Die resultierende 'ncgm'-Datei "gmeta" wird mit dem Aufruf "idt gmeta" geladen. Die Betätigung des [>]-Buttons zeigt das erste Bild. Wurde im Programm ein nicht-quadratisches Aspektverhältnis eingestellt, so kann man die Nutzung der Bildfläche durch das Menü [Set Window] verbessern. Hat man viele Einzelbilder, so sollte man das Fenster relativ klein machen, damit eine Chance besteht, alle Bilder in den Hauptspeicher zu bekommen.

Abb. 2: idt-Player für NCAR-Graphiken

Drückt man den [>>]-Knopf, so sieht man eine Art Festplatten-Animation - vorausgesetzt, daß der Rechner schnell genug und das Bild relativ einfach ist. Störend ist dabei der Bildaufbau, da die vektoriell gespeicherten Bildelemente der Reihe nach gezeichnet werden, und nicht ein Einzelbild das andere komplett und schlagartig ersetzt. Um dies zu vermeiden, rastert und lädt man die Einzelbilder über den [animate]-Button in den Hauptspeicher der Workstation. Wenn alle Bilder hineinpassen, kann man jetzt mit dem [>>]-Button die Animation starten. Bei zu hohem Tempo kann man die Animation mit dem [delay]-Knopf bremsen.

Wenn die gesamten Einzelbilder in der notwendigen Größe nicht in den Hauptspeicher passen, kann man sich entweder eine MPEG-Datei mit der Animation erzeugen oder die Einzelbilder im DKRZ-Videolabor aufzeichnen und auf ein Videoband spielen lassen. In beiden Fällen muß die gesamte "ncgm"-Datei zunächst gerastert werden. Dies geschieht z.B. durch:

Die resultierenden Rasterdateien film.0001.sgi, film.0002.sgi, film.0003.sgi usw. können im DKRZ-Videolabor direkt aufgezeichnet werden. Die Aufzeichnung dauert in der Regel nur etwa 1-2 Sekunden pro Bild, so daß man (nach vorheriger Absprache) in der Regel nach einer Stunde das Ergebnis (d.h. eine Minute Videosequenz) auf einer VHS-Kassette erhält.

Um einen AVI-Film zu erzeugen, den man auch ohne Fernseher und Videorecorder auf dem eigenen Rechner abspielen kann, müssen noch einige weitere Arbeitsschritte erfolgen.

GrADS     

Das interaktive 2-D-Datenanalyse und Graphik-System GrADS unterstützt Animation direkt; allerdings wird hier pro Zeitschritt jeweils eine neue Vektorgraphik aus den Modelldaten berechnet und dargestellt. Hat man einen zeitabhängigen Datensatz geladen, muß nur ein Zeitbereich statt eines einzelnen Zeitpunktes ausgewählt werden:

Für einfache Darstellungen (z.B. einige wenige Isolinien) ist die Geschwindigkeit dieser Animation in der Regel - abhängig von der Workstation und Feldgröße - ausreichend.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen GrADS-Metafile mit allen Bildern der Animation zu erzeugen. Hier ist allerdings schon ein GrADS-Script erforderlich, welches eine Schleife über die Zeit beinhaltet.

Diesen Metafile kann man mit dem GrADS-Metafile-Interpreter "gxtran" als Animation anschauen:

gxtran -i <Grads-Metafilename> -a

Gegenüber der direkten Animation innerhalb von GrADS müssen hier die Isolinien und Farbflächen nicht erst aus den Rohdaten berechnet werden, so daß die Animation etwas schneller ablaufen kann. Da hier jedoch die als Vektorgraphik abgespeicherten Bildinformationen aus einer Datei gelesen, über die CPU interpretiert, gerastert und in einem X-Fenster dargestellt werden muß, kann sich auch diese Methode als ungünstig erweisen. Komplexere Darstellungen können erforderlich machen, diese als Rastergraphik-Dateien abzuspeichern und mit anderen Werkzeugen weiterzuarbeiten.

