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有關(guān)面向網(wǎng)格的可視化研究及應用
摘要：科學(xué)計算可視化是數據和計算密集型應用，隨著(zhù)計算機硬件和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)計算可視化逐步從并行計算過(guò)渡到面向網(wǎng)格的分布式計算方式，促生了可視化領(lǐng)域的一個(gè)新研究點(diǎn)：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?jì)热�、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(xué)計算可視化(Visualization in Scientific Computing，VISC)是20世紀80年代隨著(zhù)計算機技術(shù)的迅速發(fā)展而出現的新興技術(shù)，其基本思想是“用圖形和圖像來(lái)表征科學(xué)計算數據”,來(lái)發(fā)現和理解科學(xué)計算過(guò)程中各種現象�？茖W(xué)計算可視化作為一種計算和數據密集型應用，往往需要較高的硬件配置，并常常利用并行技術(shù)進(jìn)行加速。［1］隨著(zhù)計算機硬件和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)獲得長(cháng)足發(fā)展，圖形硬件性能急速提升，科學(xué)計算分布范圍不斷拓展，計算規模不斷擴大。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(luò )上的存儲和計算資源，通過(guò)對它們的動(dòng)態(tài)組合為解決超級計算問(wèn)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)調等功能將使得可視化應用在更廣的范圍內進(jìn)行數據存儲和計算，更好地與科學(xué)計算程序集成，并讓更廣范圍的用戶(hù)通過(guò)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(lǐng)域的一個(gè)新的研究方向。
2．面向網(wǎng)格的可視化主要研究?jì)热?
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)格驅動(dòng)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(shuō)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(gè)方面。［2］［3］
第一，隨著(zhù)科學(xué)計算應用的發(fā)展，可視化數據集的存儲量和計算量不斷增大，而網(wǎng)格技術(shù)能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)的資源組織滿(mǎn)足數據存儲和計算的要求，它能提供自治和動(dòng)態(tài)的資源管理，實(shí)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(xué)數據的認知能力，擴充海量數據處理的能力，延伸人類(lèi)科學(xué)活動(dòng)的范圍。
第二，可視化應用的高資源需求性必然限制其可訪(fǎng)問(wèn)性，近年來(lái)，雖然PC處理器和圖形硬件的性能在以驚人的速度成長(cháng)，但是仍然難以處理較大型數據的繪制，因此，長(cháng)期以來(lái)，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(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的普及，遠程可視化的空間進(jìn)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(gè)更為統一的資源共享和使用平臺，在這個(gè)平臺上協(xié)調各種資源提供遠程可視化服務(wù)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(lèi)型的分步。
圖1 面向網(wǎng)格的可視化說(shuō)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(hù)多任務(wù)，多個(gè)不同用戶(hù)應該可以同時(shí)使用系統而互不干擾，同時(shí)每個(gè)用戶(hù)又可以提交多個(gè)任務(wù)。另外，面向網(wǎng)格的可視化還應該為多用戶(hù)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為資源的虛擬化外，更突出表現為多個(gè)用戶(hù)之間的協(xié)作。
第四，科學(xué)計算和可視化都是網(wǎng)格的主要應用對象�？梢暬ǔＪ强茖W(xué)計算的后續處理步驟，為了更好地對科學(xué)計算結果進(jìn)行可視化和駕馭，需要在可視化流程和科學(xué)計算過(guò)程之間進(jìn)行協(xié)調和集成。通過(guò)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(wèn)題求解環(huán)境的構建。
３．面向網(wǎng)格的可視化的探索及應用
由于科學(xué)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(gè)新的研究方向，IEEE Copmuter Graphics
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