Разработка и исследование алгоритмов и программных средств визуализации объемов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Мельман, Сергей Владимирович

• Мельман, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мельман, Сергей Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.ОБЗОР

1.1. воксельная графика

1.2. Визуализация объемов

1.3. Синоптическая визуализация

Выводы

ГЛАВА 2.ВОКСЕЛБНАЯ ГРАФИКА

2.1. октантные деревья

2.1.1. Кодирование и хранение в памяти

2.1.2. Квантизация цвета и нормалей

2.1.3. Генерация октантных структур

2.2. Трассировка октантных структур

2.2.1. Быстрый целочисленный алгоритм

2.2.2. Использование быстрого целочисленного алгоритма для raytrasing и ray casting

2.2.3. Когерентность траекторий в октантных деревьях

2.2.4. Когерентность цветов

2.3. Прямой рендеринг

2.3.1. Квазипослойный алгоритм прямого рендеринга

2.3.2. Адаптивная глубина просмотра октантного дерева

2.4. Трассировка CUDA

Выводы

ГЛАВА 3 .АНИМАЦИОННАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ОКТАНТНЫХ СТРУКТУР

3.1. Применение RT и эпиполярная геометрия

3.2. Наборы RT, случайные и регулярные выборки

3.3. Параллельная и аппаратные реализации

3.3.1. Использование аппаратных возможностей графических процессоров

3.3.2. Параллельная реализация рендеринга по базовым изображениям

3.3.3. Параллельная реализация дискретной трассировки октантных структур

Выводы

ГЛАВА 4. СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ СИНОПТИЧЕСКИХ ДАННЫХ

4.1. Структура системы визуализации тропических циклонов

4.2. Работа с данными

4.3. Функциональные возможности: визуальный анализ данных

4.4. Алгоритмы визуализации объемов

4.5. Многопроцессорная обработка

4.6. Работа системы на реальных данных

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование алгоритмов и программных средств визуализации объемов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Компьютерная графика является сегодня мощным и необходимым инструментом при решении широкого круга задач, как в научных исследованиях, так и в практических приложениях. Средства 3D визуализации используются для наглядного представления результатов компьютерного моделирования, для визуализации данных разнообразных измерений применительно к изучению природных явлений и к контролю производственных процессов, в медицине, при создании тренажеров и систем виртуальной реальности. Одним из актуальных разделов компьютерной графики является разработка программно-алгоритмических средств визуализации объемов, которые востребованы в научной визуализации, в метеорологии и океанологии, в медицинской диагностике и в ряде других приложений. На сегодняшний день усилиями отечественных и зарубежных разработчиков создан достаточно мощный методологический и программно-алгоритмический задел в этом направлении. Большой вклад в создание теоретической базы и в разработку программных средств 3D визуализации и визуализации объемов внесли коллективы разработчиков ИПМ РАН, ИВМиМГ СО РАН, ИАиЭ СО РАН, лаборатории компьютерной графики и мультимедиа Факультета ВМК МГУ имени М.В. Ломоносова и другие. Среди зарубежных исследователей можно отметить Стэндфордский университет, разработавший пакет прикладных программ 3D визуализации VolPack, Канадский университет Макгилла и их пакет программ Vis5D, а так же американских исследователей из проекта NOAA при поддержке NASA.

Текущий момент развития 3D графики и ее разнообразных приложений характеризуется постоянным ростом объемов визуализируемых данных и возросшими требованиями к графическим программным средствам,

основными из которых являются реалистичность изображений и скорость обработки данных. С другой стороны, быстрый прогресс вычислительной техники стимулирует разработчиков к созданию более совершенных программно-алгоритмических средств. Поэтому дальнейшие усилия исследователей направлены на повышение реалистичности визуализации, повышение быстродействия программных средств и развитие возможностей визуального анализа данных. Для достижения указанных целей необходимо совершенствование существующих и разработка новых методов, алгоритмов, структур данных и реализация параллельных вычислений с использованием современных аппаратных возможностей.

