Forschungsseminar SS 2007

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Information

Interessenten können sich bei Herrn Alexander Wiebel melden um in den E-Mail-Verteiler aufgenommen zu werden.
Das Forschungsseminar findet regelmäßig (Ausnahmen siehe Terminplan unten) Mittwochs um 13:00 Uhr in Raum JG 1-43 statt.

Vorträge

Mi, 18.04.2007	Mario Hlawitschka	Parallele Programmierung für FAnToM auf SMP-Architekturen	D
Mi, 25.04.2007	Michael Rullmann	Implementation And Evaluation Of A Finite Element Model For Pediatric Focal Epilepsy Localization And Surgery Planning From EEG Data	D	Abstract
Mi, 02.05.2007
Mi, 09.05.2007	Alexander Wiebel	Parametrisierungen für Vektorfeldvisualisierung auf Oberflächen	D
Mi, 16.05.2007	Christian Heine	Manual Clustering Refinement using Interaction with Blobs	E	Abstract
Mi, 23.05.2007
Mi, 30.05.2007	Michael Böttinger	Global Warming im Blick - Angewandte Visualisierung in der Klimaforschung	D	Abstract
Mi, 06.05.2007
Mi, 13.05.2007	Tobias Salzbrunn	Pathline Predicates and Unsteady Flow Structures	D	Abstract
Mi, 20.06.2007	Seminarteilnehmer	Vorstellung der Arbeiten des Visualisierungsseminares	D
Mi, 27.06.2007
Mi, 04.07.2007	Alexander Wiebel	CMake für FAnToM	D
Di, 10.07.2007 14:00 Uhr JG 4-42	Taha Tais	Vortrag zur Bachelorarbeit	D
Mi, 11.07.2007	Markus Rohrschneider	Shape Characterization of Extracted and Simulated Tumor Samples using Topological and Geometric Measures	E	Abstract
Mi, 05.09,2007	Andreas Richter	Interaktive Darstellung georeferenzierter hochauflösender Landschaftsmodelle	D	Abstract
Di, 11.09.2007 14:00 Uhr JG 1-22	Dr. Hamish Carr	Topological Quantitation for Medical Problems Histograms, Isosurface Statistics & Span Space	E	Abstract Abstract

Abstracts

Implementation And Evaluation Of A Finite Element Model For Pediatric Focal Epilepsy Localization And Surgery Planning From EEG Data

Reconstruction of neuronal generators of electroencephalographic (EEG) data is important in medical diagnosis of e.g. epilepsy and in surgical planning for resection of abnormal brain regions responsible for epilepsy. The localization of the epileptic focus depends on a good head model, used in the solution of the forward problem. The more precisely the head is modeled, the better the localization results. In clinical practice a generic approximation of the patient’s head with a simple three-layer spherical head model is used. In contrast a patient-specific finite element (FE) head model can handle individual geometry and inhomogeneous and anisotropic tissue conductivities. This is a decisive factor in case of pediatric epilepsy because often patients have an unusual brain anatomy. A specific head model could increase the accuracy in seizure localization. This talk shows for the first time an evaluation of the finite element source localization software NeuroFEM for surgery planning in patients suffering from pediatric epilepsy. First, the precision of the FE head model and the inverse reconstruction methods are evaluated with a simple visual EEG experiment, which evokes potentials in the primary visual cortex of one subject. The software chain for construction of an individual realistic anisotropic head model is demonstrated and evaluated. The second part evaluates the accuracy of focal epilepsy localization on a patient using an individual anisotropic FE head model. The results are compared with invasive intracranial EEG recordings. In contrast to standard software for epilepsy localization like BESA, the FE head model pinpoints the source of epilepsy due to the consideration of anisotropy, individual geometry and exact electrode positions. The found position matches the invasive measurements. Furthermore, the results are mapped on the patients MR image of the brain anatomy for exact localization and surgery planning in clinical praxis.

Manual Clustering Refinement using Interaction with Blobs

The huge amount of different automatic clustering methods emphasizes one thing: there is no optimal clustering method for all possible cases. In certain application domains, like genomics and natural language processing, it is not even clear if any of the already known clustering methods suffice. In such cases, an automatic clustering method is often followed by manual refinement. The refined version may then be used as either an illustration, a reference, or even an input for a rule based or other machine learning algorithm as a new clustering method. In this paper, we describe a novel interaction technique to manual cluster refinement using the metaphor of soap bubbles, represented by special implicit surfaces (blobs). For instance, entities can simply be moved inside and outside of these blobs. A modified force-directed layout process automatically arranges entities equidistant on the screen. The modifications include a reduction to the expected amount of computation per iteration down to $O(|V| log|V|+|E|)$ in order to achieve a high response time for use in an interactive system. We also spend a considerable amount of effort making the display of blobs fast enough for an interactive system.

