VISUALISIERUNG - GRUNDLAGEN & ANWENDUNG

03. Mai - 28. Juni 2021

Eine große Herausforderung für Ingenieure und Wissenschaftler stellt die visuelle Analyse von Daten dar, die typischerweise durch Simulationen auf Höchleistungsrechnern erzeugt werden. Die zunehmende Komplexität der Simulationsmodelle und die Größe der Datensätze führen zu längeren Analysezeiten. Stattdessen möchten die Benutzer schnell die Bedeutung hinter den Datensätzen verstehen und Einblick in ihre Simulationsmodelle erhalten. Das Ziel ist es Visualisierungsmethoden und -technologien zu nutzen, um die Analysezeit zu verkürzen. Verbesserte Analysemöglichkeiten bieten sich dadurch, dass die Benutzer in visuelle Darstellungen ihrer Daten eintauchen und direkt mit den Daten interagieren können.

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MODULINFORMATIONEN

  • Entwicklungsingenieure
  • CAE-, Berechnungs- und Simulationsingenieure
  • System-Designer
  • Simulationsinteressierte

 

 

Inhaltliche Themenbereiche

 

  • Die menschliche Wahrnehmung und das Sehen
  • Farben und Farbräume
  • Grafikhardware und Schnittstellen
  • Bildgenerierungs-Pipeline
  • Grundlagen der 3D-Grafik
  • Interaktive Remote-Visualisierung auf Clustern
  • Visualisierung technisch-wissenschaftlicher Fragestellungen mit COVISE
  • Visualisierung technisch-wissenschaftlicher Fragestellungen mit ParaView

 

 

Zu erlangende Kompetenzen

 

  • Sie kennen die Einsatzgebiete und die grundlegenden Techniken moderner wissenschaftlicher Visualisierung und sind in der Lage diese zu erläutern.
  • Sie kennen die verschiedenen Visualisierungstechniken (VR, AR, MR) und können diese unterscheiden.
  • Sie können aufzählen, wie die Visualisierung für die Darstellung von Simulationsergebnissen eingesetzt werden kann und können diese den Visualisierungstechniken zuordnen.
  • Sie sind in der Lage, verschiedene Beispiele für die Visualisierungsmöglichkeiten unterschiedlicher Themengebiete wiederzugeben und diese zu erläutern.
  • Sie verstehen die menschliche Wahrnehmung von Bildern und können diese beschreiben.
  • Sie können wiedergeben wie eine Software Bilder auf Hardware erzeugt und diesen Prozess erklären.
  • Sie verstehen die Funktionsweise des Sinnes Sehen.
  • Sie können nachvollziehen, wie sich Farben durch Farbmischung zusammensetzen und wie man sie charakterisieren kann.
  • Sie verstehen die Funktionsweise bestehender Visualisierungs-Hardware und deren Schnittstellen.
  • Sie können die Schritte im Prozess der Bildgenerierung auf Visualisierungs-Hardware nachvollziehen.
  • Sie kennen die Definition von homogenen Koordinaten und sind in der Lage Koordinatentransformationen zu berechnen.
  • Sie verstehen, warum man ein Cluster für die Visualisierung verwendet, und wissen, wie man ein Cluster am besten dafür nutzt.
  • Sie kennen die Begriffe Remote Rendering,  Scalable Rendering und Generic Remote Rendering und kennen deren Unterschiede und verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. 
  • Sie besitzen ein grundlegendes Verständnis der Unterschiede zwischen einer VNC Sitzung und einem X11-Forwarding und können diese zusammenfassen.
  • Sie kennen die einzelnen Schritte, sowohl auf dem Server als auch auf dem Client, um eine VNC Sitzung zu starten, und können diese anwenden.
  • Sie kennen typische Berechnungsgitter und Datenarten, die bei der Visualisierung von Berechnungsergebnissen eingesetzt werden.
  • Sie erlernen den Umgang mit einem Datenfluss-orientierten, interaktiven Visualisierungsprogramm.
  • Sie können die von Ihnen simulierten Datensätze interaktiv visualisieren.
  • Sie kennen die Open Source Softwares ParaView und COVISE und besitzen die Fähigkeit, vorhandene Daten mithilfe dieser Programme wissenschaftlich zu visualisieren.