В настоящей диссертационной работе исследуются и предлагаются алгоритмические решения 3D визуализации с применением октантных структур данных, рендеринга по базовым изображениям и аппаратных графических возможностей на базе OpenGL. Другой аспект исследований — реализация многопроцессорной параллельной обработки данных на базе существующих графических ускорителей средствами шейдер- и CUDA-технологий и с использованием многоядерной архитектуры центральных процессоров. В целом предлагаемые решения направлены на повышение реалистичности изображений моделируемых сцен, наглядности визуализации объемов и на повышение скорости обработки больших объемов данных, отвечающей режиму реального времени. Практическая составляющая исследований включает разработки приложений для научной визуализации пространственных данных и визуализации данных медицинской диагностики. Самостоятельным результатом диссертационной работы является разработка системы визуализации физических полей синоптических объектов (прежде всего тропических циклонов), где акцент делается на обработку и анимационную визуализацию больших объемов данных с развитыми возможностями визуального анализа динамики полей.

Цель диссертационной работы

Целью работы является разработка и исследование методов и алгоритмов визуализации воксельной модели сцены и анимационной визуализации объёмов с реализацией графических программных средств.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе ставились и решались следующие задачи:

1. Разработка и исследование октантной структуры данных, алгоритмов трассировки лучей в октантных деревьях и программных средств визуализации воксельной модели сцены с применением параллельных вычислений.

2. Разработка метода анимационной визуализации воксельной сцены с применением многопроцессорной обработки.

3. Разработка и исследование алгоритмов анимационной визуализации объемов с использованием графической аппаратной поддержки.

4. Разработка системы визуализации синоптических объектов с возможностями визуального анализа структуры и динамики физических полей синоптических объектов атмосферы и океана.

Методы исследования

В работе использовались методы компьютерной графики и возможности аппаратных графических средств, методы обработки изображений и компьютерного зрения, обработки спутниковых данных, объектно-ориентированного программирования, элементы векторной алгебры и вычислительной геометрии.

Научная новизна работы

Научная новизна состоит в следующем:

5. Предложен новый целочисленный алгоритм дискретной трассировки лучей в октантных деревьях, исследованы варианты его модификации с реализацией когерентности траекторий лучей.

6. Предложен метод, основанный на применении ограничений эпиполярной геометрии и рельефных текстур для анимационной визуализации воксельной модели сцены.

7. Разработаны алгоритмы визуализации динамики скалярных полей, новизна которых состоит в комплексном применении шей дер-технологии, распараллеливании вычислений на многопроцессорной системе МВС и параллелизма на графических ускорителях по технологии С1ЮА.

Практическая ценность

Полученные в результате исследований методы, алгоритмы, структуры данных и программные средства могут быть использованы при создании прикладных систем различной проблемно-ориентированной направленности для статической и анимационной визуализации объемов и произвольных ЗЭ-сцен.

Разработанная система «ТотоУ1е\уЗВ», предназначенная для визуализации данных компьютерного томографа, внедрена и используется в Дальневосточном окружном медицинском центре Росздрава (г. Владивосток). Система визуализации физических полей синоптических объектов в атмосфере и океане находится в опытной эксплуатации в центре спутникового мониторинга ИАПУ ДВО РАН и применяется при исследовании динамики тропических циклонов. Также система находится в опытной эксплуатации в Приморском управлении по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и используется для визуализации результатов работы \¥КР модели, используемой для прогнозирования погоды.

Материалы исследований использовались в учебном процессе при чтении курса лекций «Компьютерная графика» в Дальневосточном государственном университете и Дальневосточном государственном техническом университете.

Апробация работы

Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах Института автоматики и процессов управления ДВО РАН [1-11]; на Дальневосточной математической школе-семинаре имени академика Е.В. Золотова (Владивосток, 2004, 2012); на международных конференциях по компьютерной графике и ее приложениям «GraphiCon» (Новосибирск, 2005, Москва, 2007, 2011) и «The First Russia and Pacific Conference on Computer Technology and Applications» (Владивосток, 2010).

Публикация результатов работы

По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 8 статей в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 146 страницах. Список литературы включает 119 источника. В работе содержится 78 рисунков и 6 таблиц.

Во введении обоснована актуальность выполненных исследований, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, раскрыты научная новизна и практическая значимость.

