CI-Team

Onze CI-TEAM Implementation Projects ontwikkelen een interdisciplinaire onderzoeksomgeving voor de voorbereiding van een cyber-enabled workforce in de geowetenschappen, computerwetenschappen, wetenschaps- en technologiestudies, antropologie en natuurkunde. We betrekken studenten in interdisciplinaire teams om gezamenlijk instrumenten en technieken voor cyber-infrastructuur (CI) te ontwikkelen, te gebruiken en te verspreiden met behulp van virtuele realiteit (VR) en wetenschappelijke visualisatie voor onderzoek en onderwijs over drie interdisciplinaire thema’s.

Het lopende project bouwt voort op de kennis en ervaring die we gedurende meer dan een decennium van interdisciplinaire samenwerking hebben opgedaan in het KeckCAVES, dat zowel een vruchtbare omgeving biedt voor interdisciplinair onderzoek als unieke interactieve, immersieve virtual reality-omgevingen waarmee gebruikers grote en complexe datasets kunnen visualiseren en analyseren.

Dit project ontwikkelde een interdisciplinaire onderzoeksomgeving voor de voorbereiding van een op cybertechnologie gebaseerd arbeidspotentieel in de geowetenschappen, computerwetenschappen, wetenschaps- en technologiestudies, antropologie en natuurkunde. Het project betrok studenten in interdisciplinaire teams om gezamenlijk instrumenten en technieken voor cyberinfrastructuur (CI) te ontwikkelen, te gebruiken en te verspreiden waarbij virtuele en augmented reality (VR en AR) worden gebruikt in wetenschappelijke visualisatie voor onderzoek en onderwijs over drie innovatieve interdisciplinaire thema’s.

• Samenwerking op afstand: Het team heeft innovatieve methoden van tele-immersietechnologie ontwikkeld en gebruikt om interactie op afstand mogelijk te maken met gedeelde datasets tussen teams van mensen op verschillende locaties, om samenwerking bij onderzoek en onderwijs te vergemakkelijken. In het proces van deze ontwikkeling hebben de studenten kennis en inzicht gekregen in het gedrag van VR en immersieve visualisatie.
• Snelle reactie op natuurrampen: Het team heeft CI-capaciteit ontwikkeld voor het snel verzamelen, visualiseren en interpreteren van gegevens die zijn verzameld na grote geologische gebeurtenissen zoals aardbevingen en aardverschuivingen. Studententeams reageerden op gebeurtenissen die tijdens de projectperiode plaatsvonden, waaronder de aardbevingen in Haïti en El Mayor-Cucapah (Mexico). Deze capaciteit zal bijdragen tot onze kennis van de geologische processen die aardbevingen, vulkanen, aardverschuivingen en andere rampzalige gebeurtenissen veroorzaken.
• 3dCompare: Teams hebben de capaciteit ontwikkeld om digitaal weergegeven objecten te manipuleren en kwantitatief te vergelijken met behulp van interactieve CI-methoden voor gebruik in diverse toepassingen, waaronder digitale 3D-scans van gebouwen, cultureel erfgoed en archeologische, geologische en paleontologische monsters.

De voor dit project ontwikkelde methoden hebben bijgedragen tot de ontwikkeling van een Augmented Reality Sandbox (AR Sandbox), een open source project voor onderwijs en outreach dat is verspreid onder meer dan 300 wetenschapscentra, kleine musea, scholen en informele onderwijsinstellingen.

Het project droeg bij tot de ontwikkeling van een divers, op cybertechnologie gebaseerd arbeidspotentieel door studenten en afgestudeerden te betrekken bij het gebruik van op virtuele realiteit gebaseerde technologie voor op ontdekkingen gebaseerd wetenschappelijk onderzoek. De wetenschappelijke resultaten zijn verspreid via tijdschriftpublicaties en conferentieverslagen. De in de loop van het project ontwikkelde software is vrijgegeven onder vrije, open source licenties en wordt verspreid via de KeckCAVES-website.

Ons CI-TEAM-project draagt bij tot de ontwikkeling van een divers, op cybertechnologie gebaseerd arbeidspotentieel door studenten en afgestudeerden te betrekken bij het gebruik van op virtuele realiteit gebaseerde technologie voor op ontdekkingen gebaseerd wetenschappelijk onderzoek. Wij betrekken studenten en postdocs uit verschillende disciplines bij de gezamenlijke ontwikkeling van CI-instrumenten voor hun eigen onderzoek en dat van hun collega’s, en bij de ontwikkeling van een cohort cyber-enabled wetenschappers en softwareontwikkelaars met ervaring in het werken in interdisciplinaire teams. Deelnemers aan ons project kunnen deelnemen aan samenwerkingsverbanden met Amerikaanse en internationale partnerinstellingen.

