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面向網(wǎng)格的可視化研究及應(yīng)用探究
科學(xué)計算可視化作為一種計算和數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，需要較高的硬件配置，并常常利用并行技術(shù)進(jìn)行加速[1]。隨著計算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獲得長足發(fā)展，科學(xué)計算分布范圍不斷拓展，計算規(guī)模不斷擴(kuò)大。網(wǎng)格技術(shù)就是在這種條件下產(chǎn)生的一種面向互聯(lián)網(wǎng)的分布式計算方式，它是傳統(tǒng)的并行計算和分布式計算在深度和廣度上的拓展。目前面向網(wǎng)格的可視化己經(jīng)成為可視化領(lǐng)域的一個新的研究方向。
1、面向網(wǎng)格的可視化主要研究內(nèi)容
第一，隨著可視化數(shù)據(jù)集的存儲量和計算量不斷增大，需要網(wǎng)格技術(shù)提供自治和動態(tài)的資源管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲和計算的分布，從而可以利用更廣范圍內(nèi)的資源，增強(qiáng)人們理解和使用科學(xué)數(shù)據(jù)的認(rèn)知能力，擴(kuò)充海量數(shù)據(jù)處理的能力，延伸人類科學(xué)活動的范圍[2]。
第二，近年來，雖然PC處理器和圖形硬件的性能在以驚人的速度成長，但是仍然難以處理較大型數(shù)據(jù)的繪制，因此，長期以來，大數(shù)據(jù)量的可視化應(yīng)用只能運(yùn)行在高端并行計算機(jī)和PC集群上，這就需要遠(yuǎn)程使用這些資源，而網(wǎng)格恰恰提供了一個更為統(tǒng)一的資源共享和使用平臺，在這個平臺上協(xié)調(diào)各種資源并提供遠(yuǎn)程可視化服務(wù)存在很多新的挑戰(zhàn)，因?yàn)樾枰幚頂?shù)據(jù)、計算和顯示等多種類型的分步。
第三，作為一種分布式可視化應(yīng)用，面向網(wǎng)格的可視化應(yīng)當(dāng)支持多用戶多任務(wù)，多個不同用戶應(yīng)該可以同時使用系統(tǒng)而互不干擾，同時每個用戶又可以提交多個任務(wù)。另外，面向網(wǎng)格的可視化還應(yīng)該為多用戶間的協(xié)同提供支持和虛擬組織支持。
第四，科學(xué)計算和可視化都是網(wǎng)格的主要應(yīng)用對象�？梢暬ǔＪ强茖W(xué)計算的后續(xù)處理步驟，為了更好地對科學(xué)計算結(jié)果進(jìn)行可視化和駕馭，需要在可視化流程和科學(xué)計算過程之間進(jìn)行協(xié)調(diào)和集成。通過這種集成可以更好地獲得反饋并進(jìn)行控制，提高資源的利用效率，方便問題求解環(huán)境的構(gòu)建。
2、面向網(wǎng)格的可視化的探索及應(yīng)用
(1)基于網(wǎng)格技術(shù)支持的并行體繪制的研究應(yīng)用。
如美國愛荷華大學(xué)的Knops等人提出了一個基于網(wǎng)格的體繪制框架，他們使用Globus的資源管理、信息服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸工具支持并行體繪制框架;另外美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的計算可視化中心在已有的遠(yuǎn)程并行繪制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上使用Globus添加網(wǎng)格支持，在他們的設(shè)計中，可視化服務(wù)的實(shí)現(xiàn)由各個可視化服務(wù)器完成，并通過Globus的網(wǎng)格服務(wù)向用戶提供可視化服務(wù)。
(2)基于網(wǎng)格技術(shù)支持的可視化軟件的應(yīng)用。英國利茲大學(xué)和英國NAG公司等共同進(jìn)行了Gris項(xiàng)目，其主要目標(biāo)是為NAG公司的可視化軟件IRIS Explorer增加網(wǎng)格支持，實(shí)現(xiàn)可視化與仿真的聯(lián)合、計算駕馭、多用戶協(xié)同等功能。 (3)側(cè)重于大規(guī)模數(shù)據(jù)集傳輸?shù)木W(wǎng)格可視化研究及應(yīng)用。如美國Lawrence Berkeley國家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)的Bethel等人使用UDP協(xié)議為Cactus設(shè)計了一個處理太(T)字節(jié)數(shù)據(jù)的并行可視化后端程序Visa Pult。
(4)面向網(wǎng)格的可視化中間件和體系結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用。如荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)在Globus上建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)格中間件VLAM-G，它是一個完整的面向網(wǎng)格的科學(xué)計算及可視化中間件和工具包。德國的愛因斯坦研究所和柏林Zuse研究所等聯(lián)合進(jìn)行了Grid KSL項(xiàng)目，其目的是將使用Cactus的科學(xué)計算與可視化應(yīng)用聯(lián)合起來，為大規(guī)模數(shù)據(jù)的科學(xué)計算提供遠(yuǎn)程可視化和駕馭服務(wù)等等。
在面向網(wǎng)格的可視化領(lǐng)域內(nèi)，國內(nèi)也正在進(jìn)行著相關(guān)的探索，如浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在2004年完成了Gvis的初級原型系統(tǒng)，并對面向網(wǎng)格可視化領(lǐng)域的研究作了初步總結(jié)�；诖送ㄟ^分析比較國內(nèi)外研究工作，后來提出并實(shí)現(xiàn)了一個面向網(wǎng)格基于Java的交互式遠(yuǎn)程并行可視化體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)Gvis。面向網(wǎng)格的可視化研究及應(yīng)用是一個較為全面的面向網(wǎng)格的可視化系統(tǒng)。
3、面向網(wǎng)格的可視化的發(fā)展方向
面向網(wǎng)格的可視化需要充分利用已有的研究成果，并在廣度、深度、通用性、互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化方面更進(jìn)一步。網(wǎng)格對于可視化的推動作用，在現(xiàn)階段并不主要體現(xiàn)在可視化應(yīng)用性能的提高，而在于可視化應(yīng)用方式的改變。
4、總結(jié)
當(dāng)今，面向網(wǎng)格的可視化的研究具有一定的前瞻性，并取得了一定的成果，但在當(dāng)前的硬件條件下，基于網(wǎng)格的可視化相比于傳統(tǒng)的可視化還有欠缺之處。有待于我們在更深、更廣的層次上基于應(yīng)用背景更好繼續(xù)研究和發(fā)展。
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