Первая глава посвящена обзору литературы. В ней анализируется современное состояние исследований в области визуализации объемов и воксельной графики. Акцент делается на производительности алгоритмов. Рассмотрены возможности существующих систем визуализации синоптических пространственных данных.

Во второй главе приводится описание октантных структур, способы их представления, кодирования и генерации. Описаны предлагаемые алгоритмы визуализации, обеспечивающие высокую скорость рендеринга, как за счет

быстрой трассировки октантных деревьев, так и за счет привлечения аппаратных возможностей ускорения обработки графических данных. Приведены сравнительные результаты работы алгоритмов.

В третьей главе подробно рассматриваются методы анимационной визуализации октантных деревьев. Описываются алгоритмы с применением методов основанных на рельефных текстурах (image based rendering) и эпиполярной геометрии. Представлена реализация алгоритма визуализации октантных деревьев с использованием аппаратных средств (аппаратный splatting), дана схема работы алгоритма на кластере МВС-1000 и описана его модификация для трассировки октантных деревьев на CUDA.

Четвертая глава посвящена разработке системы для визуализации синоптических данных (тропических циклонов). Кратко описывается проблемная область, формулируются требования. Описана схема поэтапной обработки данных и сформулированы задачи решаемые системой визуализации. Описываются алгоритмы предобработки и визуализации данных в условиях работы с большими объемами спутниковой информации.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Мельман, Сергей Владимирович

Основные выводы и результаты, полученные в диссертации:

1. Разработаны и исследованы алгоритмы трассировки лучей в октантных деревьях в рамках воксельного подхода к генерации и визуализации ЗО сцен.

2. Предложен метод анимационной визуализации октантных сцен.

3. Разработаны алгоритмы статической и анимационной визуализации, обеспечивающие возможности визуального анализа структуры и динамики физических полей синоптических объектов. Предложены архитектурные и интерфейсные решения при реализации системы визуализации синоптических объектов.

4. Разработаны алгоритмы и программные средства для организации параллельных вычислений на многопроцессорных системах, включая применение шейдеров и технологии С1ЮА на графических процессорах.

5. Разработан комплекс программ для визуализации томографических данных.

6. Разработана система анимационной визуализации физических полей синоптических объектов

7. Проведены экспериментальные исследования предложенных программно-алгоритмических средств с оценкой их эффективности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мельман, Сергей Владимирович, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Бобков В.А., Казанский A.B., Морозов М.А., Мельман C.B. Определение векторов ветра водяного пара по данным геостационарных ИСЗ: сравнительный анализ корреляционного и контурного методов // Исследование Земли из космоса. - 2004. - №3. -С. 52-59.

2. Бобков В.А., Роныиин Ю.И., Мельман C.B. Визуализация воксельных сцен // Информационные технологии. - 2005. - №6. - С. 16-19.

3. Бобков В.А., Роныпин Ю.С., Борисов Ю.С., Мельман C.B. Интерактивная визуализация сложных сцен // Вестник ДВО РАН. -2005.-№6.-С. 87-92.

4. Бобков В.А., Мельман C.B. Рендеринг октантных сцен // Информационные технологии. - 2006. - №3. - С. 39-46.

5. Мельман C.B. Визуализация объемов в задачах анализа физических полей синоптических объектов // Информационные технологии. - 2008. — №1. - С. 62-66.

6. Мельман C.B., Май В.П. Система объемной визуализации объектов компьютерной томографии // Информационные технологии. - 2010. -№5.-С. 68-73.

7. Мельман C.B., Бобков В.А. Параллельная трассировка октантных деревьев на языке CUDA // Информационные технологии. - 2011. - №4. -С. 30-36.

8. Бобков В.А., Мельман C.B. Визуализация динамики циклонов // Информационные технологии: - 2012. - №2. - С. 49-54.

9. Мельман С.В., Гриняк Т.М. Анимация трехмерных стационарных векторных полей // Электронный журнал «Исследовано в России». -2004. - №202. - С. 2149-2155.

10. Мельман С.В., Гриняк Т.М. Анимация статических векторных полей в пространстве // Материалы Дальневосточной математической школы-семинара имени академика Золотова. - Владивосток. - 2004. - С. 153154.

