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Einleitung 

In verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen werden illustrative Visualisierungen eingesetzt, um die Darstellung komplexer Daten für den Betrachter zu vereinfachen und so zum besseren Verständnis der Daten beitragen. Das Seminar möchte die Teilnehmer einerseits im Erfassen, Auseinandersetzen und Präsentieren von wissenschaftlichen Forschungsarbeiten schulen. Andererseits ihnen zu einem grundlegenden Verständnis der Motivation für den Einsatz von illustrativen Visualisierungen, im speziellen den NPR (None-Photorealistic Rendering)-Techniken, verhelfen. Dazu betrachtet das Seminar zunächst notwendige Vorverarbeitungsschritte auf den Eingangsdaten und grundlegenden illustrative Visualisierungstechniken. Anschließend werden verschiedene Anwendungsbereiche behandelt, wo die eingeführten Techniken eingesetzt werden.

Organisation

Organisatorisches: Für die inhaltliche Bearbeitung des Seminars sind drei Themenbereiche vorgesehen. Jeder Bereich betrachtet dabei verschiedene Teilbereiche mit den dazugehörigen Literaturangaben. Ein Teilnehmer wählt sich ein Paper aus und bearbeitet dieses. Eine Bearbeitung als Gruppe ist nur dann möglich, wenn das Thema dafür auch entsprechend gekennzeichnet ist. Die Themenvorstellung, -vergabe und entsprechende Terminvereinbarungen erfolgen im ersten Seminartreffen.

Die Bearbeitung eines Themas erfolgt zunächst durch das inhaltlichen Erfassen des Themas aus der bereitgestellten Literatur (meist englische Paper). Die wichtigsten Inhalte müssen dann in Form eines 10-15 Minutenvortrages präsentiert und anschließend in einer ca. 5-10 minütige Diskussion “verteidigt” werden. Abschließend wird von den präsentierten Inhalten eine schriftliche Ausarbeitung von max. 10 Seiten angefertigt. Hinweise und Beispiele zum Anfertigen des Vortrages sowie der Ausarbeitung sind hier zu finden.

Für einen erfolgreichen Abschluss des Seminars ist neben der oben erwähnten Themenbearbeitung auch die aktive(!) Teilnahme am Seminar erforderlich.

Hinweis: Einige Paper sind auf das ACM-Portal verlinkt, wo man nur einen freien Zugang über das Uninetzwerk und seinen Bibliotheksaccount hat! Weiterhin sind einige Paper nur über den Seminarleiter zu bekommen, da sie aus rechtlichen Gründen nicht öffentlich verlinkt werden dürfen.

Slides

1. Organisation	Organisation.pdf
2. Overview	Overview.pdf
3. Topics	Topics.pdf

Material

Latex Vorlage	Vorlage.zip
Word Vorlage	Vorlage_Word.doc
Beispiel 1	Krümmungsapproximation auf 3D-Modellen
Beispiel 2	Illustrative Visualisierung Strömungsvisualisierung
Beispiel 3 – Vortrag	Weighted Voronoi Stippling
Beispiel 4 – Ausarbeitung	Weighted Voronoi Stippling

Überblick

Illustrative Visualisierung im wissenschaftlichen Kontext

• Viola, I.; Sousa, M. C.; Ebert, D.; Andrews, B.; Gooch, B.; Tietjen, C.: Illustrative Visualization for Medicine and Science; In: Eurographics Tutorial, 2006. (Projektseite)
• Viola, I.; Gröller, M.E.; Bühler, K.; Hadwiger, M.; Preim, B.; Ebert, D.; Sousa, M.C.; Stredney, D.: Illustrative Visualization;In: IEEE Visualization Tutorial, 2005. (Projektseite)
• Rautek, P.; Bruckner, S.; Gröller, M.E.; Viola, I.: Illustrative visualization: new technology or useless tautology?; In: ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Volume 42 , Issue 3, 2008.

