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

12177. Установка операционной системы UNIX 64.74 KB
  Лабораторная работа № 23 Установка операционной системы UNIX 1. Цель работы Изучение процесса установки UNIX 2. Теоретические сведения Основы инсталляции UNIX Инсталляция UNIX на диск требует больше знаний и предварительного планирования чем инсталляция DOS или Microsoft Wi...
12178. Установка операционной системы Linux 65.23 KB
  Лабораторная работа №24 Установка операционной системы Linux 1. Цель работы Изучение процесса установки Linux OC 2. Теоретические сведения Процесс установки Linux на ваш компьютер во многом определяется используемым дистрибутивом и специальным программным обеспечение...
12179. Состав и назначение пакета офисных программ MS-Office 25.63 KB
  Лабораторная работа №25 Состав и назначение пакета офисных программ MSOffice 1. Цель работы Изучение пакетного офиса MSOffice 2. Теоретические сведения Microsoft Office Офисный пакет приложений созданных корпорацией Microsoft для операционных систем Microsoft Windows и Apple Mac OS X. В
12180. Работа с антивирусными программами 27.44 KB
  Лабораторная работа № 26 Работа с антивирусными программами 1. Цель работы Изучение работы с антивирусными программами 2. Теоретические сведения Антивирусная программа антивирус программа для обнаружения компьютерных вирусов а также нежелательных считаю
12181. Резервное копирование данных 63.53 KB
  Лабораторная работа №29 Резервное копирование данных 1. Цель работы Изучение процесса резервного копирования 2. Теоретические сведения Что из себя представляет система резервного копирования Система резервного копирования это один из дополнительных комп
12182. Часть первая: ответы на основные вопросы о процессорах 68.5 KB
  Часть первая: ответы на основные вопросы о процессорах Q: Что такое FPU A: FPU это Floating Point Unit. А проще говоря блок производящий операции с плавающей точкой часто говорят запятой или математический сопроцессор. FPU помогает основному процессору выполнять математические о...
12183. Строении и принцип действия клавиатуры и мыши 98.7 KB
  Лабораторная работа № 18 Строении и принцип действия клавиатуры и мыши 1. Цель работы Изучение принципа действия клавиатуры и мыши. 2. Теоретические сведения Клавиатура Клавиатура выполнена как правило в виде отдельного устройства подключаемого к компьютеру то...
12184. Тестирование ОЗУ 146.7 KB
  Лабораторная работа № 13 Тестирование ОЗУ 1. Цель работы Изучение основных характеристик ОЗУ и выявление их ошибок 2. Теоретические сведения Основными характеристиками ОЗУ являются время доступа быстродействие емкость. Время доступа это промежуток времени за...
12185. Расположение компонентов в ПК 297.4 KB
  Лабораторная работа № 11 Расположение компонентов в ПК. 1. Цель работы Изучение расположения компонентов в ПК и их назначение. 2. Теоретические сведения Компоненты компьютера Если вы пользуетесь настольным компьютером то наверное уже знаете что не существует о