11. Бобков В.А., Мельман С.В., Роныпин Ю.И. Оптимизация трассировки лучей в октантных деревьях // Материалы 15-ой Международной Конференции по Компьютерной Графике и Зрению, ГрафиКон'2005. -Новосибирск.-2005.-С. 187-195.

12. C.L. Jackins and S.L Tanimoto. Oct-trees and their use in representing threedimensional objects. // Computer Graphics and Image Processing. -№14(3) - 1980 - pp. 249-270.

13. Dan S. Bloomberg. Color quantization using octrees. // Computer Graphics and Image Processing. - №2(2) - 2008 - pp. 145-162.

14. Nelson Max, Oliver Deussen, Brett Keating. Hierarchical Image-Based Rendering using Texture Mapping Hardware. // Proceedings of the Eurographics Workshop on Rendering '99. - 1999 - pp 57-62.

15. K.M. Wurm, A. Hornung, M. Bennewitz, C. Stachniss, and W. Burgard. Octomap: A probabilistic, flexible, and compact 3d map representation for robotic systems. // In ICRA 2010 Workshop on Best Practice in 3D Perception and Modeling for Mobile Manipulation. Anchorage, USA, 2010.

16. N. Fairfield, G. Kantor, and D. Wettergreen. Real-time SLAM with octree evidence grids for exploration in underwater tunnels. // Journal of Field

Robotics. - 2007 - vol:24 - №1-2 - pp. 03-21

17. Hanan Samet. Implementing Ray Tracing with Octrees and Neighbor Finding. // Computers and Graphics. - 1989 - №13(4) - pp. 445-60.

18. Irene Gargantini. An Effective Way to Represent Quadtrees. // Communications of the ACM. - 1982 - №25(12) - pp. 905-910.

19. J. Wilhelms and A. Van Gelder. Octrees for faster isosurface generation. // ACM Transactions on Graphics. - 1992 - №11(3) - pp. 201-227.

20. G.M. Morton. A Computer Oriented Geodetic Data Base and a New Technique in File Sequencing. // IBM Ltd., - 1966.

21. Бобков В.А., Роныпин Ю.И. Алгоритм визуализации с трассировкой лучей в октантных деревьях. // Информационные технологии. — 2001 — № 4 - с. 46-50.

22. G.M. Hunter and К. Steiglitz. Operations on Images Using Quad Trees. // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. — 1979 -№1(2)-pp. 145-153.

23. C.L. Jackins and S.L Tanimoto. Oct-trees and their use in representing threedimensional objects. // Computer Graphics and Image Processing. -1980 - №14(3) - pp. 249-270.

24. Sarah F. Frisken and Ronald N. Perry. Simple and Efficient Traversal Methods for Quadtrees and Octrees. // Journal of Graphics Tools - 2003 -vol.7(3).

25. A. S. Glassner. Space Subdivision for Fast Ray Tracing. // Proc. of IEEE CG&A- 1984 - pp. 15-22.

26. J. Sandor. Octree Data Structures and Perspective Imagery. // C&G - 1985 -

Vol. 9-№4-pp. 393-405.

27. H. Samet. Implementing Ray Tracing with Octrees and Neighbor Finding. // C&G- 1989-Vol. 13-№4 _pp. 445-460.

28. J. Spackman and R Willis. The SMART Navigation of a Ray through an Oct-tree.//C&G - 1991 - Vol 15 -№2 -pp. 185-194.

29. K. Sung. A DDA Octree Traversal Algorithm for Ray Tracing. // Eurographics'91 proceedings - 1991 - pp. 73-85.

30. M. Agate, R. L. Grimsdale, and R F. Lister. The HERO Algorithm for Ray-Tracing Octrees. // Advances in Computer Graphics Hardware IV - 1991 — Springer Verlag - pp. 61 -73.

31. M.D.J. McNeill et al. Performance of Space Subdivision Techniques. // CGF- 1992-№11 - Vol.4-pp. 213-220.

32.1. Gargantini and H.H. Atkinson. Ray Tracing and Octree: Numerical Evaluation of the First Intersection. // CGF -1993 - Vol.12 - №4 - pp. 199210.

