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

2 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

82071. Бабий Яр 101.5 KB
  Одновременно через дворников и управдомов распространялась дезинформация о намерении провести перепись и переселение евреев. Большинство из пришедших составляли женщины дети и старики взрослое мужское население было призвано в армию кроме евреев были представители других национальностей из...
82072. Морський бій 585.5 KB
  Ви будете не просто стріляти по квадратах і намагатися потопити кораблі суперників а будете відповідати на запитання з інформатики та математики і за правильну відповідь отримувати бали. Зробивши постріл команда повинна відповісти на запитання з відповідного предмета що криється в цьому квадраті.
82073. Прощавай Букварику! 83 KB
  На стінах розвішені плакати Спасибі Букварику Ласкаво просимо на свято Букваря Вчитель Сьогодні свято це для вас Лунає музика для вас В садках бузок зацвів для вас І сонця промінь теж для вас Мої малята дружний клас Ми всі чекаємо на вас. Буквар взяли ми в перший раз Як зайшли у перший клас.
82074. Дзвони Чорнобиля 38 KB
  Осмислити та усвідомити масштаби трагічних подій, розбудити почуття відповідальності перед наступним поколінням, виховувати глибоку повагу до людей, які віддали своє життя в ім’я майбутнього життя людства, розвивати почуття гордості за свій народ, прищеплювати любов до рідного краю.
82075. Донецьк — одне з міст-господарів Євро-2012 322 KB
  Актуалізувати знання учнів про місто Донецьк як про історичний і культурний центр Донбасу. Ознайомити учнів з пам’ятниками і парками міста Донецька, культурними та спортивними пам’ятками міста. Засвоїти поняття «туристичний центр». Розвивати пам’ять, увагу, інтелектуально-творчі здібності учнів....
82076. Цветочный карнавал 351.5 KB
  Дорогие друзья, сегодня мы собрались в студии, чтобы поговорить о цветах. Нет ничего на Земле прекраснее и нежнее цветов. Для человека цветы всегда были символом совершенства. Цветы давно и прочно вошли в наш быт. Подарить цветы – выразить человеку свои искренние чувства любви, почтения, уважения.
82077. Україна та її історія на уроках зарубіжної літератури 123 KB
  Мета: Поглибити знання учнів про життя і творчість зарубіжних письменників, пов’язаних з Україною, її історією та культурою; сприяти творчо – асоціативній діяльності, розвивати дослідницькі та комунікативні навички.
82078. Михайло Васильович Ломоносов 62 KB
  Історія знає багато вчених, імена яких глибоко шанують передові люди всього світу. До таких титанів належить Михайло Васильович Ломоносов. Учений широкого діапазону. Перший російський вчений-природознавець світового значення.
82079. Предмет математики настолько серьёзен, что нужно не упускать случая сделать его немного занимательным 178.5 KB
  Законы познавая бытия Без математики никак не обойтись. Французский религиозный философ писатель математик и физик Блез Паскаль говорил: Предмет математики настолько серьезен что нужно не упускать случая сделать его немного занимательным.