Touching 3D data: Interactive Visualization of Cosmological Simulations
Visualization aims to augment scientists’ senses and imagination in order to allow them to better understand their data. This is an interactive, iterative process that involves information representation, interactive exploration, and decision making. The goal is, through this iterative process, to gain insight into the problem and data until they have been sufficiently understood. A high level of interactivity in visual exploration is essential for efficiently achieving this goal since it allows the user to try out new ideas, receive immediate feedback, and accordingly adjust the exploration.
In this thesis we report about our investigation of the challenges for natural interactions in data exploration tasks in visualization domains that concern themselves with data which are inherently represented three-dimensionally. In this thesis we chose the visualization of astronomical data as a central example application domain focusing on 3D point cloud data resulting from numerical simulations, such as simulations of galactic dynamics or high-dimensional information recorded in the form of particle datasets. We introduce two intuitive and efficient interaction techniques for data exploration in 3D space. The first technique helps users to navigate 3D spaces and the second technique provides users the ability of easily selecting a subset of particle data. Furthermore, we integrate these two techniques in a visual analytic system in order to help scientists extract potentially useful information and gain insight.
Summary (Dutch):
Visualisatie richt zich op het aanvullen van de zintuigen en het voorstellingsvermogen van wetenschappers zodat ze hun gegevens beter kunnen begrijpen. Dit is een interactief en iteratief proces waar informatierepresentatie, interactieve verkenning en het nemen van beslissingen een grote rol spelen. Het doel is om door middel van dit iteratieve proces inzicht te verkrijgen in het probleem en de onderliggende gegevens totdat er voldoende begrip is. Bij deze visuele verkenning is een hoge mate van interactiviteit essentieel voor het op eem efficiënte manier behalen van dit doel omdat het de gebruiker dan de mogelijkheid geeft om nieuwe ideëen uit te proberen, terugkoppeling te verkrijgen en de verkenning op basis daarvan bij te sturen.
In dit proefschrift rapporteren we over ons onderzoek naar de uitdagingen voor natuurlijke interactie en de verkenning van gegevens die gerepresenteerd worden in drie dimensies. In dit proefschrift hebben we de visualisatie van astronomische gegevens als centraal voorbeeld genomen van een toepassingsdomein waarin de nadruk ligt op op drie-dimensionale puntwolkgegevens van numerieke simulaties, zoals simulaties van galactische dynamica of hoog-dimensionale informatie uit deeltjessystemen. We introduceren twee intuïtieve en efficiënte interactie-technieken voor de verkenning van gegevens in drie dimensies. De eerste techniek helpt gebruikers te navigeren in drie dimensies en de tweede techniek geeft gebruikers de mogelijkheid om eenvoudig een subset van deeltjes te selecteren. Daarnaast integreren we deze twee technieken in een visueel-analytische computerapplicatie om zo wetenschappers te helpen nuttige informatie te extraheren en inzicht te verkrijgen.
Thesis download:
You can download my thesis through: PDF
Demo:
Demo of the FI3D technique applied to the astronomical data: for touch surface with Smart DViT hardware (for Win32, 10.3MB) and for touch surface with TUIO input (for Win32, 9.5MB). Both demos also provides a two-mouse emulation.
Demo of the CloudLasso selection technique for touch surface with TUIO input (for Win32, including an example datasets, 22MB).
Main Reference:
Lingyun Yu (2013) Touching 3D data: Interactive Visualization of Cosmological Simulations. PhD thesis, University of Groningen, June 2013. (PDF)
Other References:
L. Yu, P. Svetachov, P. Isenberg, M. H. Everts, and T. Isenberg. “FI3D: Direct-Touch Interaction for the Exploration of 3D Scientific Visualization Spaces”. In: IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 16.6 (2010), pp. 1613– 1622. (doi) (PDF, 10 pages, 8.32 MB)
L. Yu, K. Efstathiou, P. Isenberg, and T. Isenberg. “Efficient Structure-Aware Selection Techniques for 3D Point Cloud Visualizations with 2DOF Input”. In: IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 18.12 (2012), pp. 2245–2254. Best Paper Honorable Mention Award at IEEE Scientific Visualization (doi) (PDF, 10 pages, 4.94 MB)
B. J. Ferdosi, L. Yu, H. Buddelmeijer, S. Trager, M. H. Wilkinson, T. Isenberg, and J. B. Roerdink. “Finding and Visualizing Relevant Subspaces for Clustering High-Dimensional Data Using Connected Morphological Operators”. Submitted.