Wij ontwikkelen samen met onze CI-TEAM-studenten en postdocs innovatieve, hoogwaardige leertechnologieën en instructiematerialen die breed inzetbaar zijn in meerdere disciplines en instellingen. Wij verspreiden deze technologieën en methoden door software beschikbaar te stellen onder de GNU General Public License; software-instrumenten en documentatie te verspreiden, en onderwijsmodules, documentatie en onderzoeks- en onderwijsresultaten te publiceren om het gebruik van de instrumenten te vergemakkelijken. Wij bieden visualisatie ervaringen aan gevestigde, effectieve STEM outreach programma’s die effectief gericht zijn op K-12 studenten.

De CI-instrumenten die via onze CI-TEAM-inspanningen zijn ontwikkeld, maken vooruitgang in onderzoek en onderwijs mogelijk op drie kritieke gebieden: studie van virtuele objecten, samenwerking op afstand tussen verschillende groepen en instanties, en snelle wetenschappelijke reactie op natuurrampen. De ontwikkeling van deze technologieën kan van vitaal belang worden om multinationale agentschappen bij te staan bij het nemen van degelijke beslissingen op basis van complexe gegevens.

* Immersieve visualisatie in informele leeromgevingen

De door dit partnerschap ontwikkelde instrumenten zijn gebruikt in wetenschappelijke centra en musea, waaronder onze partners in het Tahoe Environmental Research Center, Lawrence Hall of Science en het ECHO Leahy Center for Lake Champlain.

* In de klas CI-TEAM instrumenten zijn gebruikt in geologielessen voor majors en in algemene onderwijsklassen.

* De Augmented Reality Sandbox De voor dit project ontwikkelde methodologieën hebben bijgedragen tot de ontwikkeling van de Augmented Reality Sandbox (AR Sandbox), een open source project voor onderwijs en outreach dat is verspreid onder meer dan 300 wetenschapscentra, kleine musea, scholen en informele onderwijsinstellingen.

* Het project Outside_the_Vortex is een artistiek samenwerkings- en outreachproject dat uitsluiting en inclusie in bèta/techniek onderzoekt.

• Eric Cowgill
• Joseph Dumit
• Bernd Hamann
• Louise Kellogg
• Oliver Kreylos
• Michael Oskin
• Dawn Sumner

Dit project ondersteunde de verdere ontwikkeling van verscheidene softwarepakketten die essentieel zijn voor de algemene werking van de KeckCAVES, en hield ook rechtstreeks verband met de onderwijs- en opleidingsdoelstellingen van dit project.