 

 

Ihre Referenten

 

 
Dr.-Ing. Uwe Wössner
High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS)
Head of Visualization
Universität Stuttgart
Nobelstraße 19, 70569 Stuttgart

 
Dr. Fabian Dembski
High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS)
Visualization
Universität Stuttgart
Nobelstraße 19, 70569 Stuttgart
 

 
Darko Milakovic
High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS)
Communications & Industrial Trainings
Universität Stuttgart
Nobelstraße 19, 70569 Stuttgart
 

 
Martin Aumüller (Alumnus)
High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS)
Visualization
Universität Stuttgart
Nobelstraße 19, 70569 Stuttgart

 

Empfohlenes Vorwissen

 

Linux

Die Kursteilnehmer besitzen erweiterte Grundkenntnisse des freien Betriebssystems Linux und Kenntnisse in Linux-Anwendung. Der Hintergrund von Linux sowie die wichtigsten Konzepte und Werkzeuge von Linux wie die

  • Shell und Shell-Befehle (→sicherer Umgang mit der Kommandozeile),

  • Secure Shell,

  • den Umgang mit Dateien und Skripten,

  • die Struktur des Systems,

  • die Benutzer- und Rechteverwaltung und

  • das Erstellen von einfache Batch-Skripten mit einem Editor wie nano, vi oder emacs.

sollten bekannt sein. Eine Anleitung zur Arbeit auf dem Trainingscluster wird zur Verfügung gestellt.

Falls Sie bei sich in dieser Hinsicht noch Defizite feststellen, verweisen wir an dieser Stelle auf https://www.tuxcademy.org/product/lxes/

Grundlegendes Hardwareverständnis

Die Teilnehmer verstehen wie die Hardware eines klassischen Computers aufgebaut ist. Das beinhaltet vor allem das grundlegende Verständnis von

  • Prozessoren (CPU),

  • Arbeitsspeichern (RAM-Speicher) und

  • Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten,

  • Netzwerktechnik,

  • Festplatten und

  • Rechenbeschleuniger.

 

 

Technisches Equipment und Einstellungen

 

  • Rechner mit ssh-Zugang zum Trainingscluster (mit ssh-Key).

    • Ggf. muss Software installiert werden. Dafür notwendige Rechte müssen vorhanden sein.

    • Netzverbindungen nach außen zu fremden Clustern müssen aufgebaut werden können.

  • Eine stabile Internetverbindung für das Bearbeiten der Lerninhalte und Übungen wird empfohlen.

  • Zugang zu Videokonferenz-Tool mit Kamera und Mikrofon (ein Headset wird aus Qualitätsgründen empfohlen).

 

Moduldauer und Lernaufwand

 

Der Zeitaufwand pro Modul beträgt insgesamt 60 Stunden bei wochenweise freier Zeiteinteilung sowie feste Termine für virtuelle Seminare (abends) und Prüfung (tagsüber). Die Dauer erstreckt sich über 6 Wochen mit einem ungefähren wöchentlichen Aufwand von 10 Stunden.

 

Blended Learning

 

Sie lernen in einem komfortablen und effektiven Mix aus Präsenz- und Onlinelehre und erwerben so HPC-Fähigkeiten auf höchstem Niveau. Ergänzt werden die Online-Phasen durch regelmäßige Online-Meetings im virtuellen Klassenraum. Bei freier Zeiteinteilung wenden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer das Gelernte in Übungen auf dem Trainingscluster an. Die Fachexperten des HLRS, welche die Lerneinheiten entwickelt haben, stehen in wöchentlichen virtuellen Seminaren für Fragen zur Verfügung. Ein Forum ermöglicht den fachlichen Austausch der Teilnehmerinnen und Teilnehmer untereinander.

 

Qualifizierte Teilnahmebestätigung

 

Für die Teilnahme an dem Modul erhalten Sie vom Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart eine Teilnahmebestätigung. Wenn Sie zudem sämtlich Lerninhalte des Moduls bearbeitet, regelmäßig an den virtuellen Seminaren teilgenommen und die Lernaufgaben fachgerecht beantwortet haben, erhalten Sie eine qualifizierte Teilnahmebestätigung.

 

Abschluss mit Zertifikat

 

Sie erhalten ein Zertifikat, wenn Sie die Voraussetzungen für die qualifizierte Teilnahmebestätigung erfüllen und die Abschlussprüfung des Moduls bestehen. Mit der erfolgreichen Prüfung weisen Sie nach, dass Sie Kompetenzen erworben haben, das erlernte Wissen selbständig anzuwenden.

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Darko Milakovic

Modulleitung

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