33. R. Endl and M. Sommer. Classification of Ray-Generators in Uniform Subdivisions and Octrees for Ray Tracing. // CGF - 1994 -Vol.13 - №1 -pp. 3-19.

34. M. Цыганков. Иерархическая дискретная трассировка лучей в октантных деревьях. // GraphiCon 98. Conference Proceedings. - 1998.

35. J. Revelles, С. Urena, M. Lastra. An Efficient Parametric Algorithm for Octree Traversal. // Proc. of WSCG'2000 - 2000 - pp 212-219.

36. Imma Boada, Isable Navazo, and Roberto Scopigno. Multiresolution Volume Visualization with a Texture-Based Octree. // The Visual Computer.

-2001 -№17(3).

37. Daniel Ruijters and Anna Vilanova. Optimizing GPU Volume Rendering. Winter School of Computer Graphics, Pilzen, 2006.

38. Samuli Laine, Tero Karras. Efficient Sparse Voxel Octrees. // proc. of ACM SIGGRAPH Symposium on Interactive 3D Graphics and Games - 2010.

39. Samuli Laine, Tero Karras. Efficient Sparse Voxel Octrees - Analysis, Extensions, and Implementation - NVIDIA Research

40. N. Greene, M. Kass and G. Miller. Hierarchical Z-Buffer Visibility. // Proc. of SIGGRAPH - 1993 - pp. 231-238.

41. В.А. Бобков, Ю.И. Роныпин Анимация воксельной сцены. // Программные продукты и системы. - 2003 - т.№2 - С.3-7.

42. Laur D. and Hanrahan P. Hierarchical Splatting: A Progressive Refinement Algorithm for Volume Rendering. // ACM SIGGRAPH Computer Graphics - 1991 -Volume 25 - Issue 4 - Pages: 285 - 288.

43. Rusinkiewicz, S., Levoy, M. Qsplat: A Multiresolution Point Rendering System for Large Meshes. // SIGGRAPH - 2000.

44. Leonard McMillan and Gary Bishop. Plenoptic Modeling. // In Proceedings of SIGGRAPH - 1995 - pp 39-46.

45. J. Shade, S. Gortler, L. He, R. Szeliski. Layered depth images. // Proc. of SIGGRAPH'98 - 1998 - pp. 231-242.

46. M. Oliveira, G. Bishop, and D. McAllister. Relief textures mapping. // In Proc. SIGGRAPH - 2000 - pp. 359-368.

47. C. Chang, G. Bishop, and A. Lastra. LDI Tree: A hierarchical representation

for image-based rendering. // Proc. of SIGGRAPH'99 - 1999 - pp. 291-298.

48. Chun-Fa Chang, Gary Bishop. A Hierarchical Representation for Image-based Rendering. // Computer Graphics Proceedings SIGGRAPH- 1999.

49. M. Wand and W. Straber. Multi-Resolution Rendering of Complex Animated Scenes. // Proceedings of EG - 2002.

50. Leonard McMillan. Computing Visibility Without Depth. // Technical Report 95-047, University of North Carolina, - 1995.

51. Бобков В. А., Ронынин Ю. И. Анимация воксельной сцены. Программные продукты и системы, №2, 2003, с. 3-7.

52. Gortler S., Grzeszczuk R., Szeliski R., Cohen M. The lumigraph. // SIGGRAPH 96. - 1996 - pp.43-54.

53. Levoy M., Hanrahan P. Light Field Rendering. // SIGGRAPH'96 -1996 -pp. 31-42.

54. Schreder, Peter and Gordon Stoll. Data parallel volume rendering as line drawing. // In Proceedings of the 1992 Workshop on Volume Visualization -1992- Boston -pp.25-32.

55. Vezina, Guy, Peter A. Fletcher, and Philip K. Robertson. Volume rendering on the MasPar MP-1. // In 1992 Workshop on Volume Visualization - 1992 - Boston - pp. 3-8.

56. Laur, David and Pat Hanrahan. Hierarchical splatting. A progressive refinement algorithm for volume rendering. // Proceedings of SIGGRAPH *91. Computer Graphics - 1991 - №25(4) - pp. 285-288.

