overview scientific visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · scientific...

10
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 & Applications 4 Iso-surfaces 4 Direct Volume Rendering 4 Vector Visualization 4 Challenges 3 Difference between SciVis and InfoVis Direct Volume Rendering Streamlines Line Integral Convolution Glyphs Isosurfaces 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 & Applications 4 Iso-surfaces 4 Direct Volume Rendering 4 Vector Visualization 4 Challenges 6 Medical Scanning 4

Upload: others

Post on 23-May-2020

13 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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 ������������������� �������

Page 2: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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 ������ � ���

Page 3: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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

Page 4: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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

Page 5: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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

Page 6: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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

������������������'�(

��������

� ��

� ���������

��� ������

Page 7: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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

Page 8: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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 $ ���/ ������ �������������/ ��������/ � / �� �

Page 9: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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)

Page 10: Overview Scientific Visualizationtmm/courses/cpsc533c-04-fall/slides/041115... · Scientific Visualization Melanie Tory Acknowledgments: Torsten Möller (Simon Fraser University)

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