Global Warming im Blick - Angewandte Visualisierung in der Klimaforschung

Viele Aussagen über das vergangene, das heutige und insbesondere auch über das zukünftige Klima lassen sich nur auf Basis komplexer Simulationsrechnungen mit numerischen Modellen treffen. Das Klima wird durch das Zusammenspiel verschiedenster Komponenten und Prozesse bestimmt. Um nur die wichtigsten Komponenten und Wechselwirkungen in räumlich und zeitlich ausreichender Genauigkeit zu simulieren, sind selbst besonders leistungsfähige Rechnersysteme Monate bis Jahre ausgelastet. Ein prominentes Beispiel dafür sind die IPCC Szenarienrechnungen, deren Ergebnisse in den gerade veröffentlichen 4. IPCC-Bericht eingegangen sind. Bei solchen Experimenten fallen große Datenmengen an, zu deren Beherrschung es aufwendiger Speicher- und Archivierungstechnologien bedarf. Die Analyse und Auswertung der Modellergebnisse entwickelt sich angesichts des rasanten Datenwachstums zunehmend zu einer echten Herausforderung. Visualisierung als Werkzeug leistet heute einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Ergebnisse und könnte künftig noch an Bedeutung gewinnen, um dieser Herausforderung zu begegnen. Wo steht die angewandte Visualisierung im Bereich der Erdsystemforschung heute? Wissenschaftlich sind viele grundlegende Fragestellungen hinsichtlich der Visualisierung zeitabhängiger multivariater 3D-Daten gelöst – doch wie sieht die Praxis aus?

Pathline Predicates and Unsteady Flow Structures

In most fluid dynamics applications, unsteady flow is a natural phenomenon and steady models are just simplifications of the real situation. Since computing power increases, the number and complexity of unsteady flow simulations grows, too. Besides time-dependent features, scientists and engineers are essentially looking for a description of the overall flow behavior, usually with respect to the requirements of their application domain. We call such a description a flow structure, requirering a framework of definitions for unsteady flow structure. In this paper, we present such a framework based on pathline predicates. Using the common computer science definition, a predicate is a Boole -an function, and a pathline predicate is a Boole -an function on pathlines that decides if a pathline has a property of interest to the user. We will show that any suitable set of pathline predicates can be interpreted as an unsteady flow structure definition. The visualization of the resulting unsteady flow structure provides a visual description of overall flow behavior with respect to the user's interest. Furthermore, this flow structure serves as a basis for pathline placements tailored to the requirements of the application.

Shape Characterization of Extracted and Simulated Tumor Samples using Topological and Geometric Measures

The prognosis of cancer patients suffering from solid tumors significantly depends on the developmental stage of the tumor. For cervix carcinoma the prognosis is better for compact shapes than for diffusive shapes since the latter may already indicate invasion, the stage in tumor progression that precedes the formation of metastases. In this talk, methods for describing and evaluating tumor objects and their surfaces based on topological and geometric properties are presented. For geometry, statistics of the binary object's distance transform are used to evaluate the tumor's invasion front. In addition, a simple compactness measure is adapted to 3D images and presented to compare different types of tumor samples. As a topological measure, the Betti numbers are calculated of voxelized tumor objects based on a medial axis transform. It will further be illustrated how these geometric and topological properties can be used for a quantitative comparison of histological material and single-cell-based tumor growth simulations.

Interaktive Darstellung georeferenzierter hochauflösender Landschaftsmodelle

Eine Stufe der Forschungsarbeit für Fahrerassistenzsysteme im Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung ist die Simulation, die das Themenfeld "Erprobung der Fahrerassistenz" durchführt. Dafür stehen verschiedene Arten von Simulatoren zu Verfügung, die alle eine Simulationswelt benötigen. Diese 3D-Welten werden zurzeit in einem fehleranfälligen, manuellen Prozess erzeugt. Im Rahmen eines institutsübergreifenden Projekts sollen die Landschaften aus Überflug- und Satellitendaten gewonnen werden. Offen dabei ist, ob die bisher eingesetzte Simulationssoftware dem auf Grund der Detailtreue zu erwartenden höheren Datenvolumen gewachsen ist. Hier setzt nun die Masterarbeit an. In dieser sollen die Grenzen der bisher eingesetzten Grafik-Engine OpenSceneGraph und möglicher Alternativen ausgelotet werden. Auf dieser Basis sollen die zwei besten Kandidaten gegeneinander antreten. Aus den daraus resultierenden Ergebnissen kann ein Konzept für die neue Simulationssoftware erarbeitet werden, die in der Lage ist, mit den neuen Landschaftsmodellen umzugehen. Auf Basis der Erfahrungen aus den vorausgegangenen Tests entstand am Ende eine Klasse, die der Simulationssoftware die Fähigkeit gibt, statt wie bisher monolithische Landschaftsmodelle auf einmal zu laden, die Landschaft Stück für Stück aufzubauen und somit nur die notwendige Umgebung anzuzeigen. Die Darstellungsparameter sind dabei frei skalierbar und an individuelle Bedürfnisse (Schnellfahrten mit mehr Weitsicht, enge Sichtvolumen, o. a.) anpassbar.

Topological Quantitation for Medical Problems

Where scientific and engineering visualizations frequently focus on qualitative results - i.e. understanding a system, medical applications frequently require quantitative results that can be recorded for future reference and comparison. Quantitative results, however, often require a preliminary qualitative stage - segmentation. We will show how quantitative information can be integrated with the qualitative segmentation by using topology to link the two stages.

Histograms, Isosurface Statistics & Span Space

We show that histograms represent spatial function distributions with a nearest neighbour interpolation, and that isosurface statistics give better representations of function distribution. We also show that these statistics are related to span space and can be used to optimize memory requirements for isosurface acceleration.