Ein Petabyte ist eine eins gefolgt von 15 Nullen. So groß ist die Datenmenge, die beispielsweise ein Computerprogramm zur Erstellung von Wettersimulationen im Laufe eines Jahres ausspuckt. „Mehr, als ein Mensch in seinem ganzen Leben aufnimmt“, skizziert Institutsleiter Prof. Thomas Ertl die Herausforderungen, vor denen die Visualisierungstechnologie steht. Damit die Nutzer solche Datenmengen erfassen und damit arbeiten können, müssen die Zusammenhänge in Bildern oder Animationen anschaulich gemacht werden. Hierzu werden Methoden der Computergraphik und des wissenschaftlichen Rechnens kombiniert. Zum Einsatz kommen die Verfahren in den verschiedensten Bereichen: bei der Visualisierung von Luftumströmungen an einem Rennwagen oder der Struktur ganzer Galaxien, in Fahrzeugnavigationssystemen oder bei dreidimensionalen Computertomographien. Doch vieles, was in der Visualisierungstechnologie heute möglich ist, lässt sich auf konventionellen Bildschirmsystemen gar nicht darstellen. Während nämlich bei Digitalkameras innerhalb weniger Jahre die Auflösung von einem auf zehn Megapixel gesteigert werden konnte und moderne Scanner Bilder in noch höherer Auflösung erzeugen, ist bei der Display-Technologie die Entwicklung verhaltener. So stagniert die Auflösung bei Computermonitoren und Projektoren bei eins bis 1,5 Millionen Pixel.

	Durch zwei Teilbilder für das rechte und das linke Auge der lässt sich ein virtueller Flug durch den Grand Canyon auf einer Powerwall räumlich darstellen.

  Für großformatige Displays gibt es unterschiedliche Ansätze. Einer davon sind Rückprojektionswände (so genannte tiled displays), bei denen mehrere Projektoren zu so genannten Arrays aneinandergereiht werden und die derzeit bis zu 10 Millionen Bildpunkte darstellen können. Durch Aneinanderreihen vieler LCD-Displays sollen künftig bis zu 100 Millionen Bildpunkte erreicht werden. Die Vision der Wissenschaftler geht jedoch noch weiter. Sie träumen von Gigapixel-Displays mit einer Milliarde Bildpunkten. Diese können einen Detailreichtum wiedergeben, der die Aufnahmefähigkeit des menschlichen Auges bei Weitem übertrifft.

Störende Nähte im Bild

Die Erzeugung von solch hoch aufgelösten Bildern in interaktiven Raten (also mehr als 20 Bilder pro Sekunde) stellt die Computergraphik vor vielfältige Probleme. Diese reichen von Hardware-Aspekten bis zu algorithmischen Fragestellungen und Fragen der Wahrnehmung. „Ein Problem sind beispielsweise die Ränder zwischen den einzelnen Projektionsbereichen“, erklärt Ertl. Hier entsteht eine Überlappungshelligkeit, die als störende Nähte im Bild sichtbar wird. Ein weiterer Engpass: „Es gibt keine Gigapixel-Graphikkarten.“ Bisher kann eine Graphikkarte höchstens zwei Monitore „bedienen“, maximal zwei Graphikkarten sind pro Rechner möglich.

  Zur Lösung des Problems haben sich in dem neuen Forschungsverbund Informatiker aus Konstanz, Tübingen, Ulm, Karlsruhe und Stuttgart zusammengetan. Das Visualisierungsinstitut der Uni Stuttgart beschäftigt sich dabei vor allem mit dem Einsatz von GPU-Clustern, also parallelen Graphik-Computern. Ein Linux-Cluster mit acht Knoten, von denen jeder mit einer modernen programmierbaren Graphikkarte ausgerüstet ist, treibt die vier Projektoren einer Powerwall, auf der im Stereobetrieb immerhin rund sieben Millionen Pixel zu sehen sind.

  Höher aufgelöste Bilder bieten nicht nur für die interaktive Visualisierung neue Perspektiven. Auch „normale“ Bildschirmbenutzer dürften davon profitieren: Die Wissenschaftler erwarten schon in näherer Zukunft hoch auflösende Bildschirme, die so günstig sind, dass sie im heimischen Fernseher, als Monitor am Arbeitsplatz oder als Informationsanzeigen an öffentlichen Orten eingesetzt werden können.

Google Earth dreidimensional

Welche Bildeindrücke dabei möglich sind, zeigten die Institutsmitarbeiter anlässlich der langen Nacht der Wissenschaft der Uni am Beispiel des Programms „Google Earth“, das mit Hilfe von Satellitendaten virtuelle Flüge beispielsweise durch den Grand Canyon in den USA ermöglicht. Ein greifbarer räumlicher Eindruck entsteht jedoch erst durch Überlagerung von zwei Teilbildern, die für jedes Auge eine Ansicht mit entsprechend dem menschlichen Augenabstand verschobener Perspektive darstellen. Die am Visualisierungsinstitut entwickelten Methoden erlauben es dem von sich aus nicht stereofähigen „Google Earth“, die zwei Teilbilder für das linke und das rechte Auge zu erzeugen und auf einer Powerwall darzustellen.

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