面向網格的視覺化研究及應用探究

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科學計算視覺化作為一種計算和資料密集型應用,需要較高的硬體配置,並常常利用並行技術進行加速[1]。隨著計算機硬體和網路技術獲得長足發展,科學計算分佈範圍不斷拓展,計算規模不斷擴大。網格技術就是在這種條件下產生的一種面向網際網路的分散式計算方式,它是傳統的平行計算和分散式計算在深度和廣度上的拓展。目前面向網格的視覺化己經成為視覺化領域的一個新的研究方向。

面向網格的視覺化研究及應用探究

1、面向網格的視覺化主要研究內容

第一,隨著視覺化資料集的儲存量和計算量不斷增大,需要網格技術提供自治和動態的資源管理,實現資料採集、儲存和計算的分佈,從而可以利用更廣範圍內的資源,增強人們理解和使用科學資料的認知能力,擴充海量資料處理的能力,延伸人類科學活動的範圍[2]。

第二,近年來,雖然PC處理器和圖形硬體的效能在以驚人的速度成長,但是仍然難以處理較大型資料的繪製,因此,長期以來,大資料量的視覺化應用只能執行在高階平行計算機和PC叢集上,這就需要遠端使用這些資源,而網格恰恰提供了一個更為統一的資源共享和使用平臺,在這個平臺上協調各種資源並提供遠端視覺化服務存在很多新的挑戰,因為需要處理資料、計算和顯示等多種型別的分步。

第三,作為一種分散式視覺化應用,面向網格的視覺化應當支援多使用者多工,多個不同使用者應該可以同時使用系統而互不干擾,同時每個使用者又可以提交多個任務。另外,面向網格的視覺化還應該為多使用者間的協同提供支援和虛擬組織支援。

第四,科學計算和視覺化都是網格的主要應用物件。視覺化通常是科學計算的後續處理步驟,為了更好地對科學計算結果進行視覺化和駕馭,需要在視覺化流程和科學計算過程之間進行協調和整合。通過這種整合可以更好地獲得反饋並進行控制,提高資源的利用效率,方便問題求解環境的構建。

2、面向網格的視覺化的探索及應用

(1)基於網格技術支援的並行體繪製的研究應用。

如美國愛荷華大學的Knops等人提出了一個基於網格的體繪製框架,他們使用Globus的資源管理、資訊服務和資料傳輸工具支援並行體繪製框架;另外美國德克薩斯大學奧斯汀分校的計算視覺化中心在已有的遠端並行繪製系統的基礎上使用Globus新增網格支援,在他們的設計中,視覺化服務的實現由各個視覺化伺服器完成,並通過Globus的網格服務向用戶提供視覺化服務。

(2)基於網格技術支援的視覺化軟體的應用。英國利茲大學和英國NAG公司等共同進行了Gris專案,其主要目標是為NAG公司的'視覺化軟體IRIS Explorer增加網格支援,實現視覺化與模擬的聯合、計算駕馭、多使用者協同等功能。 (3)側重於大規模資料集傳輸的網格視覺化研究及應用。如美國Lawrence Berkeley國家實驗室(LBNL)的Bethel等人使用UDP協議為Cactus設計了一個處理太(T)位元組資料的並行視覺化後端程式Visa Pult。

(4)面向網格的視覺化中介軟體和體系結構的研究及應用。如荷蘭阿姆斯特丹大學在Globus上建立了虛擬實驗室網格中介軟體VLAM-G,它是一個完整的面向網格的科學計算及視覺化中介軟體和工具包。德國的愛因斯坦研究所和柏林Zuse研究所等聯合進行了Grid KSL專案,其目的是將使用Cactus的科學計算與視覺化應用聯合起來,為大規模資料的科學計算提供遠端視覺化和駕馭服務等等。

在面向網格的視覺化領域內,國內也正在進行著相關的探索,如浙江大學CAD&CG國家重點實驗室在2004年完成了Gvis的初級原型系統,並對面向網格視覺化領域的研究作了初步總結。基於此通過分析比較國內外研究工作,後來提出並實現了一個面向網格基於Java的互動式遠端並行視覺化體系結構和系統Gvis。面向網格的視覺化研究及應用是一個較為全面的面向網格的視覺化系統。

3、面向網格的視覺化的發展方向

面向網格的視覺化需要充分利用已有的研究成果,並在廣度、深度、通用性、互操作性和標準化方面更進一步。網格對於視覺化的推動作用,在現階段並不主要體現在視覺化應用效能的提高,而在於視覺化應用方式的改變。

4、總結

當今,面向網格的視覺化的研究具有一定的前瞻性,並取得了一定的成果,但在當前的硬體條件下,基於網格的視覺化相比於傳統的視覺化還有欠缺之處。有待於我們在更深、更廣的層次上基於應用背景更好繼續研究和發展。