Themen – Teil I: Datenaufbereitung

Modellaufbereitung

• Bade, R.; Haase, J. and Preim, B.: Comparison of fundamental mesh smoothing algorithms for medical surface models, In: Simulation und Visualisierung, pages 289-304. SCS-Verlag, 2006.
• Mönch, T.; Lawonn, K; Kubisch, C; Westermann, R; Preim, B.: Interactive Mesh Smoothing for Medical Applications, In: Computer Graphics Forum, 32(8), pp. 110-121, 2013. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)

Krümmungsapproximation und deren Anwendung

• Rusinkiewicz, S.: Estimating Curvatures and Their Derivatives on Triangle Meshes, In: Proceeing of the 2nd International Symposium in 3D Data Processing, Visualization and Transmission, 2004, pages 486-493.
• Schulz, C.: Approximation von Krümmungsinformation für die medizinische Visualisierung, Master Thesis, 2005. (Relevant ist vorrangig das zweite Kapitel!).
• Kindlmann, G.; Whitaker, R.; Tasdizen, T. and Möller, T.: Curvature-Based Transfer Functions for Directed Volume Rendering: Methods and Applications, In: Proceedings of the 14th IEEE Visualization 2003 (VIS’03), pages 513-520, 2003. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich, ACM-Account!)

Themen – Teil II: Illustrative Visualisierungstechniken

Feature Lines

• Isenberg, T.; Freudenberg, B.; Halper, N.; Schlechtweg, S. and Strothotte, T.: A Developer’s Guide to Silhouette Algorithms for Polygonal Models. In: IEEE Computer Graphics and Applications, Volume 23, Issue 4, pages 28-37, July/August 2003
• Interrante, V.; Fuchs, H.; Pizer, S.: Enhancing Transparent Skin Surfaces with Ridge and Valley Lines. In: ACM Transaction on Graphics, pages 221-228, 1995. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich, ACM-Account!)
• DeCarlo, D.; Finkelstein, A.; Rusinkiewicz, S. and Santella A.: Suggestive Contours for Conveying Shape. In: ACM Transaction on Graphics, Volume 22, Issue 3, pages 848-855, 2003. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich, ACM-Account!)
• Judd, T.; Durand, F. and Adelson, E.: Apparent Ridges for Line Drawing, In: ACM Transaction on Graphics, Volume 26, Issue 3, page: 19, 2007.
• Xie, X.; He, Y.; Tian, F.; Seah, H.-S.; Gu, X. and Qin, H.: An Effective Illustrative Visualization Framework Based on Photic Extremum Lines (PELs). In: IEEE Visualization, Volume 13, page: 1328-1335, 2007.
• Kolomenkin, M.; Shimshoni, I.; Tal, A.: Demarcating Curves for Shape Illustration. In: ACM Transaction on Graphics, Volume 27, page: 157:1–157:9, 2007. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)
• Zhang, L.; He, Y.; Xia, J.; Xie, X.; Chen, W.: Real-Time Shape Illustration Using Laplacian Lines, In: IEEE Transactions On Visualization And Computer Graphics, Volume. 17, No. 7, July 2011. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)

Hatching

• Hertzmann, A. and Zorin, D.: Illustrating smooth surfaces. In: SIGGRAPH 2000 Conference Proceedings, New Orleans (Louisiana), July 23-28, pages 517-526, 2000.
• Praun, E.; Hoppe, H.; Webb, M. and Finkelstein, A.: Real-Time Hatching, In: SIGGRAPH, pages 581-586, 2001.
• Webb, M.; Praun, E.; Finkelstein, A.; Hoppe, H.: Fine Tone Control in Hardware Hatching, In: NPAR, pages 53-58, 2002. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)
• Zander, J.; Isenberg, T.; Schlechtweg, S. and Strothotte, T.: High Quality Hatching (object-based), In: Proceedings of Eurographics: Computer Graphics Forum, Volume 23, Issue 3, pages 421-430, September 2004. (Projektseite mit Demo und Modellen)
• Freudenberg, B.; Masuch, M. and Strothotte, T.: Real-Time Halftoning Fast and Simple Stylized Shading (texture-based), In: Andrew Kirmse, editor, Game Programming Gems 4, pages 443-440, Charles River Media, 2004.
• Ritter, F.; Hansen, C.; Dicken, V.; Konrad-Verse, O.; Preim, B. and Peitgen, H.-O.: Real-Time Illustration of Vascular Structures for Surgery (image-based), In: IEEE Transaction on Visualization, Volume 12, pages 877-884, 2006.
• Lee, H.; Kwon, S.; Lee, S.: Real-time Pencil Rendering. In NPAR, pages 37-45, 2006. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)
• Kim, Y.; Yu, J.; Yu, X.; Lee, S.: Line-art Illustration of Dynamic and Specular Surfaces. In: ACM Transaction on Graphics, Volume 27, pages 156:1–156:10, 2008. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)
• Lawonn, K.; Mönch, T.; Preim, B.: Streamlines for Illustrative Real-Time Rendering. In: Computer Graphics Forum, Volume 32(3), pages 321-330, 2013.

