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Sektion 12
Montag, 18.09.2000, 15.00–15.20 Uhr, WIL A 124

Topologie-erhaltende Multiskalenverfahren zur interaktiven Visualisierung großer Datenmengen

Thomas Gerstner, Universität Bonn

Die Menge an verfügbaren Daten ist in den letzten Jahren dramatisch angewachsen. Dies betrifft zum einen typische Messdaten als auch Ergebnisse von aufwendigen numerischen Simulationen. Zum Beispiel funken Satelliten heutzutage Terabytes an Höhen- oder Wetterinformationen pro Tag auf die Erde herunter. Medizinische Aufnahmesysteme, wie Computertomographie (CT) oder Magnetresonanzinferometrie (MRI) erlauben hochaufgelöste, dreidimensionale Bilder des menschlichen Körpers. Weiterhin ermöglichen parallele numerische Strömungs- oder Elastizitäts-Berechnungen eine Wettervorhersage oder Simulationen von Crash-Tests. Ergebnis dieser Berechnungen sind Gigabytes an Daten, welche dann geeignet ausgewertet müssen.

Während solche Simulationen oder Messkampagnen Stunden oder gar Tage andauern können, erfordern auf der anderen Seite viele Anwendungen eine interaktive graphische Darstellung der Daten. Beispiele dafür sind geographische Informationssysteme (GIS), (Flug-) Navigationssysteme, medizinische Bildverarbeitung, wissenschaftliche Visualisierung und Virtual-Reality Anwendungen. Weder der Computer noch der Mensch sind jedoch in der Lage, Gigabytes an Daten in Echtzeit zu verarbeiten.

Multiskalenmethoden bieten eine Lösung dieses Problems indem sie die Darstellung der Daten auf verschiedenen Detailstufen (level of detail) ermöglichen. Sie erlauben eine Grobdarstellung der Gesamtdaten und bieten die Möglichkeit, lokal in interessante Gebiete hineinzuzoomen (pan & zoom interface).

Die verschiedenen Darstellungen sollen den Benutzer bei der Navigation und der Erkundung der Daten unterstützen und ihm einen korrekten Eindruck vermitteln. Die topologische Struktur der Daten (z.B. der Genus von extrahierten Isoflächen) ist sicherlich eine Eigenschaft die möglichst gut erhalten sein sollte.

In diesem Vortrag wird eine Methodik vorgestellt, die Topologie-Erhaltung und kontrollierte Topologie-Verfeinfachung unter Echtzeitanforderungen ermöglicht. Hierfür werden hierarchische Dreiecks- und Tetraedergitter basierend auf rekursiver Bisektion verwendet. Fehlerschätzer-gesteuerte adaptive Verfeinerung erlaubt eine lokale Unterteilung der Simplizes und ermöglicht so die effiziente Identifikation und Erhaltung kritischer Punkte.