Scalable and efficient numerical simulations continue to gain importance, as computation is firmly established tool of discovery, together with theory and experiment. Meanwhile, the performance of computing hardware grows with increasing heterogeneous hardware, enabling simulations of ever more complex models. However, efficiently implementing scalable codes on heterogeneous, distributed hardware systems becomes the bottleneck. This bottleneck can be alleviated by intermediate software layers that provide higher-level abstractions closer to the problem domain, hence allowing the computational scientist to focus on the simulation. Here, we present OpenFPM, an open and scalable framework that provides an abstraction layer for numerical simulations using particles and/or meshes. OpenFPM provides transparent and scalable infrastructure for shared-memory and distributed-memory implementations of particles-only and hybrid particle-mesh simulations of both discrete and continuous models, as well as non-simulation codes. This infrastructure is complemented with frequently used numerical routines, as well as interfaces to third-party libraries. This thesis will present the architecture and design of OpenFPM, detail the underlying abstractions, and benchmark the framework in applications ranging from Smoothed-Particle Hydrodynamics (SPH) to Molecular Dynamics (MD), Discrete Element Methods (DEM), Vortex Methods, stencil codes, high-dimensional Monte Carlo sampling (CMA-ES), and Reaction-Diffusion solvers, comparing it to the current state of the art and existing software frameworks.

