigated to automatically create volumetric models of astronomical nebulae from single images based on symmetry assumptions.Das Feld der Computergraphik beschäftigt sich mit virtuellen Abbildern der realen Welt. Diese können erlangt werden durch Rekonstruktion eines Modells aus Messdaten, oder durch direkte Modellierung eines virtuellen Objekts, oft nach einem realen Vorbild. Ersteres wird oft als regularisiertes Optimierungsproblem dargestellt, in dem ein Datenterm die Konsistenz zwischen Modell und Daten sicherstellt, während ein Regularisierungsterm Lösungen fördert, die eine hohe A-priori-Wahrscheinlichkeit aufweisen. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass verschiedene Rekonstruktionsprobleme der Computergraphik Instanzen einer gemeinsamen Klasse von Optimierungsproblemen sind, die mit einem einheitlichen algorithmischen Framework gelöst werden können. Darüber hinaus wird gezeigt, dass vergleichbare Optimierungsverfahren auch genutzt werden können, um Probleme der datenbasierten Modellierung zu lösen, bei denen die aus Messungen verfügbaren Daten nicht für eine genaue Rekonstruktion ausreichen. Als praxisrelevante Beispiele für Rekonstruktionsprobleme werden Sparsity- und Group-Sparsity-Methoden für die radiointerferometrische Bildrekonstruktion im statischen und zeitabhängigen Fall vorgestellt. Als Beispiel für Modellierung werden analoge Verfahren untersucht, um basierend auf Symmetrieannahmen automatisch volumetrische Modelle astronomischer Nebel aus Einzelbildern zu erzeugen

GSFC Heliophysics Science Division FY2010 Annual Report

This report is intended to record and communicate to our colleagues, stakeholders, and the public at large about heliophysics scientific and flight program achievements and milestones for 2010, for which NASA Goddard Space Flight Center's Heliophysics Science Division (HSD) made important contributions. HSD comprises approximately 323 scientists, technologists, and administrative personnel dedicated to the goal of advancing our knowledge and understanding of the Sun and the wide variety of domains that its variability influences. Our activities include: Leading science investigations involving flight hardware, theory, and data analysis and modeling that will answer the strategic questions posed in the Heliophysics Roadmap; Leading the development of new solar and space physics mission concepts and support their implementation as Project Scientists; Providing access to measurements from the Heliophysics Great Observatory through our Science Information Systems; and Communicating science results to the public and inspiring the next generation of scientists and explorers