57. Levoy, Marc. Volume rendering by adaptive refinement. // The Visual Computer - 1990 - №6( 1) - pp. 2-7.

58. М.Ю.Шевцов, Долговесов Б.С. Система объемной визуализации реального времени на базе стандартного графического акселератора. // GraphiCon'2005 - pp. 401-405

59. Westover, Lee. Interactive Volume Rendering. // In Proceedings of the Chapel Hill Workshop on Volume Visualization - 1989 - pp. 9-16.

60. Bernardo P. Carneiro, Arie E. Kaufman. Tetra-Cubes: An algorithm to generate 3D isosurfaces based upon tetrahedral. // SIGGRAPH'96 - 1996 -pp. 205-210.

61. Andre Gueziec. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. Vol. 1, Issue 4, pp. 328 - 342, December 1995

62. Vaclav Skala. Precission of iso-surface extraction from volume data and visualization. // Conference on Scientific Computing - 2000 -pp. 368 - 378.

63. Lorensen and Cline. Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Reconstruction Algorithm. // Computer Graphics - 1987 - №21(3) -pp. 163-169.

64. С. И. Вяткин, Б. С. Долговесов. Визуализация полупрозрачных объектов на базе функций возмущения и прозрачности. // Автометрия — 2005 - том 41 - №3 - с. 49-55.

65. Appel, A. Some techniques for shading machine renderings of solids. // Proceedings of the Spring Joint Computer Conference 32 - 1968 -pp. 37-49.

66. Sabella, A Rendering Algorithm for Visualizing 3D Scalar Fields.// Proc. of SIGGRAPH '88 - 1988 - pp. 51-58.

67. MARC LEVOY. Efficient Ray Tracing of Volume Data. // ACM Transactions on Graphics - 1990 - Vol. 9 - №3 - pp. 245-261.

68. Andrew V. Adinetz, Sergey B. Berezin. Implementing Classical Ray Tracing on GPU - a Case Study of GPU Programming. // Proceedings of Graphicon, 2006.

69. A. J. Cuadros-Vargas, L. G. Nonato, E. Tejada, and T. Ertl. Generating segmented tetrahedral meshes from regular volume data for simulation and visualization applications. // In Proceedings of CompIMAGE'06 -2006.

70. Yun Jang, Ralf P. Botchen, Andreas Lauser, David S. Ebert, Kelly P. Gaither, Thomas Ertl. Enhancing the Interactive Visualization of Procedurally Encoded Multifield Data with Ellipsoidal Basis Functions. // EUROGRAPHICS 2006 - Volume 25 - № 3 - pp. 587-596.

71. Crow, Franklin C. Summed-area tables for texture mapping. // Proceedings of SIGGRAPH '84, Computer Graphics -1984 - №18(3) -pp. 207-212.

72. Laur, David and Pat Hanrahan. Hierarchical splatting: A progressive refinement algorithm for volume rendering. // Proceedings of SIGGRAPH '91 Computer Graphics -1991 -№25(4) - pp. 285-288.

73. Levoy, Marc. Efficient ray tracing of volume data. // ACM Transactions on Graphics - 1990 - №9(3) - pp. 245-261.

74. Meagher, Donald J. Efficient synthetic image generation of arbitrary 3-D objects. // In Proceeding of the IEEE Conference on Pattern Recognition and Image Processing - pp. 473-478.

75. Subramanian, K. R. and Donald S. Fussell. Applying space subdivision

techniques to volume rendering. // In Proceedings of Visualization '90 -1990

- San Francisco, California - pp. 150-159.

76. Laur, David and Pat Hanrahan. Hierarchical splatting: A progressive refinement algorithm for volume rendering. // Proceedings of SIGGRAPH '91. Computer Graphics-1991 -№25(4) - pp. 285-288.

77. Westover, Lee. Footprint evaluation for volume rendering. // Proceedings of SIGGRAPH '90. Computer Graphics -1990 - №24(4) -pp. 367-376.

78. Levoy, Marc. Display of surfaces from volume data. // IEEE Computer Graphics & Applications - 1988 - №8(3) - pp. 29-37.

79. Philippe Lacroute, Marc Levoy. Fast Volume Rendering Using a Shear-Warp Factorization of the Viewing Transformation. // SIGGRAPH 94 -1994

- Orlando,Florida - pp. 451-458.

