CI-team

Våra CI-TEAM-implementeringsprojekt utvecklar en tvärvetenskaplig forskningsmiljö för att förbereda en cyberaktiverad arbetskraft inom geovetenskap, datavetenskap, vetenskap och teknikstudier, antropologi och fysik. Vi engagerar studenter i tvärvetenskapliga team för att gemensamt utveckla, använda och sprida verktyg och tekniker för cyberinfrastruktur (CI) med hjälp av virtuell verklighet (VR) och vetenskaplig visualisering för forskning och utbildning inom tre tvärvetenskapliga teman.

Det pågående projektet bygger på kunskap och erfarenhet som vi har fått under mer än ett decennium av tvärvetenskapligt samarbete vid KeckCAVES, som erbjuder både en fruktbar miljö för tvärvetenskaplig forskning och unikt interaktiva, uppslukande virtual reality-miljöer som gör det möjligt för användarna att visualisera och analysera stora och komplexa datamängder.

Projektet utvecklade en tvärvetenskaplig forskningsmiljö för att förbereda en cyberaktiverad arbetskraft inom geovetenskap, datavetenskap, vetenskap och teknikstudier, antropologi och fysik. Projektet engagerade studenter i tvärvetenskapliga grupper för att gemensamt utveckla, använda och sprida verktyg och tekniker för cyberinfrastruktur (CI) med hjälp av virtuell och förstärkt verklighet (VR och AR) i vetenskaplig visualisering för forskning och utbildning inom tre innovativa tvärvetenskapliga teman.

• Samarbete på distans: Teamet har utvecklat och använt innovativa metoder för telesimuleringsteknik för att möjliggöra interaktion på distans med delade datamängder mellan grupper av personer på olika platser, för att underlätta samarbete inom forskning och undervisning. Under denna utvecklingsprocess fick eleverna kunskap och insikt om VR:s och immersiv visualiseringens beteende.
• Snabba insatser vid naturkatastrofer: Teamet har utvecklat CI-kapacitet för snabb insamling, visualisering och tolkning av data som samlats in efter stora geologiska händelser som jordbävningar och jordskred. Elevgrupperna reagerade på händelser som inträffade under projektperioden, bland annat jordbävningarna i Haiti och El Mayor-Cucapah (Mexiko). Denna kapacitet kommer att bidra till vår kunskap om de geologiska processer som ligger bakom jordbävningar, vulkaner, jordskred och andra katastrofala händelser.
• 3dCompare: Grupperna har utvecklat förmågan att manipulera och kvantitativt jämföra digitalt representerade objekt med hjälp av interaktiva CI-metoder för användning i olika tillämpningar, inklusive digitala 3D-skanningar av byggnader, kulturarvsplatser och arkeologiska, geologiska och paleontologiska prover.

De metoder som utvecklats i detta projekt bidrog till utvecklingen av en sandlåda för förstärkt verklighet (AR Sandbox), ett projekt med öppen källkod för utbildning och uppsökande verksamhet som har spridits till mer än 300 vetenskapscenter, små museer, skolor och informella utbildningsmiljöer.

Projektet bidrog till utvecklingen av en diversifierad, cyberaktiverad arbetskraft genom att engagera studenter och doktorander i användningen av virtuell-realitetsbaserad teknik för upptäcktsbaserad vetenskaplig forskning. Vetenskapliga resultat har spridits genom tidskriftspublikationer och konferensbidrag. Den programvara som utvecklats under projektets gång har släppts under fria licenser med öppen källkod och sprids via KeckCAVES-webbplatsen.

Vårt CI-TEAM-projekt bidrar till utvecklingen av en mångsidig, cyberaktiverad arbetskraft genom att engagera studenter och doktorander i användningen av virtuell-realitetsbaserad teknik för upptäcktsbaserad vetenskaplig forskning. Vi engagerar studenter och postdoktorer från olika discipliner för att tillsammans utveckla CI-verktyg för deras egen och kollegors forskning och för att utveckla en grupp cyberaktiverade forskare och programvaruutvecklare med erfarenhet av att arbeta i tvärvetenskapliga team. Deltagare i vårt projekt har möjlighet att delta i samarbeten med amerikanska och internationella partnerinstitutioner.

