Михаил Жижин демонстрирует работу системы визуализацииВ начале ноября Институт космических исследований (ИКИ) продемонстрировал некоторые технические достижения, полученные в ходе работы над исследовательским проектом «Анализ влияния климата на изменение растительности», начатым в 2007 году совместно с Microsoft Research и Геофизическим центром РАН. Как подчеркнул заместитель директора института Равиль Назиров, проект будет завершен только через год, а пока его тематические результаты, которые Назиров назвал «очень неожиданными и значительными», огласке не подлежат. Зато были представлены созданный в процессе решения тематических задач программно-аппаратный комплекс управления составной видеостеной, основанный на кластере машин под управлением Windows, а также специальное программное обеспечение визуализации климатических и других данных.

Исследования климата требуют визуального анализа больших изображений, таких как спутниковые снимки и климатические карты. Поскольку размеры экрана и разрешающая способность дисплеев и проекторов ограничены, выходом становятся видеостены, состоящие из большого количества обычных дисплеев, управляемых несколькими компьютерами. Среди ученых получил распространение программный комплекс визуализации SAGE (Scalable Adaptive Graphics Environment), созданный в лаборатории электронной визуализации Иллинойского университета в Чикаго. Система визуализации на его базе имеет следующую конфигурацию: экран составлен из требуемого количества мониторов (до нескольких десятков), каждая пара которых подключена к своему компьютеру-приемнику; компьютеры-приемники соединены сетью высокой пропускной способности с управляющим компьютером, на котором работает специальный оконный менеджер, а также с рабочей станцией (или кластером рабочих станций), на которой выполняется основное приложение, взаимодействующее с менеджером и с набором специализированных библиотек. Приемники получают от приложения компрессированные потоки пикселов и отображают их на экранах. SAGE предоставляет возможности многооконной работы и удаленной трансляции изображения, для этой системы уже создан ряд прикладных программ, однако обычные приложения без модификации использовать с SAGE невозможно. Кроме того, SAGE, как видно, нерационально использует возможности визуализационного кластера (особенно при отображении трехмерной графики) и сильно нагружает сеть.

Cпециалисты ИКИ выполнили перенос этой системы на платформу Windows (SAGE первоначально существовала для операционных систем с открытым кодом) и используют ее в своей работе. Но одновременно в лаборатории факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ, также на платформе Windows, была начата разработка системы иной архитектуры, которая получила название MultiViewer. В ней рендеринг изображения выполняет не отдельный компьютер или кластер, а каждый из компьютеров, к которому подключена пара дисплеев. При этом в каждой из машин хранится копия визуализируемых данных. За синхронизацию работы отвечает приложение-контроллер, установленное на отдельном компьютере.

«При показе изображений шесть графических процессоров работают параллельно, и производительность возрастает практически в шесть раз», — отметил старший преподаватель факультета Сергей Березин основное преимущество MultiViewer перед SAGE. Кроме того, поскольку эта система изначально разрабатывалась под Windows, реализовать взаимодействие со стандартными интерфейсными компонентами данной ОС в ней намного проще, чем в SAGE. Разработчики предусмотрели и взаимодействие с SAGE: в эти системы можно транслировать изображение, визуализируемое с помощью MultiViewer. Пока MultiViewer, по словам Березина, находится в состоянии бета-версии, но разработка продолжается. Планируется расширить набор приложений для него, а также создать мышь с обратной связью, поскольку выбирать малые объекты на очень большом экране, ориентируясь лишь визуально, трудно.

В ходе работы над проектом специалисты ГЦ РАН, ВМК и ИКИ разработали приложения для проецирования исторических и актуальных данных о климате на электронные глобусы Microsoft Virtual Earth и NASA WorldWind. Объем накопленных ГЦ и ИКИ климатических данных таков, что для его анализа используется кластер из одиннадцати узлов, работающий под управлением Microsoft Windows Computer Server Cluster, с пиковой производительностью 193,6 млрд операций в секунду.

Видеостена, работающая под управлением MultiViewer, потенциально может применяться при решении самых разных задач визуализации, включая демонстрацию видео в так называемом формате 4K (4096х2160) и проведение видеоконференций. Заведующий лабораторией сетевых информационных технологий Геофизического центра РАН Михаил Жижин, возглавляющий по совместительству grid-лабораторию ИКИ, продемонстрировал, как показ в большом масштабе фотоснимков сверхвысокого разрешения икон или храмовой росписи облегчает работу реставраторам.

Как отметили представители Microsoft и ИКИ, итогом реализации проекта должны стать высокоэффективные системы анализа того влияния, которое изменение регионального климата оказывает на земные экосистемы Северной Евразии.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF