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

15488. Агрессия детей дошкольного возраста 152 KB
  Агрессивное поведение детей является весьма серьёзной социальной, педагогической и психологической проблемой, так как дошкольном возрасте создаётся фундамент нравственного поведения, усваиваются моральные нормы и правила поведения, начинает ся формирование общественной направленности личности.
15489. Стан розвитку господарства ТОВ Світанок. Путь рішення для зростання прибутку господарства 709.5 KB
  У сучасному землеробстві з поглибленням процесів спеціалізації та концентрації виробництва роль сівозмін зростає. Ні добрива та зрошення, ні пестициди, що застосовуються при вирощуванні сільськогосподарських культур, не дають можливості повністю уникнути бурянів, шкідників та хвороб. Крім того, на дуже удобрених, зрошуваних ділянках створюються сприятливіші умови для розвитку бурянів і хвороб.
15490. Методики прогнозирования вероятности банкротства предприятия 6.61 MB
  Исследования зарубежных ученых в области предсказания банкротства показывают, что из множества финансовых показателей можно выбрать лишь несколько полезных и более точно предсказывающих банкротство. Вслед за многими российскими авторами можно отметить,
15491. МЕТРОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ 90.5 KB
  МЕТРОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ ІВК є орієнтовані на конкретний обєкт тому при вирішенні завдань метрологічного аналізу необхідно розглядати і ІВК і обєкт в сукупності тому що ІВК сприймає і вимірює фізичні параметри полів повязаних з
15492. КЛАСИФІКАЦІЯ МОНТАЖНОЇ ПРОДУКЦІЇ 44.5 KB
  Лекція №7 КЛАСИФІКАЦІЯ МОНТАЖНОЇ ПРОДУКЦІЇ Для зєднань приладів і засобів використовують наступні типи проводів: 1. Монтажні 2. Обмотувальні Установочні 4. Компенсаційні Кабельна продукція поділяється на основні групи:силові і командні. Установочні провода в...
15493. Привід вантажопідйомних машин 77.5 KB
  ТЕМА: Привід вантажопідйомних машин Залежно від типу призначення і характеру роботи вантажопідйомної машини можуть бути використаний різний привід її механізмів. Привід вантажопідйомних машин класифікується за наступними ознаками: за виглядом вживаної руші...
15494. Дзень, дзень! Молот по зелізі!.. (про ковалів і ковальство в Підгайцях та дещо зі спогадів) 145 KB
  Дзень дзень Молот по зелізі.. про ковалів і ковальство в Підгайцях та дещо зі спогадів Про ковальство і ковалів вочевидь треба писати як кажуть старі галичани на ширшу скалю тобто не тільки писати але й досліджувати значно більше і глибше. Так наприклад велики
15495. ШЛЯХАМИ УКРАЇНСЬКИХ СІЧОВИХ СТРІЛЬЦІВ НА ПІДГАЄЧЧИНІ 139 KB
  Степан КОЛОДНИЦЬКИЙ Богдан МЕЛЬНИЧУК ШЛЯХАМИ УКРАЇНСЬКИХ СІЧОВИХ СТРІЛЬЦІВ НА ПІДГАЄЧЧИНІ До вибуху Першої світової війни Підгаєччина належала до одного із краще зорганізованих повітів Східної Галичини а це завдяки енергійному єдиному в той час адвокат...
15496. Аналіз статей з інноваційного маркетингу 70 KB
  В даній статті автор розглядає та порівнює тенденції інноваційного розвитку в Україні та за кордоном. При цьому, в закордонному інноваційному процесі спостерігаються такі особливості...