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Visualisierung mit C++ / OpenGL - SS 2008
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Bereiche der Visualisierung
- Flow-Vis
- Software-Vis
- Tensorfield-Vis
- Bio-Medical-Vis
- Mobile Vis
- Geospatial-Vis
- Architectural Vis
- Vol-Vis
- InfoVis
- Comparative Vis
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Bilddaten
Diskretisierung
Sichtdefinition
Transformation
Projektion
Rasterisierung
Visualisierungsdaten
Simulation
Visualization
Rendering
Überblick
Visualisierungs-Pipeline
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Anwendungs-Beispiel: „Kontext-sensitive Visualisierung“
(Jun. Prof. Dr. Achim Ebert)
State-of-the-Art bei Visualisierungssystemen:
- Systemdesign
- Große monolithische Systeme
- Für spezielle Verwendungszwecke entwickelt
- Softwareentwicklung
- Anwendung und Visualisierungssystem eng gekoppelt
- Programmierung sehr aufwendig
- Flexibilität
- Plattformabhängigkeit
- Manuelle Einstellung der Systemparameter
- Keine dynamische Anpassung
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Anwendungs-Beispiel: „Kontext-sensitive Visualisierung“
- Definition: kontextsensitiv
- kontextbezogen, kontextadaptiv
- „auf den aktuellen Zusammenhang – den Kontext – bezogen”
- Definition: kontextsensitive Visualisierung
- Eine Visualisierung bzw. eine Visualisierungsapplikation ist genau dann kontextsensitiv, wenn
- sie vorgegebene Kontexte berücksichtigt und
- flexibel auf sich dynamisch ändernde Situationen proaktiv reagiert.
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Kontext-sensitive Visualisierung - Szenarien
- Benutzerkontext
- Individualität und Personalisierung
- Benutzermodell: individuelle Benutzereigenschaften
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Kontext-sensitive Visualisierung - Szenarien
- Benutzerkontext
- Situationskontext
- Aktuelle Situation des Benutzers
- Orts- und Umgebungsmerkmale
- Visualisierungsanwendungen:
- Location-based services
- Mobile Visualisierung
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Kontext-sensitive Visualisierung - Szenarien
- Benutzerkontext
- Situationskontext
- System- und Interaktionskontext
- Systemkontext: Möglichkeiten der Rechnerumgebung
- Plattformunabhängigkeit
- Interaktionkontext: sich dynamisch ändernde Werte
- Flexibilität des Visualisierungsprozesses
- Parameterwahl: Framerate vs. Qualität
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Kontext-sensitive Visualisierung - Szenarien
- Benutzerkontext
- Situationskontext
- System- und Interaktionskontext
- Darstellungskontext
- Ausgabemedium (Art, Größe, Auflösung)
- Thematik: Wie stelle ich etwas dar?
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Kontext-sensitive Visualisierung - Szenarien
- Benutzerkontext
- Situationskontext
- System- und Interaktionskontext
- Darstellungskontext
- Datenkontext
- Wünsche und Vorgaben des Benutzers
- Parameter i.d.R. nicht im Voraus bekannt
- Thematik: Was stelle ich dar?
