Visualisierungssystem

• Subject Area: Computer Science
• Term: Funded in 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 50602229

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

Bei der Planung und Beschaffung des Visualisierungssystems wurde auf maximale Flexibilität bei hoher Leistungsfähigkeit gesetzt. Die beschafften Komponenten ermöglichen beispielsweise den Aufbau von Mehrsegment‐Powerwalls, Caves oder Workbenches, um schnell auf Anforderungen aus den Forschungsprojekten reagieren zu können. Das Großgerät bildet bis heute die technische Plattform für die wissenschaftliche Arbeit der Professur Graphische Datenverarbeitung und Visualisierung. Gleichzeitig erfolgt im Rahmen gemeinsamer Projekte eine rege Nutzung durch die Mitantragsteller und Partner. Ausgewählte Arbeiten werden im Folgenden kurz dargestellt.  Bereich VR‐Techniken: Die Professur GDV verfügt über eigene Frameworks zur Simulation und Visualisierung graphischer Datenströme und Modelle, auf denen die u.g. Projekte basieren. Im Berichtszeitraum wurde diese Basissoftware zunächst auf das Großgerät portiert und umfassend erweitert. Beispielsweise wurden Verfahren zur unabhängigen Präsentation von zwei stereoskopischen Bildpaaren implementiert sowie Ansätze zur Mehrbenutzer‐Interaktion untersucht. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur und Mikroprogrammierung wurden effiziente Kommunikations‐ und Managementverfahren für das Infiniband‐Netzwerk des Gerätes entworfen und in die graphischen Frameworks integriert. Im Rahmen einer Dissertation zum Clusterrendering wurden echtzeitfähige Methoden zur verteilten, clusterbasierten Reduktion der Komplexität großer graphischer Modelle entwickelt und in die Basissoftware eingebettet.  In Kooperation mit der Arbeitsgruppe Mediennutzung wurden erste Untersuchungen zur Problematik der Interaktion mit virtuellen Modellen in mehrbenutzerfähigen VR‐Systemen unter Beachtung unterschiedlicher Eigenperspektiven angestellt. Die Forschung auf diesem Gebiet steht durch die gegenwärtig nach wie vor stark eingeschränkten technischen Möglichkeiten (geringe Anzahl möglicher Eigenperspektiven, gravierende Verluste in der Bildhelligkeit und Darstellungsqualität) noch am Anfang, ist aber von enormer Bedeutung für künftige VR‐Systeme. Diesem Fakt trägt die DFG durch die Förderung des DFG‐Graduiertenkollegs „Kopplung virtueller und realer sozialer Welten“ Rechnung, wobei das Gerät weiter genutzt werden soll.  Bereich Schuhdesign: Das Großgerät wurde bei der Entwicklung eines VR‐Systems zum Einsatz im klassischen Schuhdesign eingesetzt. Dabei entstand der Prototyp eines VR‐Systems, der die handwerkliche Arbeitsweise von Schuhdesignern gepaart mit zusätzlichen, innovativen Mehrwerten umsetzt. Traditionell zeichnen Designer eine Vielzahl von Linien mit einem Stift direkt auf den Leisten. Diese Linien repräsentieren u.a. Schnittkanten von Lederteilen, Nähte und Zierelemente, nach denen Techniker einen physischen Musterschuh handwerklich fertigen. Dieser aufwändige und relativ starre Workflow wurde zunächst im VR‐System abgebildet, wobei ein Designer mit einem getrackten Stift auf einen ebenfalls getrackten Leisten zeichnet. So lassen sich in gewohnter Art und Weise alle Merkmale intuitiv gestalten und editieren. Der Mehrwert besteht darin, dass durch das Einbringen von Materialtexturen, Nähten usw. intuitiv ein 3D‐Modell eines Schuhs entsteht, das mit einem hohen Realitätsgrad stereoskopisch dargestellt und beliebig oft variiert werden kann. Die hohe Akzeptanz bei den Fachleuten wurde u.a. bei Präsentationen auf internationalen Branchenmessen in Mailand und Düsseldorf spürbar, wobei einzelne Module des Großgerätes zum Einsatz kamen. Dieses Projekt wird gegenwärtig mit der Entwicklung von VR‐Methoden zum Schaftdesign von Stiefeln fortgesetzt.  Bereich Archäologie: Im Berichtszeitraum ist eine neuartige Software zur Rekonstruktion und Dokumentation archäologischer Fundstücke entstanden, die die Arbeit von Archäologen grundlegend verändert. Sie bietet neben automatisierten Bearbeitungsschritten zum Erstellen geometrischer 3D‐Modelle aus lasergescannten Fundstücken ein Vielzahl fachspezifischer Werkzeuge, die den Archäologen über eine intuitiv zu bedienende Benutzeroberfläche zur Arbeit mit den Modellen zur Verfügung stehen. Beispielsweise ermöglicht die immersive Präsentation der fotorealistisch, aber auch nicht‐fotorealistisch gerenderten Datensätze auf dem Großgerät die fundierte Beurteilung von oft unscheinbaren Merkmalen, die bei der klassischen Vorgehensweise gewöhnlich nicht bemerkt wurden. Als Ergebnis entsteht eine umfassende Dokumentation der Fundstücke z.B. zur Veröffentlichung in Grabungsbänden.  Bereich Echtzeitinteraktion: Das Gebiet der Echtzeitinteraktion in VR‐Systemen wurde intensiv bearbeitet. Das Hauptaugenmerk richtete sich dabei auf die Bewegungserfassung mit Trackingsystemen und Videoströmen. Als ein Ergebnis entstand eine Dissertation, die sich grundlegend mit Methoden zur situationsbezogenen Minimierung bzw. Eliminierung von technisch bedingten Latenzproblemen in der gesamten Verarbeitungskette Tracking  Simulation  Rendering  Projektion  Tracking befasst. Darauf basierend wurde eine virtuelle Tischtennissimulation, bei der ein menschlicher Spieler mit einem realen Schläger an einer virtuellen Platte mit einem virtuellen Ball gegen einen virtuellen Gegner Tischtennis spielt, im Rahmen eines vom BISP geförderten Projekts zu einem Trainingssystem für Aufschlag und Return ausgebaut.  Bereich Menschmodelle: Die realistische Animation des Tischtennis‐Gegenspielers basiert auf einem physikalischen Skelettmodell, das mit IK‐Methoden gesteuert wird. Die gewonnenen Erkenntnisse legten den Grundstein für geförderte und noch laufende Projekte zur Anwendung von Mensch‐Modellen in der Arbeitsplanung, z.B. in der Automobilindustrie. Beginnend mit der informatischen Bewegungserfassung und Bewegungsmodellierung wurde zunehmend ein ganzheitlicher Ansatz für die Menschmodellierung erarbeitet. Die Koordinierung der Forschung aller beteiligten Arbeitsgruppen und Institute begründete die Einrichtung des interdisziplinären Kompetenzzentrums „Virtual Humans“ an der TU Chemnitz.