80. B. Cabrai and L. Leedom. Imaging Vector Fields Using Line Integral Convolution. // In Computer Graphics, Proc. of ACM SIGGRAPH - 1993 -pp. 263-270.

81. L. K. Forssell and S. D. Cohen. Using Line Integral Convolution for Flow Visualization: Curvilinear Grids, Variable-Speed Animation, and Unsteady Flows. // IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics - 1995 -№1(2)-pp. 133-141.

82. V. Interrante and C. Grosch. Strategies for Effectively Visualizing 3D Flow with Volume LIC. // In Proceedings of IEEE Visualization 1997, - 1997 -pp. 421-425.

83. J. Sobel, A. Forsberg, D. H. Laidlaw, R Zeleznik, D. F. Keefe, I. Pivkin, G. Karniadakis, P. Richardson, S. Swartz. Particle Flurries: Synoptic 3D

Pulsatile Flow Visualization. // IEEE CG&A - 2004 - №24(2) -pp. 76-85.

84. Oleg A. Potiy, Alexey A. Anikanov. 3D Flow visualization using GPU-driven particle system. // Proc. of Graphicon'2005.

85. http://www.theweathernetwork.com/desktop/weathereye

86. http://www.met.fu-berlin.de/terra3d/en/index.htm

87. http://www.icpt.su/-fl=341 &doc=929.htm

88. http://www.fobos.tv/

89. http://panda.ispras.ru/~3D/eng/

90. http://www.cat5data.com

91. http ://www. f5 data.com/

92. http://www.tornadotarget.com/

93. http://www.stormpulse.com/

94. http://www.aninoquisi.com/lightning2000.htm

95. http://www.thiesclima.com/soft_e.htm

96. http://www.weather-display.com/index.php

97. http://www.vtk.org/

98. http://graphics.stanford.edu/software/volpack

99. www.opendx.org

100. http://www.mcgill.ca/about/

101. http://odv.awi.de/

102. Bo-Wen Shen, Wei-Kuo Tao, Bryan Green, Chris Henze, Piyush Mehrotra, Jui-Lin Li, Samson Cheung. Coupling NASA Advanced Multi-Scale Modeling and Concurrent Visualization Systems for Improving Predictions of Tropical High-Impact Weather (CAMVis). // 2011 NASA Earth Science Technology Forum June - 2011 - pp. 21-23.

103. J. Sanyal, P. Amburn, S. Zhang, J. Dyer, P. J. Fitzpatrick, R. J. Moorhead. User Experience of Hurricane Visualization in an Immersive 3D Environment.// Proceeding ISVC '08 Proceedings of the 4th International Symposium on Advances in Visual Computing - 2008 - pp. 867-878.

104. Научная визуализация. Институт физико-технической информатики. 2005 г. // http://www.icpt.su/7fl-341

105. Геофизический центр Российской академии наук. 2005г. // http://www.gcras.ru/hist r.htm

106. The Earth Simulator Center. 2006 // http://www.es.jamstec.go.ip/esc/eng/

107. Аниканов А.А., Потий О.А. Проблемы и подходы к решению задачи визуализации данных о течениях в природных объектах // «Научная визуализация в прикладных задачах. - Изд. МГУ. - 2003. -с. 20-22.

108. The Scientific Visualization Group, Institute for System Programming of Russian Academy of Sciences. http://www.ispras.ru/~3D/eng; gallery: http://www.ispras.ru/~3D/eng/problems/gallery.htm.

109. Центр «Фобос», http://fobos.gismeteo.ru/

110. V. Havran and J. Bittner. LCTS: ray shooting using longest common

traversal sequences // EUROGRAPHICS 2000 - Volume 19 - №3.

111. N. Greene, M. Kass and G. Miller. Hierarchical Z-Buffer Visibility. // SIGGRAPH 93 -1993 - pp. 231 -238.

112. Бобков B.A., Роньшин Ю.И., Клочков Д.В. Визуализация объемов с комбинированным использованием трассировки лучей и иерархического z-буфера // Информационные технологии - 2003 - №10 -с. 51-55.

