Semantisches Steuern

In diesem Antrag geht es um visuelle Steuerung von Simulationen und Visualisierung der Ergebnisse. Simulationen werden zur Vorhersage von natürlichen Prozessen herangezogen und können daher sinnvoll als Entscheidungshilfe für den Menschen eingesetzt werden. Existierenden Lösungen fehlt es jedoch an wichtiger Funktionalität, die ein brauchbares Unterstützungssystem auszeichnen. Als besonders wichtig ist die einfache Verwendbarkeit durch Nichtexperten anzusehen. Personal, das mit der Simulationstechnik nicht vertraut ist, soll auch unter zeitkritischen Bedingungen das System bedienen können. Um ein solches System zu entwickeln, sind neue Forschungsansätze notwendig, welche sich moderne Technologien voll zu Nutzen machen. Cluster aus modernen Graphikkarten erreichen Rechenleistungen im Teraflopbereich. Damit sind Recheneinheiten finanzierbar geworden, für die man bisher auf Supercomputer zurückgreifen musste. Dennoch wurde bisher wenig getan um diese Leistung für interaktive Steuerung und Analyse von Simulationen auszunutzen. Wir planen ein neuartiges, integriertes System, welches Simulationen mit interaktiver, visueller Analyse der Ergebnisse verbindet. Dadurch wird es möglich in den Ablauf der Simulation einzugreifen und mehrere Szenarien durchzuspielen. Es soll eine Anwendung implementiert werden, um schnell und effizient auf Simulationsergebnisse reagieren zu können. Entscheidend ist, dass der Benutzer mehrere Simulationen auf der Grundlage seines Wissens und seines Verständnisses steuert. Als Anwendungsbeispiele werden zum einen Entwicklungsprozesse aus der Industrie betrachtet. Das Design von Prototypen soll vereinfacht und beschleunigt werden. Mithilfe eines weniger genauen, dafür aber schnelleren und intuitivem System kann während der Enwicklung festgestellt werden, ob ein neues Konzept brauchbar sein wird. Als weitere wichtige Anwendung ist der Einsatz der vorgestellten Methoden als Entscheidungshilfe im Katastrophenmanagement anzusehen. Unsere Vision ist, dass der Anwender vor Ort die drohende Situation schnell analysieren kann, um eine optimale Vorgehensweise zu bestimmen. Ein Beispiel: Ein Katastrophenteam soll Absperrdämme errichten, um eine unmittelbar bevorstehende Überflutung mehrerer Häuser abzuwenden. Zur Ausrüstung des Teams gehört ein Handheld. Mithilfe von Webtechnologien wird eine Simulation im entfernten System gestartet. Mit leicht verständlichen Visualisierungen werden die Ergebnisse präsentiert. Unerwartet ändern sich wenig später die Wetterverhältnisse und schnelle Entscheidungen sind notwendig. Der Benutzer kann mit einem Steuerstift die Barrieren in der virtuellen Darstellung neu anordnen und eine zusätzliche Simulation starten. In diesem interaktiven Zyklus kann der Helfer Position und Aufbau der Schutzdämme schnell optimieren. Um unsere Vision zu realisieren, planen wir die Integration und Erweiterung von Methoden aus multivariabler Visualisierung und computerunterstützter Steuerung. Diese Fusion verwirklicht ein neues Konzept, das wir Semantisches Steuern nennen: Benutzer können Simulationen auf Basis ihres Wissens und Verständnisses steuern. Weil der Benutzer mit einer Vielzahl von Simulationsläufen konfrontiert wird, werden neue, vergleichende Visualisierungstechniken notwendig. Zur Entwicklung und Evaluierung der Konzepte sollen existierende Simulationsframeworks integriert werden, welche für Grafikhardware implementiert wurden. Um den integrierter Ansatz der semantischen Steuerung zu ermöglichen, bedarf es neuer, effizienter Methoden für skalierbare Visualisierung, Interaktion, Analyse und Datenmanagement. Wir haben ein internationales Team aus renommierten Wissenschaftlern und jungen Nachwuchsforschern zusammengestellt, das Erfahrung sowohl im wissenschaftlichen Bereich als auch für Industrieanwendungen einbringt, so dass wir die Fragestellungen lösen können.