• Vrui De Vrui VR toolkit is de fundamentele software-infrastructuur die ten grondslag ligt aan alle KeckCAVES-toepassingen. Het is een soort virtual reality-besturingssysteem waarmee krachtige en hoogwaardige VR-software eenmaal kan worden geschreven en uitgevoerd op de vele verschillende VR- en niet-VR-schermsystemen die in onderzoeks- en onderwijsomgevingen worden gebruikt. Het CI-TEAM-project ondersteunde met name de ontwikkeling van Vrui-modules die Vrui lieten werken op (toen nog) goedkope VR-omgevingen, die van cruciaal belang waren om de KeckCAVES-software uit te rollen op partnerlocaties die geen toegang hadden tot hoogwaardige VR-apparatuur voordat de huidige goedkope VR-headsets beschikbaar waren.
• Tele-samenwerking De infrastructuur voor tele-samenwerking is een optionele uitbreidingsmodule van Vrui waarmee gebruikers van verschillende geografische locaties toegang kunnen krijgen tot en kunnen samenwerken in gedeelde virtuele ruimten voor onderzoeks- en onderwijsdoeleinden. Met behulp van deze infrastructuur kunnen gebruikers samen datasets bekijken en analyseren, gegevens annoteren met behulp van gedeelde 3D-tekentools, met elkaar praten via groepsaudio, en elkaar zien als 2D- of zelfs 3D-pseudoholografische avatars. Dit project ondersteunde de ontwikkeling op verschillende gebieden van deze infrastructuur, met name groepsaudio, 2D-video-ondersteuning en integratie met verschillende projectgerelateerde VR-toepassingen.
• Kinect 3D Videopakket Het Kinect 3D Videopakket is een optionele uitbreidingsmodule voor Vrui’s infrastructuur voor telesamenwerking, waarmee in realtime pseudoholografische 3D-video van verschillende modellen 3D-videocamera’s, waaronder alle versies van Microsoft’s Kinect, kan worden vastgelegd en verzonden om de lichamen van gebruikers in te bedden in gedeelde virtuele ruimten. Met het Kinect 3D-videopakket kunnen gebruikers elkaar zien als levensgrote, dynamische, 3D-voorstellingen die natuurlijke sociale interactie over geografische afstanden ondersteunen.
• LiDAR Viewer is een VR-toepassing voor de interactieve verkenning en analyse van 3D-scans met een groot oppervlak en een hoge resolutie van natuurlijke of door de mens gemaakte omgevingen. Dit project ondersteunde de ontwikkeling van een niet-interactief point-based computing kader dat kan worden gebruikt om grote gegevens te verwerken met aangepaste geometrische of statistische analysefuncties. Als onderdeel van de onderwijs- en stimuleringscomponent van dit project werd een interface voor het schrijven van op punten gebaseerde verwerkingsfuncties in de programmeertaal Python toegevoegd om aardwetenschappelijke onderzoekers zonder diepgaande kennis van de programmeertaal C++ in staat te stellen hun eigen probleemspecifieke analysefuncties te schrijven.
• 3D Visualizer is een VR-toepassing voor de interactieve verkenning van 3D volumetrische gegevens, zoals geproduceerd door 3D volumetrisch scannen (CAT, MRI, enz.) of numerieke berekeningen. Dit project ondersteunde de ontwikkeling van een samenwerkingscomponent, die 3D Visualizer koppelde aan Vrui’s telesamenwerkingskader voor gedeelde gegevensanalyse op afstand.
• Crusta is een virtuele wereldbol in VR, vergelijkbaar met Google Earth, maar gericht op gebruikers van aardwetenschappen die hun eigen topografische en beeldgegevens met hoge resolutie importeren en geologische kaarten maken door rechtstreeks op het topografische oppervlak te tekenen. Crusta is ontwikkeld door een toenmalige doctorandus van het departement computerwetenschappen van UC Davis, in nauwe samenwerking met studenten geologie, post-docs en onderzoekers.
• Vroom is een programmeringskader op hoog niveau voor het ontwikkelen van immersieve virtual reality-toepassingen. Het is geschreven in python en gebruikt de Vrui (Virtual Reality User-Interface) bibliotheek. Het doel van vroom is het gemakkelijk maken van visualisatie van en interactie met 3D-gegevens en simulaties. Het is beschikbaar op Github.

Een geselecteerde lijst van publicaties over of met behulp van de KeckCAVES-technologie is hier beschikbaar. Wij willen onze lijst altijd bijwerken; laat ons weten welke nieuwe publicaties en producten er zijn.

De NSF awards zoekmachine toont publicaties die rechtstreeks voortvloeien uit deze prijs.

Doc-Ok.org Het perspectief van een ontwikkelaar op Immersieve 3D computer graphics

Oskin blog over 2014 Napa aardbeving

Augmented Reality Sandbox

2010 Haïti Earthquake Rapid Response using LIDAR data – deze aardbeving dateert van vóór de CI-TEAM award, maar geeft wat achtergrondinformatie over hoe we hebben leren reageren.

Centrum voor Complexiteitswetenschappen

Twitter:

• @keckcaves – Het officiële account van de KeckCAVES, inclusief het CI-TEAM project.
• @arsandbox – De Augmented Reality Sandbox
• @okreylos – Computerwetenschapper Oliver Kreylos praat over het bouwen van holodecks als beroep
• @sumnerd – Geologe Dawn Sumner over onderzoek in Antarctica, op Mars, microbiële matten, niet-lineaire wetenschap, en het leven als wetenschapper.
• @mikeoskin – Geoloog Mike Oskin onderzoekt de fysica van aardbevingen en landschappen
• @louisekellogg – Geofysica Louise Kellogg over computationeel geofysisch onderzoek en wetenschappelijke visualisatie
• @TTremblingEarth – UC Davis KeckCAVES alumnus Austin Elliot praat over aardbevingen en gerelateerde wetenschap

YouTube kanalen:

• UC Davis KeckCAVES
• Oliver Kreylos
• Dawn Sumner

UC Davis KeckCAVES CI-TEAM leden en alumni: We werken onze connecties voortdurend bij. Laat het ons weten als u wilt dat wij uw aanwezigheid op sociale media aan deze pagina toevoegen.

Dit project werd gesteund door NSF Award OAC-1135588: CI-TEAM Dynamic Interdisciplinary Research Environment to Engage and Develop a Cyber-Ready Workforce in the Geosciences, Social Sciences, and Computer Sciences.

Eerder werk werd ondersteund door NSF Award OAC-0753407 CI-TEAM: Enabling Interactive Visual Exploration and Remote Collaboration for the Geosciences and Physical Sciences.