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

31304. Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з курсу Теорія автоматичного керування 1.49 MB
  Лінійні системи автоматичного керування (САК) описують лінійними диференціальними рівняннями. У цих рівняннях змінні та їх похідні зустрічаються лише у першому ступені й відсутні взаємні добутки змінних та їх добутки з похідними.
31305. Методичні вказівки до виконання контольних і розрахункових завданнь з курсу “Теорія електропривода” 725.5 KB
  Сумісна робота двигуна і робочої машини. Вираз характеристик двигуна у відносних одиницях. Гальмівні режими роботи двигуна: а з віддачею енергії в мережу рекуперативне гальмування; б режим противмикання; в режим електродинамічного гальмування. Механічні характеристики і регулювання швидкості двигуна при шунтуванні якоря.
31306. ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА 397.5 KB
  Незважаючи на різноманітність систем електропривода в завданні на проект а також у методичних вказівках здійснюється загальний підхід до розв’язання задач вибору потужності двигуна дослідження статичних і неусталених режимів. Розрахувати відсутні параметри тахограми орієнтовно визначити потужність двигуна вибрати за каталогом двигун і редуктор. Виконати уточнений розрахунок потужності електродвигуна використовуючи формули приведення моментів і мас що обертаються. Розрахувати й побудувати статичні характеристики двигуна в розімкненій і...
31307. Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни «Теорiя електропривода» (частина I) 2.27 MB
  Гальмівний режим Залежно від того як використовується перетворена електрична енергія існує декілька гальмівних режимів: режим рекуперативного гальмування або генераторний режим із віддачею енергії у мережу; при цьому активна механічна потужність із вала двигуна перетворюється в електричну і за відрахуванням втрат віддається в мережу тобто. Перехід із рушійного режиму в режим рекуперативного гальмування здійснюється при кутовій швидкості двигуна вище кутової швидкості ідеального холостого ходу; режим противмикання; при цьому двигун...
31308. «ТЕОРIЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДA» (ЧАСТИНА IІ) 4.07 MB
  1 На відміну від каскаду сталої потужності додаткова ЕРС вводиться в ротор АД від машини постійного струму механічно не зв’язаної з валом робочого двигуна рис. Очевидно що і потужність приводного двигуна ПД МПС повинна бути в цьому випадку однаковою з потужністю АД. машини постійного струму і випрямленої напруги ротора асинхронного двигуна. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ В СИСТЕМІ КВ – Д МЕТА РОБОТИ Одержати експериментально швидкісні і за допомогою розрахунку –...
31309. Методичні вказівки щодо оформлення дипломних проектів (робіт) для студентів денної та заочної форм навчання 1.08 MB
  Зразок обкладинки дипломної роботи. Додаток Б Зразок обкладинки дипломного проекту. Додаток В Зразок титульної сторінки комплексного дипломного проекту Додаток Г Зразок титульної сторінки дипломного проекту. Додаток Д Оформлення аркуша технічного завдання на дипломний проект роботу Додаток Е Оформлення відомості дипломного проекту.
31310. ФОРМИРОВАНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ВРЕМЕНИ И ПРОСТРАНСТВЕ У ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА СРЕДСТВАМИ ИСКУССТВА 139.5 KB
  Выявить особенности представлений детей о пространстве и времени, отражённых в различных видах искусства. Разработать содержание и методы, обеспечивающие формирование представлений и времени и о пространстве, сохраняющих культурные ценности. Разработать целостную систему занятий по формированию представлений о пространстве и времени для детей 5-7 лет...
31311. Обучающая подсистема для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет 3.05 MB
  В данном дипломном проекте рассматривается Обучающая подсистема для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет. В экономической части дается техникоэкономическое обоснование разработки Обучающей подсистемы для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет с помощью частотных критериев устойчивости проводится расчет ее сметной стоимости и стоимости эксплуатации.1 Описание предметной области по характеристикам и частотным показателям качества САУ .
31312. Экспериментальная работа по ознакомлению детей старшего дошкольного возраста с Олимпийскими играми 281 KB
  Теоретические основы формирования представлений у детей старшего дошкольного возраста об Олимпийских играх. Научные основы развития детей старшего дошкольного возраста посредством олимпийского образования. Специфика формирования представлений детей старшего дошкольного возраста об Олимпийских играх 22 Выводы 31 II. Экспериментальная работа по ознакомлению детей старшего дошкольного возраста с Олимпийскими играми 2.