Stippling

• Secord, A.: Weighted Voronoi stippling. In: NPAR, pages 37-43, 2002. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)
• Pastor, M.O.; Freudenberg, B. and Strothotte T.:Real-Time Animated Stippling (object-based), In: IEEE Computer Graphics and Applications, Volume 23, Issue 4, pages 62-68, July/August 2003. (Hier gibt’s ein paar Videos zum Paper.)
• Schlechtweg, S.; Germer, T.; Strothotte, T.: RenderBots – Multi Agent Systems for Direct Image Generation. In: Computer Graphics Forum, Volume 24(2), pages 283-290, 2005.
• Baer, A.; Tietjen, C.; Bade, R. and Preim, B.: Hardware-accelerated Stippling of Surfaces dervied from Medical Volume Data (texture-based), In: IEEE/Eurographics Symposium on Visualization, Eurographics, 2007. (Diplomarbeit)
• Kim, S.; Maciejewski, R.; Isenberg, T.; Andrews, W.; Chen, W.; Sousa, M.; and Ebert, D.: Stippling by example. In: NPAR, pages 41-50, 2009. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)
• de Goes, F.; Breeden, K.; Ostromoukhov, V.; Desbrun, M.: Blue noise through optimal transport. In: ACM Transactions on Graphics (TOG), Volume 31(6), pages 171:1–171:11, 2012. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)

Advanced Texture Mapping

• Tarini, M.; Hormann, K.; Cignoni, P. and Montani, C.: PolyCube-Maps, In: ACM Transaction on Graphics, Volume 23, Issue 3, pages 853-860, 2004.
• Praun, E.; Finkelstein, A. and Hoppe, H.: Lapped Textures, In: Proceedings of SIGGRAPH, pages 465-470, 2000. (PowerPoint: Lapped Textures)

Illustrative-Shading

• Gooch, A.; Gooch, B.; Shirley, P. and Cohen, E.: A non-photorealistic lighting model for automatic technical illustration. In: International Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, ACM SIGGRAPH, pages 447–452, 1998.
• Barla, P.; Thollot, J. and Markosian, L.: X-toon: an extended toon shader. In:Proceedings of the 4th international symposium on Non-photorealistic animation and rendering (NPAR), pages 127-132, 2006.
• Rusinkiewicz , S.; Burns, M. and DeCarlo, D.: Exaggerated shading for depicting shape and detail. In: International Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, ACM SIGGRAPH, pages 1199-1205, 2006
• Tietjen, C.; Pfisterer, R.; Baer, A.; Gasteiger, R. and Preim, B.: Hardware-Acceelerated Illustrative Medical Surface Visualization with Extended Shading Maps. In: Proceedings of SmartGraphics, pages 166-177, 2008
• Hao, W.; Che, W.; Zhang, X.; Wang, Y.: 3D Model Feature Line Stylization Using Mesh Sharpening. In: VRCAI, pages 249-256, 2010. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)

Smart Visibility

• Viola, I. and Gröller, M.E.: Smart Visibility in Visualization. (Projektseite), In: Proceedings of Eurographics Workshop on Computational Aesthetics Computational Aesthetics in Graphics, Visualization and Imaging, 2005.
• Viola, I. and Gröller, M.E.: Importance-Driven Feature Enhancement in Volume Visualization (Projektseite), In: IEEE TVCG, pages 408-418, 2005.
• Bruckner, S. and Gröller, E.: Exploded Views for Volume Data (Projektseite), In: IEEE TVCG, volume 12, issue 5, pages 1077-1084, 2006
• Li, W.; Ritter, L.; Agrawala, M.; Curless, B.; Salesin, D.: Interactive Cutaway Illustrations of Complex 3D Models. (Projektseite), In: Proceedings of SIGGRAPH, Volume 31, pages 1-11, 2007.

