有關(guān)面向網(wǎng)格的可視化研究及應用

摘要：科學計算可視化是數(shù)據(jù)和計算密集型應用，隨著計算機硬件和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，科學計算可視化逐步從并行計算過渡到面向網(wǎng)格的分布式計算方式，促生了可視化領域的一個新研究點：面向網(wǎng)格的可視化。本文介紹了面向網(wǎng)格的可視化的研究內(nèi)容、應用以及它的發(fā)展趨勢和的研究方向。

關(guān)鍵字：可視化；網(wǎng)格計算；體繪制；面向網(wǎng)格的可視化

Abstract Scientific visualization is a process which in volves massive data sets and highly intensive computation.With the developments of computer hardware and network technologies, Scientific visualization has transited gradually from the parallel computation to the distributed computation of grid-enabled. Grid favors a new research direction, i.e.，grid-enabled visualization. In this paper , research contents, application， develop- ment trend and research direction of grid-enabled visualization is introduced.
Keywords Visualization；Grid Computing；Volume Rnedering；Grid-enabled Visualization

1．引言
科學計算可視化(Visualization in Scientific Computing，VISC)是20世紀80年代隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的新興技術(shù)，其基本思想是“用圖形和圖像來表征科學計算數(shù)據(jù)”,來發(fā)現(xiàn)和理解科學計算過程中各種現(xiàn)象。科學計算可視化作為一種計算和數(shù)據(jù)密集型應用，往往需要較高的硬件配置，并常常利用并行技術(shù)進行加速。［1］隨著計算機硬件和網(wǎng)絡技術(shù)獲得長足發(fā)展，圖形硬件性能急速提升，科學計算分布范圍不斷拓展，計算規(guī)模不斷擴大。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。其目的是利用分布在網(wǎng)絡上的存儲和計算資源，通過對它們的動態(tài)組合為解決超級計算問題提供支持。雖然網(wǎng)格技術(shù)仍在發(fā)展之中，但它所提供的資源匯聚、自治協(xié)調(diào)等功能將使得可視化應用在更廣的范圍內(nèi)進行數(shù)據(jù)存儲和計算，更好地與科學計算程序集成，并讓更廣范圍的用戶通過網(wǎng)格以遠程或協(xié)作方式使用可視化應用。面向網(wǎng)格的可視化己經(jīng)成為可視化領域的一個新的研究方向。
2．面向網(wǎng)格的可視化主要研究內(nèi)容
面向網(wǎng)格的可視化，其含義是受網(wǎng)格支持的可視化，或網(wǎng)格驅(qū)動的可視化，指的是利用網(wǎng)格的功能，為并行/分布式可視化提供基礎性支撐。圖１為面向網(wǎng)格的可視化說明示意圖。網(wǎng)格技術(shù)支持互聯(lián)網(wǎng)范圍的可視化應用，它對于可視化應用的意義有以下幾個方面。［2］［3］
第一，隨著科學計算應用的發(fā)展，可視化數(shù)據(jù)集的存儲量和計算量不斷增大，而網(wǎng)格技術(shù)能夠通過動態(tài)的資源組織滿足數(shù)據(jù)存儲和計算的要求，它能提供自治和動態(tài)的資源管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲和計算的分布，因而可以利用更廣范圍內(nèi)的資源，增強人們理解和使用科學數(shù)據(jù)的認知能力，擴充海量數(shù)據(jù)處理的能力，延伸人類科學活動的范圍。
第二，可視化應用的高資源需求性必然限制其可訪問性，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)量的可視化應用只能運行在高端并行計算機和PC集群上，往往需要遠程使用。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，遠程可視化的空間進一步擴大了。與基于Web的遠程可視化相比，網(wǎng)格提供了一個更為統(tǒng)一的資源共享和使用平臺，在這個平臺上協(xié)調(diào)各種資源提供遠程可視化服務存在很多新的挑戰(zhàn)，因為需要處理數(shù)據(jù)、計算和顯示等多種類型的分步。
圖1 面向網(wǎng)格的可視化說明示意圖
第三，作為一種分布式可視化應用，面向網(wǎng)格的可視化應當支持多用戶多任務，多個不同用戶應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。另外，面向網(wǎng)格的可視化還應該為多用戶間的協(xié)同提供支持。協(xié)同也是網(wǎng)格的一項重要特征。網(wǎng)格提供虛擬組織支持，這種虛擬組織的概念除表現(xiàn)為資源的虛擬化外，更突出表現(xiàn)為多個用戶之間的協(xié)作。
第四，科學計算和可視化都是網(wǎng)格的主要應用對象�？梢暬�通常是科學計算的后續(xù)處理步驟，為了更好地對科學計算結(jié)果進行可視化和駕馭，需要在可視化流程和科學計算過程之間進行協(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。
３．面向網(wǎng)格的可視化的探索及應用
由于科學計算可視化對于科研和生產(chǎn)的重要作用，面向網(wǎng)格的可視化己經(jīng)成為一個新的研究方向，IEEE Copmuter Graphics

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