Tillsammans med våra CI-TEAM-studenter och postdoktorer utvecklar vi innovativ, högkvalitativ inlärningsteknik och undervisningsmaterial som kan användas av många olika discipliner och institutioner. Vi sprider denna teknik och dessa metoder genom att tillhandahålla programvara under GNU General Public License, sprida programvaruverktyg och dokumentation samt publicera utbildningsmoduler, dokumentation och forsknings- och utbildningsresultat för att underlätta användningen av verktygen. Vi erbjuder visualiseringsupplevelser till etablerade, effektiva STEM-utreachprogram som effektivt riktar sig till K-12-elever.

De CI-verktyg som utvecklats genom våra CI-TEAM-insatser möjliggör framsteg inom forskning och undervisning på tre kritiska områden: studier av virtuella objekt, samarbete på distans mellan olika grupper och organ samt snabba vetenskapliga insatser vid naturkatastrofer. Utvecklingen av denna teknik skulle kunna bli mycket viktig för att hjälpa multinationella organ att fatta välgrundade beslut baserade på komplexa uppgifter.

* Fördjupad visualisering i informella inlärningsmiljöer

Verktygen som utvecklats av detta partnerskap har använts vid vetenskapliga centra och museer, bland annat av våra partner vid Tahoe Environmental Research Center, Lawrence Hall of Science och ECHO Leahy Center for Lake Champlain.

* I klassrummet CI-TEAM-verktyg har använts i geologikurser för huvudämnesstudenter och i allmänna kurser.

* Augmented Reality Sandbox Metoderna som utvecklades i det här projektet bidrog till utvecklingen av Augmented Reality Sandbox (AR Sandbox), ett projekt med öppen källkod för utbildning och uppsökande verksamhet som har spridits till mer än 300 vetenskapscenter, små museer, skolor och informella utbildningsmiljöer.

* Inclusion in STEM: Outreach project Projektet Outside_the_Vortex är ett konstsamarbete och ett utåtriktat projekt som utforskar uteslutning och inkludering inom STEM.

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

Detta projekt stödde den fortsatta utvecklingen av flera mjukvarupaket som är viktiga för den övergripande driften av KeckCAVES, och som också var direkt kopplade till projektets mål för utbildning och träning.

• Vrui VR-verktygslådan Vrui är den grundläggande mjukvaruinfrastruktur som ligger till grund för alla KeckCAVES-applikationer. Det är ett slags operativsystem för virtuell verklighet som gör det möjligt att skriva högpresterande och högkvalitativ VR-programvara en gång och köra den på de många olika VR- och icke-VR-skärmsystem som används i forsknings- och utbildningsmiljöer. CI-TEAM-projektet stödde särskilt utvecklingen av Vrui-moduler som gjorde att Vrui kunde köras i (då) billiga VR-miljöer, vilket var avgörande för att sprida KeckCAVES-programvaran till partneranläggningar som inte hade tillgång till avancerad VR-utrustning innan dagens billiga VR-headsets kom till.
• Telesamarbete Infrastrukturen för telesamarbete är en valfri tilläggsmodul till Vrui som gör det möjligt för användare från flera geografiska platser att gå in och samarbeta i delade virtuella utrymmen för forsknings- och utbildningsändamål. Med hjälp av denna infrastruktur kan användarna titta på och analysera dataset tillsammans, kommentera data med hjälp av delade 3D-ritningsverktyg, prata med varandra via gruppljud och se varandra som pseudoholografiska avatarer i 2D eller till och med 3D. Detta projekt stödde utvecklingen inom flera områden av denna infrastruktur, särskilt gruppljud, stöd för 2D-video och integration med flera projektrelaterade VR-applikationer.
• Kinect 3D-videopaket Kinect 3D-videopaketet är en valfri tilläggsmodul till Vruis infrastruktur för telesamarbete som gör det möjligt att i realtid fånga och överföra pseudoholografisk 3D-video från flera olika modeller av 3D-videokameror, inklusive alla versioner av Microsofts Kinect, för att bädda in användarnas kroppar i delade virtuella rum. Med Kinect 3D-videopaketet kan användarna se varandra som dynamiska 3D-representationer i naturlig storlek som stöder naturlig social interaktion över geografiska avstånd.
• LiDAR Viewer är en VR-applikation för interaktiv utforskning och analys av 3D-skanningar av stora områden och högupplösta 3D-skanningar av naturliga eller konstgjorda miljöer. Detta projekt stödde utvecklingen av en icke interaktiv punktbaserad beräkningsram som kan användas för att bearbeta stora data med anpassade geometriska eller statistiska analysfunktioner. Som en del av detta projekts utbildning och utåtriktade komponent lades ett gränssnitt för att skriva punktbaserade bearbetningsfunktioner i programmeringsspråket Python till för att ge forskare inom geovetenskap utan ingående kunskaper om programmeringsspråket C++ möjlighet att skriva sina egna problemspecifika analysfunktioner.
• 3D Visualizer är en VR-applikation för interaktiv utforskning av 3D-volymdata, t.ex. från 3D-volymskanning (CAT, MRI osv.) eller numerisk beräkning. Detta projekt stödde utvecklingen av en samarbetskomponent som knyter 3D Visualizer till Vruis ramverk för telesamarbete för delad dataanalys på distans.
• Crusta är ett VR-program för virtuella glober som liknar Google Earth, men som är inriktat på geovetenskapliga användare som kan importera sina egna högupplösta topografi- och bilddata och skapa geologiska kartor genom att rita direkt på den topografiska ytan. Crusta utvecklades av en doktorand vid datavetenskapliga institutionen vid UC Davis i nära samarbete med doktorander, postdoktorer och forskare inom geologi.
• Vroom är ett ramverk för programmering på hög nivå för att utveckla tillämpningar för uppslukande virtuell verklighet. Det är skrivet i Python och använder biblioteket Vrui (Virtual Reality User-Interface). Målet med vroom är att göra det enkelt att visualisera och interagera med 3D-data och simuleringar. Den finns tillgänglig på Github.

