title: Immersive analytics of multidimensional volumetric data
Creators: name: Gall, Alexander
Publisher: name: TU Wien
Year: 2020
Subjects: subject: Immersive Analyse
subject: multidimensionale volumetrische Daten
subject: immersive analytics
subject: multidimensional volumetric data

description: Das Verstehen und Interpretieren von volumetrischen multidimensionalen Daten ist eine komplexe und kognitiv anstrengende Aufgabe. Vor allem im Bereich der Materialwissenschaften ist die Exploration umfangreicher räumlicher Daten zwingend notwendig. Die zerstörungsfreie Prüfung (NDT) spielt in der industriellen Produktion vor allem im Bereich der Material- und Bauteilprüfung eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Analyse, Visualisierung und Optimierung von neuen, hochkomplexen Materialsystemen wie Faserverbundwerkstoffen. Um die steigenden Anforderungen an diese Materialien und Komponenten der Zukunft in industriellen Anwendungen zu gewährleisten, sind umfangreiche Inspektionen und Kontrollen essentiell. Die durch bildgebende Verfahren wie Röntgencomputertomographie (XCT) generierten NDT-Prüfdaten umfassen neben 2D Bildern volumetrische Modelle, und daraus abgeleitete hochdimensionale Datenräume und können oft nicht, oder nur bedingt, auf Desktopmonitoren mittels Standard-2D-Visualisierungstechniken evaluiert werden. Daher wurden in dieser Arbeit neue immersive Visualisierungs- und Interaktionstechniken mittels Virtual Reality (VR) zur Untersuchung dieser hochkomplexen, heterogenen Materialsysteme entwickelt. Wir präsentieren eine neue Technik namens "Modell in Miniatur"{} zur effektiven interaktiven Exploration und visuellen Analyse der Faser-Charakteristiken. Weiters kombinieren wir verschiedene Ansätze wie Explosionsdarstellungen, Histogramme und Knoten-Kanten Diagramme, um einzigartige Einsichten in die Verbundwerkstoffe zu ermöglichen. Unter Einsatz körperlicher Interaktion und Navigation, und der Erweiterung der Fähigkeiten des Nutzers, sind bisher unmögliche Einblicke in komplexe Materialstrukturen möglich. Dabei setzen wir neue Erkenntnisse der immersiven Analyse ein, um die räumlichen Daten begreifbar zu machen und testen die Ergebnisse in einer qualitativen Studie mit Fachexperten. Die Evaluation unserer Techniken zeigt positive Resultate, die für einen Nutzen der immersiven Analyse von Verbundwerkstoffen und für die Exploration von allgemeinen hochdimensionalen Volumen spricht. Die gewonnenen Einsichten stellen damit einen wichtigen Schritt zur Weiterentwicklung zukünftiger immersiver Analyseplattformen dar.
description: Understanding and interpreting volumetric multidimensional data is a complex and cognitively demanding task. Especially in the field of material science the exploration of large spatial data is crucial. Non-destructive testing (NDT) plays an essential role in industrial production, especially in the field of material and component testing, regarding the analysis, visualization, and optimization of new, highly complex material systems such as fiber composites. In order to support the increasing demands on these materials and components of the future in industrial applications, extensive inspections and controls are essential. NDT inspection data generated by imaging techniques such as X-ray computed tomography (XCT) include 2D images, volumetric models, and derived high-dimensional data spaces. They can rarely, or only to a limited extent, be evaluated on desktop monitors using standard 2D visualization techniques. Therefore, novel immersive visualization and interaction techniques using Virtual Reality (VR) were developed in this thesis to investigate highly complex, heterogeneous material systems. We present a novel technique called "Model in Miniature" for an effective and interactive exploration and visual analysis of fiber characteristics. Furthermore, we combine different approaches like exploded views, histograms, and node-link diagrams to provide unique insights into the composite materials. Using embodied interaction and navigation, and enhancing the user's abilities, previously impossible insights into the most complex material structures are possible. We use the latest findings from the field of Immersive Analytics to make the spatial data more comprehensible and test the results in a qualitative study with domain experts. The evaluation of our techniques has shown positive results, which indicate the benefits of an immersive analysis of composite materials and the exploration of overall high-dimensional volumes. The insights gained therefore represent an important step towards the further development of future immersive analysis platforms.