Computersimulation ist zu einem universellen Werkzeug geworden, um das Wesen von Systemen zu erkunden. Der Benutzer ändert bei der Steuerung von Simulationen Parameter, um die Auswirkungen auf das Simulationsergebnis zu studieren. Die Möglichkeit, Alternativen zu testen, ist die Grundlage für computergestützte Entscheidungsfindung und kann in Bereichen wie z.B. Hochwasserschutz genutzt werden. In diesem Projekt wurde eine neuartige Software entwickelt, welche es den Benutzern ermöglicht, alternative Überschwemmungsszenarien in einer virtuellen Umgebung zu erkunden. Um Entscheidungen zu treffen, kann der Benutzer "Was wäre wenn" - Fragen ohne spezielles Simulations-Know-how an das System stellen. Typische Fragen sind: Was passiert, wenn eine mobile Hochwasserschutzwand bricht? Können wir wichtige Gebäude schützen, indem wir eine Sandsackbarriere aufstellen? Was passiert, wenn wir Sandsäcke woanders platzieren?Heutzutage wird viel Aufwand in schnellere und genauere Simulationskomponenten gesetzt. Gleichzeitig werden die Simulationsmethoden immer komplexer und ein enormes technisches Know-how wird von den Benutzern vorausgesetzt, um in der Lage sein, diese auch zu nutzen. Daher haben wir nachvollziehbare visuelle Schnittstellen entwickelt, um die Steuerung komplexer Simulationssysteme zu erleichtern. Die vorgestellten Visualisierungen ermöglicht den Benutzern intuitiv das Erstellen und Analysieren mehrerer Überschwemmungssimulationen. Dies wurde durch eine neuartige Integration von Simulation und Visualisierung in dem Software-Tool Visdom ermöglicht. Die Basis beinhaltet eine 2D-Visualisierung von Szenarien, die dem Anwender ein schnelles Navigieren und Vergleichen ermöglicht. Neue Entscheidungen werden durch das Konzept der Verzweigung eingeführt. Während dieses Prozesses müssen die Benutzer nicht die der Simulation zugrundeliegenden Parameter direkt ändern, sondern sie skizzieren ihre Ideen einfach in einer intuitiven 3D-Darstellung der Situation. Zum Beispiel kann eine Sandsackbarriere schnell in das Stadtmodell mittels Maus-Eingabe oder mittels eines mobilen Tablet-Geräts gezogen werden. Die Zeichnungen werden dann automatisch in die Parameter der zugrunde liegenden Simulationsläufe übertragen. Mehrere Darstellungen der Simulationsergebnisse können von Benutzern verglichen und die Auswirkungen ihrer getroffenen Entscheidungen verstanden werden. Auf diese Weise können wichtige Informationen wie Schäden an Gebäuden schnell extrahiert werden. Darüber hinaus ermöglicht das System eine Vielzahl an möglichen Varianten zu untersuchen, damit die Analytiker die involvierte Unsicherheit erfassen und relevante Worst-Case-Informationen für die Erstellung robuster Entscheidungen extrahieren können.Die effiziente und flexible Kombination von zeitabhängiger Simulation und Visualisierung in einem Werkzeug war eine der großen Herausforderungen, die im Rahmen des Projekts gelöst wurden. Unsere generische Lösung ist unabhängig von der Anwendungsdomäne und Simulations-Technologie. Verkehrsmanagement, Evakuierungsplanung, Industrie-Prototyping oder Operations-Planung könnte auch von unserer Technik profitieren, die es dem Benutzer ermöglicht, Design-Entscheidungen interaktiv zu vergleichen.Weitere allgemeine Informationen über "Semantisches Steuern" und "Visdom" finden Sie hier: http://visdom.at/media/pdf/press/visdom%20-%20integrated%20visualization.pdf