Vorwort Dr. Hartmut Rudolph: Die Gesellschaft für Medien in der Wissenschaft GMW e.V. hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Kommunikationsplattform an der Schnittstelle zwischen ihren beiden, meist unterschiedlichen Bezugssystemen zugeordneten Namensbestandteilen zu bieten: für Wissenschaftler, die mit oder an Medien arbeiten, und für Medienleute, die sich um wissenschaftliche Themen kümmern. Die GMW ist damit weder eine reine Standes- oder Interessenvertretung noch eine wissenschaftliche Vereinigung; sie versteht sich vielmehr als Fachgesellschaft, die Theorie und Praxis, den Entwurf und seine Umsetzung, den Gedanken und die Tat in einem fruchtbaren Spannungsfeld zusammenführen möchte. Hierzu gehören nicht nur die rationale Auseinandersetzung mit Techniken und Terminologien der jeweils komplementären Seite, sondern auch ein Verständnis für deren professionelle Mentalität und ihr berufliches Selbstverständnis. Erst dann kann der Dialog seine kreative Kraft entfalten. In diesem Sinne freue ich mich, daß der hier vorgelegte Band 3 der Reihe „Medien in der Wissenschaft“ sich als Monographie aus der Praxis des Computergrafikers nicht nur an den Praktiker, sondern auch - oder vielleicht vor allem? - an den potentiellen Auftraggeber für einen wissenschaftlichen Film oder den Medien Nutzer aus der Wissenschaft wendet. Der Computerlaie mit Trickfilm- und Filmtrickerfahrung wird aus diesem Band ebenso neue Vorstellungen beziehen können wie der Wissenschaftler mit Visualisierungsneigung oder der grafisch ambitionierte „Computerfreak“. Bei einem so breit angelegten Adressatenkreis für ein doch recht spezialisiertes Thema kann es nicht ausbleiben, daß dem einen die Vertiefung fehlt, wo der andere sich mehr Basisinformation wünscht, daß Redundanz für den einen das „Aha-Erlebnis“ für den anderen bedeutet. Deswegen ist dieser Band auch nicht unbedingt auf eine lineare, vollständige Lektüre angelegt: Einleitungen zu den verschiedenen Kapiteln, Praxisbeispiele, ein umfangreiches Glossar (leicht erkennbar an den grauen Randstreifen) und ein Sachregister sollen jedem Leser eine für seine individuellen Bedürfnisse zugeschnittene Benutzung ermöglichen. Die GMW betritt mit diesem Band Neuland in ihrer noch jungen Vereinsgeschichte: Während die ersten beiden Titel typische Tagungsbände einer Fachgesellschaft waren, liegt nun erstmals eine monothematische Abhandlung vor. Dies entspricht durchaus der Konzeption der Reihe „Medien in der Wissenschaft“: Das Verbindende soll in dem vielfältigen Themenspektrum liegen, das zu dem Reihentitel beiträgt. Bei gegebener äußerer Form soll die innere Form aber weitgehend frei sein: ob nun Tagungsband, Monographie oder Aufsatzsammlung - der Inhalt ist das entscheidende Kriterium. Auf diese Weise soll die Reihe allen GMWMitgliedern, aber auch Gästen für ihre Publikationen offenstehen. Dem Autor des vorliegenden Bandes, Michael Gradias, ist die GMW zu mehrfachem Dank verpflichtet. So hat er nicht nur von Anfang an das grafische Erscheinungsbild der GMW geprägt und in den letzten beiden Jahren zu einem Corporate Design ausgebaut, er hat darüber hinaus seit Oktober 1992 „in vorbildlicher Weise“ (Originalton Kassenprüfer) die Finanzen des Vereins geführt, und nun gibt er seine über Jahrzehnte als Grafiker erworbenen und seit Jahren auf dem Computer angewandten Erfahrungen weiter. Seine Autorenschaft bei der „Computergrafik in der Praxis“ mag Ausdruck für den lebendigen Informationsaustausch und berufsfeldübergreifenden Wissenstransfer sein, der das Gesicht der GMW prägt. Ich wünsche diesem Band eine weite Verbreitung und bin überzeugt, daß sie - ähnlich wie bei den beiden vorangehenden Bänden der „Medien in der Wissenschaft“ - deutlich über die Mitgliedschaft der GMW hinausgehen wird. Den Lesern wünsche ich Gewinn für ihre Arbeit oder Befruchtung durch den „Blick über den Zaun“. / Vorwort Michael Gradias: Zu der Zeit, als ich mein grafisches Handwerk erlernte, war ich mir sicher, daß der Computer in meinem