Direction de recherche : Julien TIERNY

Co-encadrement : FORTIN Pierre, JOMIER Julien

Calcul Haute Performance pour l'Analyse Topologique de Données par Ensembles de Niveaux

L'analyse de données topologique nécessite des algorithmes de plus en plus efficaces pour être capable de traiter des jeux de données dont la taille et le niveau de détail augmente continûment. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur trois abstractions topologiques fondamentales dérivées des ensembles de niveaux : l'arbre de jointure, l'arbre de contour et le graphe de Reeb. Nous proposons trois nouveaux algorithmes parallèles efficaces pour leur calcul sur des stations de travail composées de processeurs multi-cœur en mémoire partagée. Le premier algorithme élaboré durant cette thèse se base sur du parallélisme multi-thread pour le calcul de l'arbre de contour. Une seconde approche revisite l'algorithme séquentiel de référence pour le calcul de cette structure et se base sur des propagations locales exprimables en tâches parallèles. Ce nouvel algorithme est en pratique deux fois plus rapide en séquentiel que l'algorithme de référence élaboré en 2000 et offre une accélération d'un ordre de grandeur en parallèle. Un dernier algorithme basé sur une approche locale par tâches est également présenté pour une abstraction plus générique : le graphe de Reeb. Contrairement aux approches concurrentes, nos algorithmes construisent les versions augmentées de ces structures, permettant de supporter l'ensemble des applications pour l'analyse de données par ensembles de niveaux. Les méthodes présentées dans ce manuscrit ont donné lieu à des implémentations qui sont les plus rapides parmi celles disponibles pour le calcul de ces abstractions. Ce travail a été intégré à la bibliothèque libre : Topology Toolkit (TTK).

Publications 2016-2023

• 2023
  • M. Flatken, A. Podobas, R. Fellegara, A. Basermann, J. Holke, D. Knapp, M. Kontak, Ch. Krullikowski, M. Nolde, N. Brown, R. Nash, G. Gibb, E. Belikov, S. Chien, S. Markidis, P. Guillou, J. Tierny, J. Vidal, Ch. Gueunet, J. Günther, M. Pawlowski, P. Poletti, G. Guzzetta, M. Manica, A. Zardini, J.‑P. Chaboureau, M. Mendes, A. Cardil, S. Monedero, J. Ramirez, A. Gerndt : “VESTEC: Visual Exploration and Sampling Toolkit for Extreme Computing: Urgent Decision Making Meets HPC: Experiences and Future Challenges”, IEEE Access, vol. 11, pp. 87805-87834, (IEEE) (2023)
• 2022
  • Ch. Garth, Ch. Gueunet, P. Guillou, F. Iuricich, J. Levine, J. Lukasczyk, M. Pont, J. Tierny, J. Vidal, B. Wang, F. Wetzels : “Topological Analysis of Ensemble Scalar Data with TTK, A Sequel”, IEEE VIS Tutorials, Oklahoma City, United States (2022)
• 2021
  • N. Brown, R. Nash, P. Poletti, G. Guzzetta, M. Manica, A. Zardini, M. Flatken, J. Vidal, Ch. Gueunet, E. Belikov, J. Tierny, A. Podobas, W. Der Chien, S. Markidis, A. Gerndt : “Utilising urgent computing to tackle the spread of mosquito-borne diseases”, IEEE/ACM HPC for Urgent Decision Making (UrgentHPC) 2021, St. Louis, United States, pp. 36-44, (IEEE) (2021)
  • Ch. Garth, Ch. Gueunet, P. Guillou, L. Hofmann, J. Levine, J. Lukasczyk, J. Tierny, J. Vidal, B. Wang, F. Wetzels : “Topological Analysis of Ensemble Scalar Data with TTK”, IEEE VIS Tutorials, IEEE VIS Tutorials, New Orleans, United States (2021)
• 2020
  • M. Falk, Ch. Garth, Ch. Gueunet, P. Guillou, A. Gyulassy, L. Hofmann, Ch. Kappe, J. Levine, J. Lukasczyk, J. Tierny, J. Vidal : “Topological Data Analysis Made Easy with the Topology ToolKit, What is New?”, IEEE VIS Tutorials, Salt Lake City, United States (2020)
• 2019
  • Ch. Gueunet : “Calcul Haute Performance pour l’Analyse Topologique de Données par Ensembles de Niveaux”, soutenance de thèse, soutenance 15/02/2019, direction de recherche Tierny, Julien, co-encadrement : Fortin, Pierre, Jomier, Julien (2019)
  • M. Falk, Ch. Garth, Ch. Gueunet, J. Levine, J. Lukasczyk, J. Tierny, J. Vidal : “Topological Data Analysis Made Easy with the Topology ToolKit, A Sequel”, IEEE VIS Tutorials, Vancouver, Canada (2019)
  • T. Bin Masood, J. Budin, M. Falk, G. Favelier, Ch. Garth, Ch. Gueunet, P. Guillou, L. Hofmann, P. Hristov, A. Kamakshidasan, Ch. Kappe, P. Klacansky, P. Laurin, J. Levine, J. Lukasczyk, D. Sakurai, M. Soler, P. Steneteg, J. Tierny, W. Usher, J. Vidal, M. Wozniak : “An Overview of the Topology ToolKit”, TopoInVis 2019 - Topological Methods in Data Analysis and Visualization, Nykoping, Sweden (2019)
  • Ch. Gueunet, P. Fortin, J. Jomier, J. Tierny : “Task-based Augmented Reeb Graphs with Dynamic ST-Trees”, Eurographics Symposium on Parallel Graphics and Visualization, Porto, Portugal (2019)
  • Ch. Gueunet, P. Fortin, J. Jomier, J. Tierny : “Task-based Augmented Contour Trees with Fibonacci Heaps”, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 30 (8), pp. 1889-1905, (Institute of Electrical and Electronics Engineers) (2019)
• 2018
  • G. Favelier, Ch. Gueunet, A. Gyulassy, J. Kitware, J. Levine, J. Lukasczyk, D. Sakurai, M. Soler, J. Tierny, W. Usher, Q. Wu : “Topological Data Analysis Made Easy with the Topology ToolKit”, IEEE VIS Tutorials, Berlin, Germany (2018)
• 2017
  • Ch. Gueunet, P. Fortin, J. Jomier, J. Tierny : “Task-based Augmented Merge Trees with Fibonacci Heaps”, IEEE Symposium on Large Data Analysis and Visualization 2017, Phoenix, United States (2017)
  • J. Tierny, G. Favelier, J. Levine, Ch. Gueunet, M. Michaux : “The Topology ToolKit”, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, (Institute of Electrical and Electronics Engineers) (2017)
  • J. Lukasczyk, G. Aldrich, M. Steptoe, G. Favelier, Ch. Gueunet, J. Tierny, R. Maciejewski, B. Hamann, H. Leitte : “Viscous Fingering: A Topological Visual Analytic Approach”, Physical Modeling for Virtual Manufacturing Systems and Processes, Speyer, Germany (2017)
• 2016
  • Ch. Gueunet, P. Fortin, J. Jomier, J. Tierny : “Contour Forests: Fast Multi-threaded Augmented Contour Trees”, IEEE Symposium on Large Data Analysis and Visualization, Baltimore, United States (2016)
  • G. Favelier, Ch. Gueunet, J. Tierny : “Visualizing Ensembles of Viscous Fingers”, IEEE Scientific Visualization Contest, Baltimore, United States (2016)