overview scientific visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · scientific...
TRANSCRIPT
z 1
1
Scientific Visualization
Melanie Tory
Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University) Raghu Machiraju (Ohio State University)Klaus Mueller (SUNY Stony Brook)
2
Overview
4 What is SciVis?4 Data & Applications4 Iso-surfaces4 Direct Volume Rendering4 Vector Visualization4 Challenges
3
Difference between SciVis and InfoVis
Direct Volume Rendering
Streamlines
Line Integral Convolution
GlyphsIsosurfaces
SciVis
Scatter Plots
Parallel Coordinates
Node-link Diagrams
InfoVis[Verma et al.,Vis 2000]
[Hauser et al.,Vis 2000]
[Cabral & Leedom,SIGGRAPH 1993]
[Fua et al., Vis 1999]
[http://www.axon.com/gn_Acuity.html]
[Lamping et al., CHI 1995]
4
Difference between SciVis and InfoVis
4 Card, Mackinlay, & Shneiderman:– SciVis: Scientific, physically based– InfoVis: Abstract
4 Munzner:– SciVis: Spatial layout given– InfoVis: Spatial layout chosen
4 Tory & Möller:– SciVis: Spatial layout given + Continuous– InfoVis: Spatial layout chosen + Discrete– Everything else -- ?
5
Overview
4 What is SciVis?4 Data & Applications4 Iso-surfaces4 Direct Volume Rendering4 Vector Visualization4 Challenges
6
Medical Scanning
4 ������������������� �������
z 2
7
Medical Scanning - Applications
4 ������������� ����������� �� ������������� ��
4 ����� �� �������� ������������������ �� ����� ���
8
Medical Scanning - Applications
4 ������������ ��� �������� ��� � �� ���������
4 ������ �������
4 �� �������� ����������� � �������!��������������!���������� ��
9
Biological Scanning
4 ��������"# ������������������������ ������� �������������������� � ����������
4 $ ��� % ������������������ �������� �������������������&
10
Industrial Scanning
4 ��������'������������������(
4 ) ���� ����� ���
4 ������ ��'����������� ���������(
11
Scientific Computation - Domain
4 �� ��� � �������������
4 * + ,+ �'���������������� ����������� �����-�� ����(
4 .��� ������ �� ����������'.(
4 �������� �� ������ ��� ����
12
Scientific Computation - Apps
4 .��/ �0 ������ � ���
z 3
13
Overview
4 What is SciVis?4 Data & Applications4 Iso-surfaces4 Direct Volume Rendering4 Vector Visualization4 Challenges
14
Isosurfaces - Examples
Isolines Isosurfaces
15
���������� 1 ��� ���
4 !����� ������% ���������� ����
% ��� ������
% �� ��� �����!�����������
4 ��������� � ����% � ����������!������� �� �
��� � ��
2 3 4 5 4
3 6 7 8 3
4 6 9 6 4
2 4 8 8 4
: 2 2 4 3
����������;�<16
���2"����� ������!�
4 �������������!����������!������ ��� ��������"
'��=�>( '�?2�=�>(
'��=?2�>(
'��=�>?2(
'��=?2�>?2( '�?2�=?2�>?2(
'�?2�=?2�>(
'�?2�=�>?2(
17
���3"��������������0 �1��
4 ����������������1�� ���������� ��/ �� ����� ������� ����� �����������'������@������������������(������� �����������'������A;������������������(
7���;6
7
7
<<
2:2:
2:
���;9
;������;�� ����
18
���4"�#�����$ ������1
4 B ��� ���!��������!����������������1�� ������ ���������1
�2 �3
�8
�4�5
�6�7
�<
�������;2�� ����;:
2222:2::
::22::::
����1"�2 �3 �4 �5 �< �8 �6 �7
z 4
19
���5"�C��>�������C��
4 .���������������1������������������� ����������� ���������
4 ����3<8�����������!�������������� �2<�!���������20
���5"�1�� ���
4 ����1�;�:::::::2
4 ��������2�;����!���
�
!