späteren Berufsleben nur eine untergeordnete Rolle spielen würde. Doch es kam alles ganz anders... Zu Beginn arbeitete ich ausschließlich in der „normalen“ Grafik und stellte Geschäftsunterlagen, Prospekte und Plakate her. Bald war ich aber begeistert von den vielen Varianten der Grafik, die gerade auf dem Gebiet des Films zu finden waren. Seitdem stelle ich Filmgrafiken ebenso her wie Figurenanimationen für Werbefilme oder Kurzspots. Innerhalb des weiten Bereiches des Films spezialisierte ich mich auf das Gebiet des wissenschaftlichen und technischen Films, weil es mich stets angespornt hat, komplexe Aufgabenstellungen zu bewältigen. Auch nach über einem Jahrzehnt, in dem ich überwiegend Animationen für wissenschaftliche Filme hergestellt habe, bin ich noch immer fasziniert von der Aufgabe, schwierige wissenschaftliche Sachverhalte in Grafiken umzusetzen. Die ersten Jahre habe ich alle diese Arbeiten noch manuell ausgeführt. Bereits damals entwickelte ich verschiedene neue Verfahren, um die umfangreichen Aufgaben effektiv bewältigen zu können. Die ständige Suche nach Innovationen wurde oftmals durch die Neugier angeregt, ein Problem zu lösen, das ohne Einsatz neuer Arbeitstechniken nicht bewältigt werden konnte. Vor einigen Jahren entschloß ich mich, meine Arbeit auf den Computer umzustellen. Deshalb legte ich mir einen High-End-PC zu. Inzwischen bearbeiten wir mit sechs Grafikstationen in meinem Atelier die anfallenden Aufträge. Alle Bilder werden entweder auf Kinefilm, Dias und Videobänder übertragen oder in Publikationen weiterverarbeitet. Heute kann ich Ideen realisieren, die bisher am erforderlichen Zeitaufwand oder an zu hohen Produktionskosten scheitern mußten. Da ich mit der Software, die für den Bereich Computergrafik erhältlich ist, nicht alle meine Ideen in wirkungsvolle Grafiken umsetzen kann, ergänze ich die fehlenden Funktionen mit selbstgeschriebenen Programmen. Ich produziere auch Zeitschriften von der Texterfassung über die Erstellung der dazugehörenden Grafiken bis zur Vierfarbseparation. Alle Bereiche der Druckgrafik werden hier im Atelier ebenso bearbeitet wie die Fotooptimierung. Übrigens bin ich seit vielen Jahren auch als Fotograf für internationale Fotoagenturen tätig. Im eigenen Fotofachlabor kann ich sämtliche anfallenden Fotoarbeiten durchführen. Mit dem vorliegenden Buch möchte ich meine Erfahrungen weitergeben, die ich bei der Arbeit mit dem PC sammeln konnte. Zwischen den vielen Werbeversprechen aus der Computerbranche und den Ergebnissen in der praktischen Computergrafik besteht oft eine große Diskrepanz. Es wird durch die Werbung suggeriert, daß alle grafischen Arbeiten mit dem Grafik-Computer automatisch erledigt werden können, was prinzipiell auch richtig sein mag. Leider wird aber oft der Eindruck erweckt, die Geräte würden die Arbeit alleine erledigen. Die Praxis zeigt aber, daß Grafik-Computer ebensowenig automatisch Grafiken herstellen können, wie auch Fotoapparate keine guten Bilder machen. Es ist stets das Know-how der Anwender, das für die Qualität der Arbeit verantwortlich ist. Anhand des vorliegenden Buches möchte ich in Beispielen aus der Praxis Arbeitsabläufe und Problemlösungen schildern. Es ist mein Ziel, die gelegentlich auch unorthodoxen Wege, die zu einem gewünschten Ziel führen, aufzuzeigen. In den jeweils einführenden Kapiteln zu jedem Abschnitt sollen allgemeine Zusammenhänge dargelegt werden; in den Praxisbeispielen soll qualifiziert über die Probleme berichtet werden, die bei meiner täglichen Arbeit auftreten. Wichtig für die Lösung von Aufgabenstellungen ist das Verständnis der globalen Zusammenhänge der zur Verfügung stehenden Computerfunktionen. Deshalb ist es von geringerer Bedeutung, ob man alle einzelnen Bedienungselemente der Programme auswendig kennt. Dafür gibt es zahlreiche Handbücher als Hilfestellung. Deshalb wurde in diesem Buch vor allem bei den Praxisbeispielen auf die allgemeinen Zusammenhänge viel Wert gelegt, einzelne Funktionen werden hingegen nicht besprochen.