Themen – Teil III: Anwendungsgebiete

Illustratives Volume Rendering

• Ebert, D. and Rheingans, P.: Volume Illustration: Non-Photorealistic Rendering of Volume Models;In: Proceedings of IEEE Visualization, Volume 7, Issue 3, pages 253-264, 2001.
• Bruckner, S.; Gröller, M.E.: Style Transfer Functions for Illustrative Volume Rendering;In: Computer Graphics Forum, Volume 26, Issue 3, pages 715–724, 2007. (Projektseite)
• Van Pelt, R.F.P.; Vilanova Bartroli, A. and van de Wetering, H.M.M.: Illustrative Volume Visualization Using GPU-Based Particle Systems, In: IEEE TVCG, volume 16, issue 4, pages 571-582, 2010

Medizinische Illustration und Operationsplanung

• Tietjen, C., Isenberg, T. and Preim, B.: Combining Silhouettes, Surfaces and Volume Rendering for Surgery Education and Planning., In: IEEE/Eurographics Symposium on Visualization (EuroVis), pages 303-310, 2005.
• Salah, Z.; Bartz, D.; Straßer, W. and Tatagiba, M.: Expressive anatomical illustrations based on scanned patient data., In: GMS Journal on Current Topics in Computer and Roboter Assisted Surgery, Volume 1, Issue 1, 2006.
• Haidacher, M.: Importance-Driven Rendering in Interventional Imaging (Projektseite der Masterarbeit), In: Proceedings of CESCG, 2007

Gefäß- und Strömungsvisualisierung

• Everts, M.H.; Bekker, H.; Roerdink, J.; Isenberg, T.: Depth-Dependent Halos: Illustrative Rendering of Dense Line Data (Projektseite), In: IEEE Transaction on Visualization and Computer Graphics, 15(6), pages 1299-1306, 2009.
• Van Pelt, R.F.P.; Bescos, J. O.; Breeuwer, M.; Clough, R.E. ; Gröller, E.; Ter Haar Romeny, B.M.; A. Vilanova Bartroli, A.: Exploration of 4D MRI Blood-Flow using Stylistic Visualization, In: IEEE TVCG, volume 16, issue 6, pages 1339 – 1347, 2010
• Gasteiger, R.; Neugebauer, M.; Kubisch, C. and Preim B.: Adapted Surface Visualization of Cerebral Aneurysms with Embedded Blood Flow Information, In: Proceeding of Eurographics Workshop on Visual Computing for Biology and Medicine (VCBM), pages 25-32, 2010.
• Gasteiger, R.; Neugebauer, M.; Beuing, O.; Preim, B.: The FLOWLENS: A Focus-and-Context Visualization Approach for Exploration of Blood Flow in Cerebral Aneurysms, In: IEEE TVCG, Volume 17, pages 2183-2192, 2011
• Lawonn, K.; Gasteiger, R.; Preim, B.: Adaptive Surface Visualization of Vessels with Embedded Blood Flow Based on the Suggestive Contour Measure. In: VMV – Vision Modeling Visualization, pp. 113-120, 2013.

Wahrnehmungspsychologische Evaluierung

• Interrante, B.; Fuchs, H. and Pizer. M.S.: Conveying the 3D Shape of Smoothly Curving Transparent Surfaces via Texture., In: IEEE Transaction on Visualization and Computer Graphics, Volume 3, Issue 2, pages 98-117, April/June 1997.
• Cole, F.; Golovinskiy, A.; Limpaecher, A.; Barros, H.; Finkelstein, A.; Funkhouser, T.; Rusinkiewicz, S.: Where do people draw lines?. In: ACM Transactions on Graphics (TOG), Volume 27(3), pages 88:1–88:11, 2008. (Nur über Uni-Netzwerk erhältlich.)
• Isenberg, T.; Neumann, P.; Carpendale, S.; Sousa, M.; Jorge, J.: Where do people draw lines?. In: Proceedings of the 4th International Symposium on Non-photorealistic Animation and Rendering, pages 115–126, 2006.
• Baer, A.; Gasteiger, R.; Cunningham, D. and Preim B.: Non-Photorealistic Rendering in Context: An Observational Study, In: NPAR, pages 811-820, 2011.