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Dissertation M.Sc. Carolin Helbig

Thema: Concept and Workflow for 3D Visualization of Multifaceted Meteorological Data

Kooperative Promotion, gefördert durch ein ESF-Promotionsstipendium 2011-2014 der HTWK Leipzig zur Erlangung des akademischen Grades Doktoringenieur (Dr.-Ing.), vorgelegt der Fakultät Umweltwissenschaften der Technischen Universität Dresden.

Gutachter:
Prof. Dr. Olaf Kolditz, Helmholtz Zentrum für Umweltforschung
Prof. Dr. Gerik Scheuermann, Universität Leipzig
Dr. Urška Demsar, Universitv of St. Andrews, (UK)

Eingereicht im Oktober 2014, Verteidigt am 17.Februar 2015

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Dr.-Ing. Carolin Helbig

Zusammenfassung

In nahezu allen Wissenschaftsdisziplinen steigt der Umfang erhobener Daten. Diese sind oftmals heterogen und besitzen eine komplexe Struktur, was ihre Analyse zu einer Herausforderung macht.Die wissenschaftliche Visualisierung bietet hier Möglichkeiten, Wissenschaftler bei der Untersuchung ihrer Forschungsergebnisse zu unterstützen.

Eine der Disziplinen, in denen räumlich-zeitliche Daten aus verschiedenen Quellen inklusive Simulations- und Observationsdaten eine Rolle spielen, ist die Meteorologie.

Frau Carolin Helbig hat in ihrer Dissertation in Zusammenarbeit mit Experten der Meteorologie ein Konzept und ein Workflow für die 3D-Visualisierung meteorologischer Daten entwickelt. Dabei wurden drei Fallstudien erarbeitet, die zum einen auf dem erstellten Konzept beruhen und zum anderen durch die während der Fallstudie gesammelten Erfahrungen das Konzept erweiterten.

Der Workflow besteht aus einer Kombination existierender Software sowie Erweiterungen dieser. Damit wurden Funktionen zur Verfügung gestellt, die bei anderen Lösungsansätzen in diesem Bereich, die oft nur eine geringere Anzahl an Funktionalität bieten, nicht zur Verfügung stehen. Der Workflow beinhaltet Methoden zur Datenintegration sowie für die Abstraktion und Darstellung der Daten.

Es wurden Lösungen für die Visualisierung einer Vielzahl an Variablen sowie zur vergleichenden Darstellung verschiedener Simulationsläufe und Simulationen verschiedener Modelle präsentiert. Die generierten Visualisierungsszenen wurden mit Hilfe von 3D-Geräten, beispielsweise eine Virtual-Reality-Umgebung, dargestellt. Die stereoskopische Projektion bietet dabei die Möglichkeit, diese komplexen Daten mit verbessertem räumlichem Eindruck darzustellen.

Um dem Nutzer eine umfassende Analyse der Daten zu ermöglichen, wurden eine Reihe von Funktionen zur Interaktion zur Verfügung gestellt, um beispielsweise Zeit, Kamera und die Anzeige von 3D-Objekten zu steuern.

Das Konzept und der Workflow wurden entsprechend der Anforderungen entwickelt, die zusammen mit Fachexperten definiert wurden. Des Weiteren wurden die Anwendungen in verschiedenen Entwicklungsstadien durch Nutzer getestet und deren Feedback in die Entwicklung einbezogen. Die Ergebnisse der Fallstudien wurden von den Wissenschaftlern benutzt, um ihre Daten zu analysieren, sowie diese zu präsentieren und in der Lehre einzusetzen. Da der vorgeschlagene Workflow allgemein anwendbare Konzepte beinhaltet, kann dieser auch für die Analyse wissenschaftlicher Daten anderer Disziplinen verwendet werden.

Publikation der Promotionsarbeit auf Qucosa

Termine
Exkursion zum CERN 14.08.2017 - 17.08.2017
Verteidigungen
Masterverteidigung Jessica Hetzer Raum: GU 111
Beginn: 31.07.17 - 16:00