Візуалізація 3D-векторних полів з використанням графічних процесорів

Анотація

У статті описаний метод візуалізації тривимірних векторних полів, адаптованих для графічних процесорів. Метою даної роботи є розробка та реалізація методу візуалізації тривимірних векторних полів з ефективним використанням GPU. Створено програмне забезпечення для візуалізації тривимірного векторного поля на основі алгоритмів, розроблених авторами. Програма забезпечує візуалізацію тривимірних векторних полів через інтерактивно керовану послідовність анімації. Основними критеріями оцінки продуктивності алгоритмів візуалізації є простота інтерпретації та продуктивності. У статті розглянуто проблеми адаптації обчислювальної моделі алгоритмів візуалізації векторного поля до реалізації на основі GPU. Розроблено ефективне представлення даних для методів, що реалізуються на основі вершинного та піксельного шейдерів графічних процесорів. Запропоновано узагальнену модель обчислень на основі графічного процесора. Створена програма для інтерактивної візуалізації ділянок тривимірного поля швидкостей за допомогою анімації. Розроблено метод декомпозиції тривимірного текстурного куба для зображення тривимірного векторного поля. Всі запропоновані алгоритми реалізовані у вигляді програмних модулів, які можна використовувати для побудови системи візуалізації. У роботі описаний метод лиття рейкастингу для візуалізації тривимірних векторних полів. Відмінними особливостями цього методу є поділ екрана на комірки (проміжки) та конвеєрне обчислення за допомогою проміжного опису кадру у вигляді списку примітивів. Розбиття обчислень на дві фази з використанням проміжного опису кадру дозволяє досягти максимальної продуктивності на етапі піксельних обчислень, які потребують найбільше ресурсів, та визначити продуктивність системи в цілому. Показано переваги такого підходу над методом візуалізації кадру-буфера. Використання сучасної графічної техніки дозволяє досягти найкращих результатів у плані продуктивності. Тривимірні векторні поля використовуються для наукової візуалізації, обробки зображень та для спеціальних ефектів.