面向網格可視化分析論文

導語：面向網格可視化分析論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1．面向網格的可視化主要研究內容

面向網格的可視化，其含義是受網格支持的可視化，或網格驅動的可視化，指的是利用網格的功能，為并行/分布式可視化提供基礎性支撐。圖1為面向網格的可視化說明示意圖。網格技術支持互聯網范圍的可視化應用，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展，可視化數據集的存儲量和計算量不斷增大，而網格技術能夠通過動態的資源組織滿足數據存儲和計算的要求，它能提供自治和動態的資源管理，實現數據采集、存儲和計算的分布，因而可以利用更廣范圍內的資源，增強人們理解和使用科學數據的認知能力，擴充海量數據處理的能力，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據的繪制，因此，長期以來，大數據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。隨著互聯網的普及，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，網格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提供遠程可視化服務存在很多新的挑戰，因為需要處理數據、計算和顯示等多種類型的分步。

圖1面向網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，面向網格的可視化還應該為多用戶間的協同提供支持。協同也是網格的一項重要特征。網格提供虛擬組織支持，這種虛擬組織的概念除表現為資源的虛擬化外，更突出表現為多個用戶之間的協作。

第四，科學計算和可視化都是網格的主要應用對象?？梢暬ǔＪ强茖W計算的后續處理步驟，為了更好地對科學計算結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調和集成。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，方便問題求解環境的構建。

3．面向網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的重要作用，面向網格的可視化己經成為一個新的研究方向，IEEECopmuterGraphics&Applications雜志為此在2003年3月出了網格可視化專專輯。美國，歐洲等在面向網格的可視化領域進行了較多研究，這些研究的側重點有所不同。

2．1基于網格技術支持的并行體繪制的研究應用。如美國愛荷華大學的Knosp等人提出了一個基于網格的體繪制框架［4］，他們使用Globus的資源管理、信息服務和數據傳輸工具支持并行體繪制框架；另外美國德克薩斯大學奧斯汀分校的計算可視化中心(CCV，ccvweb.csres.utexas.edu/ccv/)在己有的遠程并行繪制系統的基礎上使用Globus添加網格支持，在他們的設計中，可視化服務的實現由各個可視化服務器完成，并通過Globus的網格服務向用戶提供可視化服務。

2．2基于網格技術支持的可視化軟件的應用。如美國猶他大學科學計算研究所曾將他們的可視化問題求解環境SCIRun與NetSolve結合［5］。英國利茲大學和英國NAG公司等共同進行了GViz項目［6］，其主要目標是為NAG公司的可視化軟件IRISExplorer增加網格支持，實現可視化與仿真的聯合、計算駕馭、多用戶協同等功能。

2．3側重于大規模數據集傳輸的網格可視化研究及應用。如美國LawrenceBerkeley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）字節數據的并行可視化后端程序Visapult［7］。美國南加利福利亞大學的Thiebaux等人也對網格環境下海量數據的并行輸入/輸出處理進行了深入研究[8]。

2．4面向網格的可視化中間件和體系結構的研究及應用。如荷蘭阿姆斯特丹大學等單位在Globus上建立了虛擬實驗室網格中間件VLAM-G[9]，它是一個完整的面向網格的科學計算及可視化中間件和工具包.德國的愛因斯坦研究所（Cactus[10]的開發機構）和柏林Zuse研究所等聯合進行了GriKSL項目[11]，其目的是將使用Cactus的科學計算與可視化應用聯合起來，為大規模數據的科學計算提供遠程可視化和駕馭服務.美國高級計算基礎設施合作組織（NPACI）正在協調其成員聯合開發適用于超級計算的可視化工具（vistools.npaci.edu）和可視化服務（visservices.npaci.edu）.此外，美國伊利諾斯大學香檳分校的國家超級計算應用中心（NCSA）也正在實施網格相關的可視化服務計劃.歐洲CrossGrid項目開發了一個網格可視化中間件GridVisualisationKernel[12]，其目標是提供通用的可視化服務，將仿真程序和可視化連接起來并支持多種顯示設備.

