77379

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ БОЛЬШИХ И СВЕРХБОЛЬШИХ ОБЪЁМНЫХ ДАННЫХ

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Методы визуализации больших объёмных данных активно развиваются в том числе благодаря новым аппаратным средствам. В данной работе рассматриваются различные подходы к визуализации объёмных данных как с программной так и с аппаратной стороны актуальные на сегодняшний день. Также рассматривается специфика представления объёмных данных в памяти видеокарты и следующие из этого особенности и ограничения распределение задачи визуализации между GPU и CPU...

Русский

2015-02-02

30.5 KB

0 чел.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ БОЛЬШИХ И СВЕРХБОЛЬШИХ ОБЪЁМНЫХ ДАННЫХ

И.О. Михайлов, В.Л. Авербух

УрФУ, Институт математики и механики имени Красовского УрО РАН, Екатеринбург

Методы визуализации больших объёмных данных активно развиваются, в том числе благодаря новым аппаратным средствам. В данной работе рассматриваются различные подходы к визуализации объёмных данных, как с программной, так и с аппаратной стороны, актуальные на сегодняшний день.

В настоящее время наблюдается тенденция использования для трудоёмких вычислений ресурсов видеокарты, как правило, для этого используются технологии позволяющие производить универсальные вычисления на видеокарте. Однако для задач визуализации в некоторых случаях возможно использование шейдеров являющихся более распространённой и доступной технологией. В работе произведено сравнение технологий GPGPU (CUDA, OpenCL и других) и шейдеров (HLSL, GLSL). Также рассматривается специфика представления объёмных данных в памяти видеокарты и следующие из этого особенности и ограничения, распределение задачи визуализации между GPU и CPU, преимущества и сложности данного подхода. Так как существующие аппаратные средства позволяют достичь значительной производительности, при базовом подходе бросания лучей (raycasting), были разработаны новые и адаптированы существующие методы позволяющие повысить качество и реалистичность итогового изображения. К таким методам относятся, в частности, построение дополнительных лучей в неоднородных областях (мультисэмплинг) и уменьшение шага луча с целью снижения шума.

Также для повышения детализации и качества финального изображения используются предобработка и постобработка. Проводится предварительное вычисление нормалей к изоповерхности объёмных данных для построения реалистичного освещения. Для динамического освещения используется метод бросания лучей к источнику света, после построения базового изображения объекта. Так возможно применение постэффектов которые используются в традиционной полигональной компьютерной графике таких как динамический диапазон яркости(High Dynamic Range) и глубина резкости (Depth of field).

Для компактного представления данных в памяти и трассировки лучей используются окто-деревья и kd-деревья. В работе рассматриваются некоторые их модификации позволяющие повысить эффективность использования данных структур. Одним из вариантов такой модификации являются окто-деревья и kd-деревья с ранней остановкой ветвления, в данных деревьях большинство листьев представляют собой не отдельные воксели, а плотные 3-мерные массивы вокселей. Таким образом, можно достичь выигрыша, как по быстродействию, так и по памяти. За счёт комбинированного использования деревьев и облака точек обеспечивается эффективное хранение данных в памяти. При этом одиночные воксели хранятся в облаке точек, а плотные группы вокселей в дереве, благодаря чему достигается плотная упаковка данных. При работе с объемными данными часто возникает необходимость разбиения данных как в памяти одного компьютера, так и в распределенной системе. Проанализированы различные критерии разбиения данных, подходы к обработке границы между областями данных. Также рассмотрены способы представления и визуализации регулярных некубических сеток и других структур, актуальных для задач кристаллографии.

Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований УрО РАН “Информационные, управляющие и интеллектуальные технологии и системы”, проект 12-П-1-1034.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60207. Жінка – краса і гордість України 4.33 MB
  Мета заходу: Методична запровадити методику використання мультимедійних технологій у позакласний захід з дисципліни Українська література; Дидактична поглибити знання студентів про видатних жінок їх місце в історії та суспільстві...
60208. Свято «Прощавай, початкова школо!» 124 KB
  Усе в житті буває вперше. Уперше тягнеться до сонця стебельце, щоб згодом порадувати нас хлібною зерниною. Уперше народжується дитина, щоб продовжити родовід. Уперше приходимо ми до школи.
60209. Виховний захід «Проблема сміття. Мій внесок у вирішення цієї проблеми» 4.56 MB
  А чи знаєте ви що за рік в атмосферу після ваших гралищ з вогнем піднімається: Сажі 391 тонни слайд 8 Марганцю 121 тонни Фтористих сполук 059 тонни Бензину 038 тонни Пилу цементу 0062 тонни Оксиду кальцію 2362 тонни Нікелю 003 тонни...
60210. Мати-берегиня нашого життя йшла у бій не заради слави 358 KB
  Мета: на основі дослідження архівних документів численних публікацій презентувати колективний проект з гендерної рівності Матиберегиня нашого життя йшла у бій не заради слави; показати героїчну велич Берегині нашого життя в роки...
60211. Сценарій свята «Ой, на Івана, та й на Купайла» 114.5 KB
  На Івана Купайла дівчата плетуть віночки вставляють в них запалені свічки і пускають їх на воду. У день свята дівчата збирають польові квіти лікарські рослини зібравшись на березі ставу плетуть віночки прикрашають Ївайло зеленню квітами стрічками достиглими вишнями зв’язаними...
60214. Овочева країна 70.5 KB
  На дошці напис Овочева країна мультимедійна презентація матеріали для конкурсів Слайд №2 Дивина така в природі: У бабусі на городі Різні овочі ростуть Розповзаються цвітуть. Виростила я чудові овочі.
60215. Свято «Прощавай, Букварику!» 119 KB
  На уроках читання ми познайомилися із казкою Муха – Цокотуха і від нас тобі а також всім нашим батькам і гостям які завітали до нас на свято в дарунок ця казка. Мелодія Приходи Казка Муха Цокотуха Автор: Ось на воліпід дубком жила Муха під листком.