Publications

• Echtzeit‐Bewegungserfassung mit geringem Marker‐Satz und monokularen Videodaten. Proceedings, 6. Workshop der GI‐Fachgruppe VR/AR, pp. 115‐126, Shaker Verlag, ISBN/ISSN 978‐3‐8322‐8662‐0
  Zhang L., Rusdorf S., Brunnett G.
  
• Multistage Switches are not Crossbars: Effects of Static Routing in High‐Performance Networks. Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Cluster Computing (Cluster 2008). IEEE. 2008
  Hoefler, T.; Schneider, T.; Lumsdaine, A.
  
• Similarity Estimation on Ancient Vessels. GraphiCon Proceedings 2008, pp. 94‐100, ISBN/ISSN 978‐5‐95560‐112‐0
  Hörr, C.; Brunnett, G.
  
• Evaluation of Task Mapping Strategies for Regular Network Topologies. International Conference on Parallel Computing, ParCo 2009. Lyon. ‐ ISBN: 978‐1‐60750‐529‐7. September 2009
  Rinke, S.; Mehlan, T.; Rehm, W.
  
• Grundlagen für das Retrieval rotationssymmetrischer Gefäße. Tagungsband Workshop Audiovisuelle Medien, pp. 79‐92, 2009, WAM 2009, ISBN 9‐78300‐278587
  Wagner, St.; Hörr, Ch.; Brunner, D.; Brunnett, G.
  
• Real‐time Human Motion Capture with Simple Marker Sets and Monocular Video. Journal of Virtual Reality and Broadcasting, GI VR/AR Workshop 2009 Special Issue, Vol. 8, ISBN/ISSN 1860‐2037
  Zhang L., Brunnett G., Rusdorf S.
  
• Snake‐basierte Segmentierung von Zähnen aus virtuellen Gebissmodellen. Proceedings, 6. Workshop der GI‐Fachgruppe VR/AR, Nov. 2009, pp. 25‐36, ISBN/ISSN 978‐3‐8322‐8662‐0
  Kronfeld, Th.; Brunner, D.; Brunnett, G.
  
• Tile‐based Image Forces for Active Contours on GPU. Proceedings of Eurographics 2009 ‐ Short Papers, Eurographics 2009, pp. 89‐92, ISBN/ISSN 1017‐4656
  Kienel E., Brunnett G.
  
• Aspekte der Echtzeit‐Interaktion mit virtuellen Umgebungen. Dissertation, TU Chemnitz, Fakultät für Informatik, Professur GDV, 2010
  Rusdorf S.
  
• Data‐Driven On‐Line Generation of Interactive Gait Motion. Proc. of the 6th International Conference on Articulated Motion and Deformable Objects, AMDO 2010, Port d’Andratx, Mallorca, Spain, July 7‐9, 2010, pp. 250‐259, Springer Berlin / Heidelberg, ISBN/ISSN 978‐3‐642‐14060‐0
  Zhang L., Rusdorf S., Brunnett G.
  
• Line Drawings vs. Curvature Shading: Scientific Illustration of Range Scanned Artefacts. Proc. 6th Intl. Symposium on Computational Aesthetics in Graphics, Visualization, and Imaging 2010, pp. 41–49, ISBN/ISSN 978‐3‐905674‐24‐8
  Hörr C., Brunnett G., Vix C.
  
• Line Drawings vs. Curvature Shading: Scientific Illustration of Range Scanned Artefacts. Proc. 6th Intl. Symposium on Computational Aesthetics in Graphics, Visualization, and Imaging 2010, pp. 41–49, ISBN/ISSN 978‐3‐905674‐24‐8
  Hörr C., Brunnett G., Vix C.
  
• Snake Based Segmentation of Teeth from Virtual Dental Casts. Journal of Computer‐Aided Design & Applications, Vol. 7(2), pp. 221-233, 2010, ISSN 1686‐4360
  Kronfeld T., Brunner D., Brunnett G.
  
• Verteilt agierendes System zur Bereitstellung von geometrie‐ und bild‐basierten Approximationen für das Multiresolution Rendering. Dissertation, TU Chemnitz, Fakultät für Informatik, Professur GDV, 2010
  Hilbert K.