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Kontext-sensitive Visualisierung – Agentengesteuerte Visualisierungspipeline
UserDemands
Interaction
SystemPlatform
SystemValues
Data structures /Geometry /Colors /Textures
Measurements /Empirical Data
Model /Simulation
Resolution
MaterialsRenderingGeometry
LightsAnti-
Aliasing
Visualization
Reader FilterVisualizationAlgorithms
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Anwendungsbeispiel MacVis: Multi Agent- and Component-based Visualization
PERFORMANCE AGENT
READERMARCHING
CUBELEVEL OF
DETAILTEXTURECOORDS
RENDERER
USER DEMANDS ENVIRONMENT
LEGEND
REACTIVE AGENT
PROACTIVE AGENT
DATA GENERATION DATA CONVERSION DATA VISUALIZATION
CONTROL LOOP
REACTIVE AGENTKNOWLEDGE BASE
ENVIRONMENTKNOWLEDGE BASE
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Anwendungsbeispiel MacVis: CT-Datensatz eines menschlichen Kopfes
- 94 Schichtaufnahmen
- Abstand: 1.5 mm
- Auflösung: 2562 Pixel
- Pixelabstand: 0.8 mm
- Farbtiefe: 12 Bit
- Marching-Cubes-Algorithmus
- Berechnung von Konturflächen
- Approximation durch Dreiecksnetze
- Im Beispiel: ca. 150.000 Dreiecke (beste Qualitätsstufe)
- Level of Detail
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Einschub: Marching-Cubes Algorithmus
- Berechnung von Konturflächen
- Erweitert Marching-Squares auf 3D
- Marching Squares:
- Wähle Zelle
- Bestimme Zustand der Zelle -> Bitvektor
- Lookup-Table -> Verlauf der Konturlinie
- Berechne Schnittpunkte mit Kanten der Zelle:
- Weiter mit benachbarter Zelle
i jS 1 V V mit i
j i
C f (V )
f (V ) f (V )
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0 1 2
3 4 5
6 7 8
9 10 11
12 13 14
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Anwendungsbeispiel MacVis: Visual Prototyping
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Anwendungsbeispiel MacVis: Volumen-Rekonstruktion aus CT-Datensätzen
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Anwendungsbeispiel: VirtualTryOn – Virtueller Bekleidungskatalog
- Vision
- Interaktiver Bekleidungskatalog mit Kunden als 3D-Modell
- Konfektionsware und Maßkonfektion
- Visuelle Passformkontrolle
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Anwendungsbeispiel: VirtualTryOn – Virtueller Bekleidungskatalog
- VITUS 3D Body-Scanner
- 360°-Scanner; Scanvolumen: 1.2m x 0.8m x 2.1m
- Laserklasse: 1 (augensicher)
- Scandauer: 10 - 20 Sekunden
- Auflösung: 1 - 2 mm
- Optional: hochauflösende Farbtexturen
- Automatische Bestimmungindividueller Körpermaße
- Virtueller Kunde
- Scan-Objekt + Maße + Featurepunkte
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Anwendungsbeispiel: VirtualTryOn – Virtueller Bekleidungskatalog
- Kleidungssimulation
- extrem zeitaufwendig
- Eingabe: 3D-Scan des Kleidungsstücks
- Morphing-Agent
- Regelsystem- Basis: bekleidungstechnische Größentabellen
- Exakte Maßvorgaben
- Lokalität: Änderung von Einzelmaßen (z.B. Ärmellänge)
- Kopplung von Maßänderungen (-> Konfektionsgrößen)
- Shape-Deformation, Morphing zwischen Größen
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Anwendungsbeispiel: VirtualTryOn – Virtueller Bekleidungskatalog
- Morphing-Technik
- Segmentierung des Kleidungsstückes
- Bestimmung einer geeignetenParametrisierung für jedes Segment
- Deformation- Änderung der lokalen
Eckpunkt-Koordinaten bzgl. zugehöriger Parametrisierung
- Gesamt-Morph- Additive lokale Deformationen
zylindrisch
sphärisch
zylindrisch
zylindrisch
zylindrisch
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Anwendungsbeispiel: VirtualTryOn – Virtueller Bekleidungskatalog
- Virtuelle Anprobe
- Positionierung
- Vorpositionierung: Featurepunkte aus Scanprozess
- „Haltungskorrektur” zur genauen Positionierung
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Anwendungsbeispiel: VirtualTryOn – Virtueller Bekleidungskatalog
Ergebnisse
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Anwendungsbeispiel: Mobile Visualisierung
- Inhalte
- Framework für ein flexibles, mobilesInformationsvisualisierungssystem
- Optimale visuelle Aufbereitung der Information
- Objekt- und/oder aufgabenorientierte Visualisierung
- Integration von 3D-Visualisierung auf allen Plattformen
- Einsatz modernster mobiler Geräte und Übertragungstechnologien
- Demonstrator
- Effiziente Informationsvermittlung und betriebliche Leistungssteigerung im Bereich von Abwasseranlagen
- Resultat: Transparentere sowie ökonomisch und ökologisch optimierte Prozesse in der Siedlungswasserwirtschaft
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Anwendungsbeispiel: Mobile Visualisierung - Technik
Server
D atenbank
PLS-D atenbank
M ess- undProzessdaten
D okum ente
P läne
Fotos
Videos
3D -O bjekte
Benutzer-Anfrage
D ynam ischeD arste llung
DB-Anfra
ge
DB-AnfrageResu lta t
Resu ltat
C lients
Visualis ierungsagenten
Legende:
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Anwendungsbeispiel: Mobile Visualisierung - Anwendungen
- Prozessüberwachung und -visualisierung
- Controlling und Benchmarking
- Reparatur und Wartung
- Aus- und Weiterbildung
- Notfall/Unfall