En utvald lista över publikationer som producerats om eller med hjälp av KeckCAVES-teknik finns här. Vi vill alltid uppdatera vår lista, så låt oss veta om nya publikationer och produkter.

Sökmotorn för NSF-utmärkelser visar publikationer som är ett direkt resultat av denna utmärkelse.

Doc-Ok.org Utvecklarens perspektiv på fördjupad 3D-datorgrafik

Oskin bloggar om jordbävningen i Napa 2014

Sandlåda för förstärkt verklighet

Snabb reaktion på Haitis jordbävning 2010 med hjälp av LIDAR-data – denna jordbävning inträffade före CI-TEAM-utmärkelsen, men ger en viss bakgrund till hur vi lärde oss att reagera.

Centrum för komplexitetsforskning

Twitter:

• @keckcaves – Det officiella kontot för KeckCAVES, inklusive CI-TEAM-projektet.
• @arsandbox – Sandlådan för förstärkt verklighet
• @okreylos – Datorforskaren Oliver Kreylos talar om hur han bygger holodäck för att försörja sig.
• @sumnerd – Geologen Dawn Sumner berättar om forskning i Antarktis, på Mars, mikrobiella mattor, icke-linjär vetenskap och livet som forskare.
• @mikeoskin – Geologen Mike Oskin utforskar fysiken bakom jordbävningar och landskap.
• @louisekellogg – Geofysiker Louise Kellogg om datoriserad geofysisk forskning och vetenskaplig visualisering.
• @TTremblingEarth – Austin Elliot, alumn från UC Davis KeckCAVES, talar om jordbävningar och relaterad vetenskap.

YouTube-kanaler:

• UC Davis KeckCAVES
• Oliver Kreylos
• Dawn Sumner

Medlemmar och alumner i UC Davis KeckCAVES CI-TEAM: Vi uppdaterar kontinuerligt våra kontakter. Låt oss veta om du vill att vi ska lägga till din närvaro i sociala medier på den här sidan.

Detta projekt stöddes av 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

Tidigare arbete stöddes av NSF Award OAC-0753407 CI-TEAM: Enabling Interactive Visual Exploration and Remote Collaboration for the Geosciences and Physical Sciences (möjliggör interaktiv visuell utforskning och samarbete på distans inom geovetenskap och fysik).