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

7353. Явление электромагнитной индукции 115 KB
  Тема: Явление электромагнитной индукции. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея). Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции. Поток сцепленный с контуром. Индуктивность. Индуктивность соленоида. Явление самоиндукции...
7354. Магнитное поле в веществе. Закон полного тока для магнитного поля в веществе 130 KB
  Тема: Магнитное поле в веществе. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Магнитное поле в веществе. Макро- и микротоки Магнитные моменты атомов. Типы магнетиков Намагниченность ...
7355. Ферромагнетики. Энергия магнитного поля 136.5 KB
  Тема: Ферромагнетики. Энергия магнитного поля Ферромагнетики. Опыты Столетова. Основная кривая намагничивания Кривая намагничивания ферромагнетика в переменном магнитном поле Магнитный гистерезис. Точка Кюри Доменная структура ферр...
7356. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля 114.5 KB
  Тема: Основы теории Максвелла для электромагнитного поля 1. Общая характеристика теории Максвелла для электромагнитного поля. Ток смещения 2. Закон полного тока по Максвеллу...
7357. Технологии взаимодействия специалиста социальной работы с общественными и благотворительными организациями 215.21 KB
  Тема: Технологии взаимодействия специалиста социальной работы с общественными и благотворительными организациями. Содержание. Введение Глава 1. Благотворительность в России: история и современность Социокультурные основы благотворительной деят...
7358. Расчет щековой дробилки со сложным качанием щеки 878.5 KB
  Расчет щековой дробилки со сложным качанием щеки Введение Дробильное оборудование широко применяется при переработке природных и искусственных материалов. Подсчитано, что на измельчение (дробление и помол) ежегодно тратиться не менее 5% всей произво...
7359. Основы программирования и эксплуатации промышленного робота РМ-01 модели PUMA-56 и УЧПУ модели СФЕРА-36 273 KB
  Основы программирования и эксплуатации промышленного робота РМ-01 модели PUMA-56 и УЧПУ модели СФЕРА-36 Общие сведения о роботе РМ - 01. Промышленный робот РМ-01 может использоваться в следующих основных направлениях: механизация...
7360. Стилистика и особенности оформления SEO текста 56 KB
  Стилистика и особенности оформления SEO текста Редактирование - это подготовка SEO-текста к публикации на сайте. Редакторская проверка помогает оценить логичность написанного, удалить лишнюю информацию, ошибки или опечатки, сделать текст конкретным ...
7361. Производство дрожжей 205 KB
  Производство дрожжей Содержание 1. Сырьё и основные стадии технологического процесса 2. Дрожжи используемые для производства хлебопекарных дрожжей 3. Вредители дрожжевого производства 3.1 Микрофлора мелассы 3.2 Микрофлора воды и воздуха 3.3 Вторичны...