在面向網格的可視化領域內，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，并對面向網格可視化領域的研究作了初步總結?；诖送ㄟ^分析比較國內外研究工作，后來提出并實現了一個面向網格基于Java的交互式遠程并行可視化體系結構和系統Gvis[13]，GVis由網格支撐層、可視化層和網格門戶層組成，是一個基于Glbous的交互式遠程并行可視化系統，系統具有良好的交互性、跨平臺性和可擴展性。該體系結構（如圖2所示）與國內外面向網格可視化系統相比具有層次少，各層功能獨立，可擴展性、交互性和跨平臺性好等特點，支持面向網格的交互式并行可視化和遠程可視化，并可在進一步的擴展中支持協同可視化。是一個較為全面的面向網格的可視化系統。

圖2基于Java的Gvis體系結構

3．面向網格的可視化的發展方向

面向網格的可視化需要充分利用己有的研究成果，并在廣度、深度、通用性、互操作性和標準化方面更進一步。網格對于可視化的推動作用，在現階段并不主要體現在可視化應用性能的提高，而在于可視化應用方式的改變。簡單地講，面向網格的可視化可以支持更多的用戶，在更廣的范圍內使用更大的數據量。面向把應把握這一趨勢，在資源的動態性、異構性、多任務支持、可視化應用的交互性、系統的可擴展性等方向上做好面向網格的可視化應用研究工作。

4．總結

隨著科學計算逐漸向網格計算方向發展，可視化也必然會適應這種變化，從傳統的并行可視化走向支持網格、利用網格、服務網格的面向網格的可視化。當今，面向網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，但在當前的硬件條件下，基于網格的可視化相比于傳統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用背景更好繼續研究和發展。

[參考文獻]

[1]趙友兵，陳為，仇應俊，石教英，姜曉紅．并行/分布式直接體繪制算法綜述[R]．技術報告2004.

[2]石教英，趙友兵，仇應俊，陳為．面向網格的可視化系統研究JJ,計算機研究與發展，2004,41（12）：2231－2236.

[3]李燕梅，科學計算可視化技術的研究進展，2006-06.

[4]BKnosp，SWang，JNi.Grid-basedvolumerendering.The2002ACM/IEEEConferenceonSupercomputing，Baltimore，2002.

[5]MMiller，CMoulding，JDongarra，etal.Grid-enablingproblemsolvingenvironments:AcasestudyofSCIRunandnetsolve.HighPerformanceComputingSymp（HPC2001）inAdvancedSimulationTechnologiesConf2001，Seattle，2001。

[6]GViz:www.visualization.leeds.ac.uk/gviz/，2004-07.

[7]EWBethelJshalfCactus.Visapult:Anultra-highperformancegrid-distributedvisualizationarchitectureusingconnectionlessprotocols.IEEEComputerGraphicsandApplications，2003，23（2）:51-59.

[8]MThiebaux，HTangmunarunkit，KCzajkowski，etal.Scalablegrid-basedvisualizationframework[EB/OL].www.isi.edu/~hongsuda/publication/paper77.pdf,2004-07-12.

[9]ASZBelloum，DLGroep，ZWHendrikse，etal.VLAM-G：Agrid-basedvirtuallaboratoy.FutureGenerationComputerSystems，2003，19（2）：209~217.

[10]Cactus：http：，2004-06.

[11]GriKSL：www.aei.mpg.de／~tradke／GriKSL／，2004-07.

[12]DKranzlmuller，PHeinzlreiter，JVolkert.Grid-enabledvisualizationwithGVK.The1stEuropeanAcrossGridsConf2003，Santiago，Spain，2003.

[13]趙友兵面向網格基于Jvaa的交互式可視化系統GVis研究與實現2005-07.

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

關鍵字：可視化；網格計算；體繪制；面向網格的可視化