Universität zu Köln

Zellmann, Stefan (2014). Interactive High Performance Volume Rendering. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

This thesis is about Direct Volume Rendering on high performance computing systems. As direct rendering methods do not create a lower-dimensional geometric representation, the whole scientific dataset must be kept in memory. Thus, this family of algorithms has a tremendous resource demand. Direct Volume Rendering algorithms in general are well suited to be implemented for dedicated graphics hardware. Nevertheless, high performance computing systems often do not provide resources for hardware accelerated rendering, so that the visualization algorithm must be implemented for the available general-purpose hardware. Ever growing datasets that imply copying large amounts of data from the compute system to the workstation of the scientist, and the need to review intermediate simulation results, make porting Direct Volume Rendering to high performance computing systems highly relevant. The contribution of this thesis is twofold. As part of the first contribution, after devising a software architecture for general implementations of Direct Volume Rendering on highly parallel platforms, parallelization issues and implementation details for various modern architectures are discussed. The contribution results in a highly parallel implementation that tackles several platforms. The second contribution is concerned with the display phase of the “Distributed Volume Rendering Pipeline”. Rendering on a high performance computing system typically implies displaying the rendered result at a remote location. This thesis presents a remote rendering technique that is capable of hiding latency and can thus be used in an interactive environment.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Diese Dissertation fokussiert sich auf direktes Volume Rendering auf Höchstleistungsrechnern. Weil für direkte Visualierungsmethoden keine geometrische Hilfsrepräsentation niedrigerer Dimension benötigt wird, so dass der gesamte wissenschaftliche Datensatz im Arbeitsspeicher vorgehalten werden muss, ist der Ressourcenbedarf dieser Familie von Algorithmen immens. Im Allgemeinen bietet sich zur Implementierung eher Grafikhardware an. Diese wird von Höchstleistungsrechnern häufig aber nicht zur Verfügung gestellt, so dass der Visualisierungsalgorithmus speziell für die verfügbare, für den universellen Einsatz gedachte, Hardware implementiert werden muss. Das stete Wachstum wissenschaftlicher Datensätze impliziert Datenbewegungen im großen Maße vom Höchstleistungsrechner zur Workstation des Wissenschaftlers. Außerdem besteht zunehmend der Bedarf danach, Zwischenergebnisse bereits während der Simulation begutachten zu können. Diese zwei Faktoren begründen die Relevanz dessen, Direktes Volume Rendering für Höchstleistungsrechner zu portieren. Der Beitrag dieser Arbeit ist zu diesem Zwecke zweigeteilt. Im Rahmen des ersten Teilbeitrags werden auf der Basis einer Software-Architekturbeschreibung, die generelle Implementierungen von Direktem Volume Rendering für hochgradig parallele Plattformen lanciert, Details zur parallelen Implementierun für zahlreiche moderne Architekturen erörtert. Dieser Teilbeitrag resultiert in einer hochgradig parallelen Implementierung, die auf zahlreichen Plattformen effizient lauffähig ist. Der zweite Teilbeitrag behandelt die Darstellungsphase in der “Verteilten Volume Rendering Pipeline”. Rendering auf Höhstleistungsrechnern basiert typischerweis auf Remote Rendering Techniken. Diese Dissertation schlägt eine Remote Renderin Technik vor, mit deren Hilfe es möglich ist, Latenzen zu verstecken, und die deshalb in interaktiven Umgebungen zum Einsatz kommen kann. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Zellmann, Stefan zellmann@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-57275
Date:	19 August 2014
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Mathematics and Computer Science > Institute of Computer Science
Subjects:	Data processing Computer science
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Scientific Visualization; Direct Volume Rendering; Remote Rendering; High Performance Computing English
Date of oral exam:	7 July 2014
Referee:	Name Academic Title Lang, Ulrich Prof. Dr.-Ing.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5727