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

32567. Аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи 38.92 KB
  Для этой цели в модулях ввода вывода аналоговых сигналов используются аналогоцифровые АЦП и цифроаналоговые ЦАП преобразователи. Основной характеристикой ЦАП и АЦП является их разрядность определяемая длиной двоичного кода применяемого для представления аналогового сигнала. В схеме использован 8разрядный АЦП выходы которого соединены с входами регистра порта ввода. Для согласования уровня входного сигнала АЦП используется усилитель входного сигнала.
32568. Программаторы 43.12 KB
  Программаторы – это устройства, предназначенные для ввода управляющих программ, их редактирования и отладки, параметрирования системы
32569. Программно-математическое обеспечение (ПМО) контроллеров 248.4 KB
  Алгоритм программы Монитор Прикладное промышленное программное обеспечение Прикладное программное обеспечение рассмотрим на примере SIMTIC Soft фирмы Siemens это система тесно связанных инструментальных средств для программирования и обслуживания систем автоматизации SIMTIC S7 C7 а также систем компьютерного управления SIMTIC WinC. Интегрирование всех пакетов программ в единый интерфейс позволяет существенно повысить эффективность использования промышленного программного обеспечения SIMTIC и использовать однородные операции на всех...
32570. АСУ ТП на базе промышленных сетей 218.52 KB
  В условиях бурно растущего производства микропроцессорных устройств альтернативным решением стали цифровые промышленные сети Fieldbus состоящие из многих узлов обмен между которыми производится цифровым способом. Использование промышленной сети позволяет расположить узлы в качестве которых выступают контроллеры и интеллектуальные устройства вводавывода максимально приближенно к оконечным устройствам датчикам и исполнительным механизмам благодаря чему длина аналоговых линий сокращается до минимума. Каждый узел промышленной сети...
32571. Общие сведения о ТСА. Основные понятия и определения 15.82 KB
  Основные понятия и определения Целью курса Технические средства автоматизации ТСА является изучение элементной базы систем автоматического управления технологическими процессами. Элемент устройство конструктивно законченное техническое изделие предназначенное для выполнения определённых функций в системах автоматизации измерение передача сигнала хранение информации ее обработка выработка команд управления и т. Система автоматического управления САУ совокупность технических устройств и программнотехнических средств...
32572. Тенденции развития ТСА 29.04 KB
  Увеличение функциональных возможностей ТСА: в функции управлении от простейшего пуска останова и автоматического реверса к цикловому и числовому программному и адаптивному управлению; в функции сигнализации от простейших лампочек до текстовых и графических дисплеев; в функции диагностики от индикации обрыва цепи до программного тестирования всей системы автоматики; в функции связи с другими системами от проводной связи до сетевых промышленных средств.
32573. Классификация ТСА по функциональному назначению в САУ 51.78 KB
  Классификация ТСА по функциональному назначению в САУ: СУ система управления; ОУ объект управления; КС каналы связи; ЗУ задающие устройства; УПИ устройства переработки информации; УсПУ усилительнопреобразовательные устройства; УОИ устройства отображения информации; ИМ исполнительные механизмы; РО рабочие органы; КУ контрольные устройства; Д датчики; ВП вторичные преобразователи.
32574. Основные принципы построения ТСА 15.47 KB
  Удовлетворение потребностей столь различных по качеству и сложности СУ в средствах автоматизации при их индивидуальной разработке и изготовлении сделало бы проблему автоматизации необозримой а номенклатуру приборов и устройств автоматики практически беспредельной. [24] В конце 50х годов в СССР была сформулирована проблема создания единой для всей страны Государственной Системы промышленных Приборов и средств автоматизации ГСП представляющей рационально организованную совокупность приборов и устройств удовлетворяющих принципам типизации...
32575. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) 14.22 KB
  ГСП имеет единые параметры входных и выходных сигналов а также унифицированные габаритные присоединительные размеры. По принадлежности к ГСП приборы и устройства подразделяются на три группы: системные отвечающие всем без исключения требованиям ГСП; локального применения по назначению техническим и эксплуатационным характеристикам и конструктивным особенностям отвечающие требованиям ГСП но не предназначенные для совместной работы в системах автоматического контроля регулирования и управления с другими изделиями ГСП и не...