�
21
���<"��� ��������������0 �� �1
4 .�������� ������������������� ������ �1����� ���������� ����������������������� ������ ������� �����1�� ������
;2:;:
�;7�;<
� �?21
[ ][ ] [ ]���
����
�
−+−+=
ivivivT
ix1
22
���8"���� �� ��D ��� ���
4 ������� �� ������� ���� ��������!����� �1
1,,1,,
,1,,1,
,,1,,1
−+
−+
−+
−=
−=
−=
kjikjiz
kjikjiy
kjikjix
vvG
vvG
vvG
4 B ������������ ������ ���� ����� �� �� �������������� �1����� ��
23
���6"�������E
24
Overview
4 What is SciVis?4 Data & Applications4 Iso-surfaces4 Direct Volume Rendering4 Vector Visualization4 Challenges
z 5
25
Direct Volume Rendering Examples
26
������������������'�(
��������
27
���������� ���
4 ����������� ���� ������������ ��������������������' �� ���� ����������� ������ �������� ���� ��(
4 ������� ����� �������,����� ��������� ��� �>������������� �
4 ��������� ������� ������������ ����
28
���������.��� �����'�.F�(
4 ��� ����'�����(�����"������� ��������� ����������������� �
Human Tooth CT
αααα(f)RGB(f)
f
RGB
Shading,Compositing…
αααα
Gordon Kindlmann
29
�.F�
4 �� ���� ������������ ���������������� ������ �� ������������/
f
α
f
α
f
α
f
α
Gordon Kindlmann30
���������.��� ��������������
4 #� ����� �������"
% ��>������������.� ��������������
% ��� �����1�����G���1�!��� �H
% ���������������
4 $ � �� � ���,���� ���� �� � ��� ������������ ���������� ���
% ������������������ �!���������
Gordon Kindlmann
z 6
31
������������������'�(
��������
� ��
32
C��� ����� �4 B ������������������������
������ ������ C���
�!���!��
����� � ��
������ ��
C��� ;�����?�!���!��? �����
C���
�� !���
��������
�������
ssddaa IkIkIkI ++=
C��� ;�� !��� ?�������?��������
33
������������������'�(
��������
� ��
� ���������
34
�� ������ ���
4 I ����"
4 D �����"
3+ 2+
4 I ����"
4 D �����"
35
�� ������ ���
4 0 ������ ��� �� J��������������������� ��
4 1��������;@������������� ������������� ���
4 ��-����� �� ����������������� ��� ���% ������� ����
% � �!��� ����� ������ ������������� ��
% ��������
D ����� �����!��
C�����
36
������������������'�(
��������
� ��
� ���������
��� ������
z 7
37
������������������� ��
+ �� �
�� ���� ���1
$ ������
$ ���� ��� �
.���
38
��������������� .���
+ �� �
�� ���� �
.���
4 �����"��1 ��� ���������������'�����E(�����!�����K��� F75
39
��������������� $ ������
+ �� �
�� ���� �
$ ������
4 � ������"����������!������������L �������� ���
40
��������������� ��
+ �� �
�� ���� ���1
4 � ��"���1�� �� ��� ���� ����=�� ����������������� �������������$ ��������
41
��������������� $ ���� ��� �
+ �� �
�� ���� �
$ ���� ��� �
4 � ���� �����"�� �>�� ��������� ������������!��EC���� M77
42
0���� � ���������� ���� ����
color
opacity
�!=�� �'������������ �(
1.0
z 8
43
Overview
4 What is SciVis?4 Data & Applications4 Iso-surfaces4 Direct Volume Rendering4 Vector Visualization4 Challenges
44
.��/ �0 ������ � ���
4 ����� ��������% 1����� �� ���.��/ �0 ��
4 D �/ �% ��� �� � ��������� ��� ���
4 ��������$ ������ ����"% � ������������������������/
% + ��������������� ����!=�� �
45
����� ������.��/ �1����� �� �
46
Techniques
��� ����
� ���� �����
I ������'����/ �(
N �������.����
47
������-���
48
������-����� � ���� ���!!��
4 ����������� ���� ��������������� �� ��� ����� ���/ � ���
4 $ ���/ ������ �������������/ ��������/ � / �� �
z 9
49
������-����� � ���� � �!�
4 I ����� ����� ���� ����������/ ������ � ���� �!�
4 O �� ���������������� ���������!��
50
���������� .��/ �0 ���� ��
4 ��� ������� ��������������� ��������� ��������������
51
C���'C������ ������������� ���(
4 �� ���� �������� �1 ������������� ���� ����
P �O ������52
Overview
4 What is SciVis?4 Data & Applications4 Iso-surfaces4 Direct Volume Rendering4 Vector Visualization4 Challenges
53
Challenges - Accuracy
4 Need metrics -> perceptual metric
(a) Original (b) Bias-Added (c) Edge-Distorted54
Challenges - Accuracy
4 Deal with unreliable data (noise, Ultrasound)
z 10
55
Challenges - Accuracy4 Irregular data sets
������� ��� �������������� �����������
� ��� �����I ����"
������� ��������� ��!��� ������
B �� ��� �����I ����"
56
Challenges - Speed/Size
4 Efficient algorithms4 Hardware developments (VolumePro)4 Utilize current hardware (nVidia, ATI)4 Compression schemes4 Tera-byte data sets
57
Challenges - HCI
4 Need better interfaces
4 Which method is best?
58
Challenges - HCI4 “Augmented” reality4 Explore novel I/O devices