113. Chang М., Bishop G., Lastra A.;LDI Tree: A hierarchical representation for image-based rendering. // In Proceedings of SIGGRAPH'99 - 1999 - c. 291-298

114. Leonard McMillan. A List-Priority Rendering Algorithm for Redisplaying Projected Surfaces. // UNC Technical Report 95-005.

115. B.A. Бобков, Ю.И. Роньшин, JI.M. Покудова, Д.И. Харитонов. Анализ эффективности параллельной обработки в алгоритме визуализации с трассировкой лучей. // Информационные технологии - 2002 — №6 — с. 50-53.

116. А. Савичев, А. Аксенов, С. Клименко. Анимационная визуализация векторных полей. // GraphiCon 1998.

117. Kidder, S. Q., M. D. Goldberg, R. M. Zehr, M. DeMaria, J. F. W. Purdom, C. S. Velden, N. C. Grody, and S. J. Kusselson. Satellite analysis of tropical cyclones using the Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU). // Bulletin of the American Meteorological Sociey - 2000 - №81 - pp. 12411259.

118. C. Montani, R. Scateni, and R. Scopigno. A modified look-up table for implicit disambiguation of marching cubes. // Visual Computer - 1994 -

№10(6)-pp. 353-355. 119. http://agora.ex.nii.ac.ip/digital-typhoon/news/2009/TC0918/index.html.en

о внедрении программного продукта «Система визуализации синоптических данных»

Настоящий акт составлен о том, что разработанный в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН (ответственный исполнитель старший инженер-программист лаборатории машинной графики C.B. Мельман) программный продукт «Система визуализации синоптических данных» внедрен в ФГБУ «Приморское УГМС».

Программный продукт предназначен для построения визуальных моделей синоптических объектов, исследования их свойств и пространственно-временных характеристик. Система способна работать с различными форматами входных данных, в том числе и с результатами расчета численной мезомасгцтабной модели WRF-ARW в формате NetCDF, используемой в ФГБУ «Приморское УГМС». Среди основных возможностей можно отметить визуализацию данных синоптического масштаба в режиме реального времени, управление параметрами временных выборок, отображение полей различных метеоэлементов (температура, влажность, ветер и многие другие) как в фиксированный момент времени, так и в динамике. Также предусмотрена совместная визуализация значений нескольких метеоэлементов в единой трехмерной среде. Среди исследовательских инструментов можно выделить возможность фильтрации, сечения и обработки данных на «лету». К достоинствам системы следует отнести невысокие требования к аппаратной платформе.

Программный продукт используется с 2012 года по настоящее время в научно-исследовательском процессе для визуализации данных моделирования атмосферы.

Рук. Группы численных прогнозов

JI.B. Гончуков.

УТВЕРЖДАЮ ректор ФГУ «ДВОМЦ Росз драва» А.Н. Горшеев «3Û » и/€№ 2008 г.

о внедрении «TomoView3D»

Настоящий акт составлен о том, что разработанный в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН (ответственный исполнитель инженер лаборатории машинной графики C.B. Мельман) программный продукт «TomoView3D» внедрен в Дальневосточном окружном медицинском центре Росздрава.

Программный продукт предназначен для работы с данными медицинского компьютерного томографа. Данные сканирования в формате DICOM используются для построения трехмерной модели костных тканей человека. При этом работа с международным медицинским форматом DICOM происходит в привычном для медицинского работника формате. «TomoView3D» позволяет в режиме реального времени варьировать параметр порогового значения на пространственных скалярных данных медицинского томографа для построения трехмерной модели с целью подбора наиболее удобного й оптимального значения для врача-исследователя. Среди основных возможностей «TomoView3D»: визуализация исследуемого объекта, интерактивное построение поверхности, свободное вращение объекта, интерактивное смещение источника освещения, визуализация срезов на наборе данных, работа с древовидной структурой формата DICOM, многооконный интерфейс, сохранение вида модели для вывода на печать.

Программный продукт «TomoView3D» используются с 2006 года по настоящее время в практике челюстно-лицевой хирургии для анализа характера и сложности повреждений при переломах в предоперационный период и в процессе последующего наблюдения.

Заведующий отделением лучевой диагностики О. Онуприенко