Seit GrADS 1.8 lassen sich Rasterbilder (png, gif) innerhalb eines GrADS-Scriptes mit dem Befehl 'printim' abspeichern - mit dem Vorteil, das dies auch im Batch Mode und mit beliebigen Auflösungen funktioniert! Die abgespeicherten Bilder können gleich während der Ausführung des Scriptes umbenannt, skaliert und in das "gewünschte" Zielformat gebracht werden.

Es folgt ein Beispiel-Gerüst für ein Script, in dem in einer Schleife über die Zeit eine physikalische Größe dargestellt, die Bilder als Rasterdateien abgespeichert und mit dem Programm "convert" (ImageMagick) in das gewünschte Ausgabeformat gebracht werden:

***************************************
function lead(n)
***************************************
* leading zeros
if (n <10); r='000'n; return r; endif
if (n <100); r='00'n; return r; endif
if (n <1000); r='0'n; return r; endif
if (n <10000); r=n; return r; endif

In diesem Beispiel wurde das ".jpg"-Datenformat und die Fenstergröße 720 mal 576 gewählt, weil dieses Format ist, welches von vielen Programmen unterstützt wird. Mit der "function lead(n)" werden in diesem Beispiel die führenden Nullen in den Dateinamen erzeugt, die für die Weiterverarbeitung zu einem Film oft notwendig sind.

Vis5D     

Dieses frei verfügbare 3-D-Visualisierungsprogramm für meteorologische Modelldaten läßt sich besonders gut auf Graphik-Workstations einsetzen, die über eine Hardware-3D-Beschleunigung verfügen. Speziell auf Maschinen, bei denen die Graphik-Sprache OpenGL direkt über die Graphik-Hardware unterstützt wird (z.B. Silicon Graphics), bietet dieses Programm ein sehr hohes Maß an Interaktivität selbst bei komplexen Darstellungen. Dies gilt für die Animation zeitabhängiger Abläufe des modellierten Wettergeschehens - ohne die Notwendigkeit der expliziten Zwischenspeicherung von Einzelbildern.

Abb. 3: Vis5D-Oberfläche

Doch auch mit weniger leistungsstarken Workstations läßt sich dieses Programm sinnvoll einsetzen, um die zeitlichen Änderungen visualisierter Modellgrößen zu studieren. Hier muß die Darstellung allerdings für jede Änderung der 3-D-Perspektive komplett neu berechnet werden, was je nach gewählter Feldgröße und Komplexität der Darstellung einen hohen Rechenaufwand erfordern und einige Sekunden dauern kann.

Bei Plattformen ohne 3-D-Beschleunigung bietet Vis5D das Werkzeug "Hauptspeicheranimation" als Ersatz an: Die Betätigung des Buttons "ANIM-REC" bewirkt, daß die aktuelle Darstellung (Kameraperspektive sowie Werkzeugauswahl und Einstellungen) für alle im Datensatz enthaltenen Zeitpunkte berechnet und die resultierenden Rasterbilder im Hauptspeicher gesammelt werden. Wenn alle Bilder hereinpassen, läßt sich z.B auch mit einer SparcStation 20 eine flüssige Animation auf den Bildschirm zaubern.

Auch hier gibt es die Möglichkeit, die Einzelbilder einer Animation zum Zwecke der Erstellung von MPEG-Filmen oder der Aufzeichnung von Videos abzuspeichern. Leider geht dies nicht direkt - man muß ein TCL-Script ("Tool Command Language") schreiben (oder kopieren) und über den "SCRIPT"-Button aufrufen. Hier ist ein Beispiel-Script[2], welches die Bilder für alle vorhandenen Zeitpunkte bei unveränderten Werkzeugeinstellungen berechnet, ausgegeben und analog zu obigem GrADS-Beispiel mit dem SDSC-Tool "imscale" in das gewünschte Ausgabe-Format bringt:

# Prozedurdefinition----------------------------------
proc lead {num} {
# Fuehrende Nullen fuer vierstellige Numerierung
set leadstr "000"
if {$num>=10} {set leadstr "00"}
if {$num>=100} {set leadstr "0"}
if {$num>=1000} {set leadstr ""}
return $leadstr
}