My experience teaching Natural Language Processing (NLP) methods with biblical sources is quite varied. I have taught both novice and advanced students in full semester courses, week-long summer school sessions, and even shorter eight or sixteen hour block sessions. I have also taught students in both the humanities and in computer science. I will thus organize the following article as a report of these experiences focusing especially on the things that I have done that I believe have worked well and those which I think did not worked so well. I should preface all of these remarks also by saying that the methods I use for teaching NLP are only one way to do it. I have had good results using them and I believe that they work, but I also believe that there are other pedagogical methods that could work equally well for a different instructor in a different context.

Truckage companies need continuous and up-to-date information about their business processes in order to respond quickly to customers’ needs and problems emerging during transport processes. Therefore a reliable and user-friendly communication system is required, which improves the relationship between drivers and dispatchers. The project ”Mobile Spedition im Web (SpiW)**” presented here, develops a mobile communication system, which focuses on the driver/dispatcher interaction. The main goals are integration with legacy logistics software and the possible use of new telematics and communication techniques. To achieve these goals, a component based architecture allows the later change and extension of components, making it possible to add new features to the system as they become available. A distributed workflow server supports the adjustment of business processes to individual needs.

The Prosopographic Database of German Engineers 1825–1970 contains a multitude of biographical information. Given a set of research interests by collaborating historians, this paper discusses the steps undertaken (1) to extract engineering subjects from unstructured text entries in the database accompanied with geospatial and temporal information, (2) to adapt existing visual representations to facilitate exploratory analyses, and (3) to design a visual interface to support the interactive composition of engineering branches from engineering subjects to enable the comparative analysis of geospatial-temporal developments in engineering. Usage scenarios outline the benefit of the proposed visualizations for modern prosopography research.

Various time-based visualization techniques have been designed to support the temporal analysis of data collections. While quantities play a secondary role in traditional timelines that reserve space for each individual data item to be observed, time graphs rather display quantitative information and they provide interaction means to filter for a subset of the data. Timages is a hybrid approach that enhances quantitative time graphs with qualitative information in an infographic-style. By (1) scaling thumbnails of data items dependent on relevance to the observed topic and by (2) time-dependent positioning these thumbnails inside a temporally aligned area with a novel space-filling strategy, the most relevant items in the entire data collection as well as predominant data items of certain time ranges are instantly seizable without the need to interact with the time graph.

Public deliberations are organised by governments and other large institutions to take the views of citizens around controversial issues. Increasing public demand and the associated burden on public funding make the quality of public deliberation events and their outcomes critical to modern democracies. This paper focuses on technology developed around streams of computational argument data intended to inform and improve deliberative communication in real time. Combining state-of-the-art speech recognition, argument mining, and analytics, we produce dynamic, interactive visualisations intended for non-experts, deployed incrementally in real time to deliberation participants via large screens, hand-held and personal computing devices. The goal is to bridge the gap between theoretical criteria on deliberation quality from the political sciences and objective analytics calculated automatically from computable argument data in actual public deliberations, presented as a set of visualisations which work on stream data and are simple, yet informative enough to make a positive impact on deliberative outcomes.

SuccessVis is a flexible web-based visual analytics system for presenting and evaluating academic impact. The system is developed for stakeholders who have little training in visualization techniques and have invested in academic programs, specifically in the VACCINE (Visual Analytics for Command, Control and Interoperability Environments) Center, to understand the impact of the center and, thus, better evaluate their future investments in academic research centers. The system is capable of displaying metrics indicating the total impact of the academic research center and allows comparisons between the impact of individual projects, and the dynamics and evolvement of the impact. In this paper, we present the design process of the system, the final product displaying the impact of the VACCINE Center over the past eight years, and discuss the challenges in visualizing academic impact.

Using simulation data of a regional ocean model, Nardini et al. applied pathline predicates for a detailed post-hoc analysis of the Benguela upwelling system. In this work, we evaluate the accuracy of this technique. Using different temporal samplings, we aim at finding minimum requirements for the temporal resolution of the flow data in the context of retroactive particle pathline techniques. Besides the flow field, our simulation data contains synthetic tracer fields for different tracer source regions. Using the flow data, dense trajectories are computed to enable deriving ”emulated tracer fields” based on the local ratio of pathline particles originating from tracer source regions to other ones, which can then be compared to the original tracer fields. We find that the emulated tracer concentrations are overestimated in comparison to the original ones. However, the shape of the regions with high tracer concentration can be reproduced.

Peripheral Artery Disease (PAD) is an often occurring problem caused by narrowed veins. With this type of disease, mostly the legs receive an insufficient supply of blood to sustain their functions. This can result in an amputation of extremities or strokes. In order to quantify the risks, doctors consult a classification table which is based on the pain response of a patient. This classification is subjective and does not indicate the exact origin of the PAD symptoms. Resulting from this, complications can occur unprompted. We present the first results for an image-based indicator assisting medical doctors in estimating the stage of PAD and its location. Therefore, a segmentation tree is utilized to compare the changes in a healthy versus diseased leg. We provide a highlighting mechanism that allows users to review the location of changes in selected structures. To show the effectiveness of the presented approach, we demonstrate a localization of the PAD and show how the presented technique can be utilized for a novel image-based indicator of PAD stages.