# Main script -----------------------------------------
set ext0 ".xwd"
set format VIS5D_XWD
set numtimes [ vis5d_get_numtimes $ctx ]

for {set time 1} {$time<=$numtimes} {set time [expr $time+1]} {
vis5d_set_timestep $ctx [expr $time-1]
vis5d_draw_frame $ctx
set L [ lead $time ]
set name1 $base$L$time$ext0
set name2 $base$L$time$ext
vis5d_save_window $ctx $name1 $format

# Konvertieren der .xwd-Dateien in das gewuenschte Output-#  Format
# ----mit SDSC image tools "imscale"
set cmd "imscale -xsize 720 -ysize 576 $name1 $name2"
eval exec $cmd
set cmd "rm -f $name1"
eval exec $cmd
}

Über TCL-Scripts läßt sich bei der Erzeugung von Animationen mit Vis5D noch einiges mehr bewirken als nur die reine Abspeicherung der Bilder: Beispielsweise lassen sich die Kameraposition und die Werkzeugparameter (u.a. die Position eines Schnittes durch die Daten) ebenfalls variieren.

Tips und Tricks     

Wie erhält man eine möglichst gute Bildqualität? Diese Frage ist von besonderer Bedeutung, wenn man eine Animation auf Video aufzeichnen möchte. Die Eigenheiten des Mediums "Analoges Video" machen es erforderlich, schon bei der Konzeption der aufzuzeichnenden Graphiken einige Grundregeln zu beachten, da sich das Ergebnis auf dem Fernsehschirm sonst nicht wie gewünscht darstellt.

Dünne (waagerechte) Linien verbunden mit einem starken Helligkeitskontrast bewirken beispielsweise aufgrund der Halbbildtechnik ein starkes "Flickern", was von den eigentlichen Bildinhalten ablenkt.

Unterscheidet sich ein Bildelement vom Hintergrund oder benachbarten Bildelementen nur durch einen Farbkontrast und nicht durch einen Helligkeitskontrast, so wird die Grenze dieses Elements spätestens beim Abspielen vom VHS-Band unscharf und schlecht zu erkennen sein. Das Videosignal räumt dem Helligkeitssignal eine wesentlich höhere Bandbreite ein als den Farbsignalen.

Ein weißer Hintergrund lenkt ab.

Stark gesättigte Farben meiden!

Ein probates Mittel, um das unschöne Flickern von Linien zu reduzieren, ist das Oversampling. Man benutzt einfach dickere Linien und speichert größere Rasterbilder (z.B. 1080x864, 1440x1152) ab, die dann in einem zweiten Schritt wieder auf die gewünschte Bildgröße herunterskaliert werden. Das kann bei Vis5D oder GrADS schon innerhalb der Scripte durchgeführt werden: In obigen Beispielen ist aus diesem Grund das Programm "convert" mit der angegebenen Zielgröße 720 mal 576 eingesetzt worden. Der Erfolg ist ein ruhigeres Bild und weniger Geflimmer.

Videofilme     

Eigentlich ist oben schon alles gesagt worden, was notwendig ist, um Bilder für die Aufzeichnung im DKRZ-Videolabor zu erzeugen. Wer also eine oder mehrere Filmsequenzen aufzeichnen und als Kassette mitnehmen möchte, meldet sich bitte einfach telefonisch oder per Email beim DKRZ:

Referenzen     

NCAR Graphics Manpages (z.B. "man idt")

Interactive Documentation for NCAR Graphics Version 4.3 ( http://www.dkrz.de/ngdoc/ng4.0.1 )

DKRZ Einführung in GrADS (http://www.dkrz.de/pdf/manuals/vis/GrADS_intro_dt_v2.2.pdf) )

GrADS Homepage ( http://grads.iges.org/grads/head.html )

Vis5D-Homepage ( http://www.ssec.wisc.edu/~billh/vis5d.html )