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面向網(wǎng)格的可視化研究及應用探究
科學計算可視化作為一種計算和數(shù)據(jù)密集型應用，需要較高的硬件配置，并常常利用并行技術進行加速[1]。隨著計算機硬件和網(wǎng)絡技術獲得長足發(fā)展，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。目前面向網(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。
1、面向網(wǎng)格的可視化主要研究內(nèi)容
第一，隨著可視化數(shù)據(jù)集的存儲量和計算量不斷增大，需要網(wǎng)格技術提供自治和動態(tài)的資源管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲和計算的分布，從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[2]。
第二，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，這就需要遠程使用這些資源，而網(wǎng)格恰恰提供了一個更為統(tǒng)一的資源共享和使用平臺，在這個平臺上協(xié)調(diào)各種資源并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。
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)同提供支持和虛擬組織支持。
第四，科學計算和可視化都是網(wǎng)格的主要應用對象�？梢暬ǔＪ强茖W計算的后續(xù)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(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)境的構建。
2、面向網(wǎng)格的可視化的探索及應用
(1)基于網(wǎng)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Knops等人提出了一個基于網(wǎng)格的體繪制框架，他們使用Globus的資源管理、信息服務和數(shù)據(jù)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在已有的遠程并行繪制系統(tǒng)的基礎上使用Globus添加網(wǎng)格支持，在他們的設計中，可視化服務的實現(xiàn)由各個可視化服務器完成，并通過Globus的網(wǎng)格服務向用戶提供可視化服務。
(2)基于網(wǎng)格技術支持的可視化軟件的應用。英國利茲大學和英國NAG公司等共同進行了Gris項目，其主要目標是為NAG公司的可視化軟件IRIS Explorer增加網(wǎng)格支持，實現(xiàn)可視化與仿真的聯(lián)合、計算駕馭、多用戶協(xié)同等功能。 (3)側(cè)重于大規(guī)模數(shù)據(jù)集傳輸?shù)木W(wǎng)格可視化研究及應用。如美國Lawrence Berkeley國家實驗室(LBNL)的Bethel等人使用UDP協(xié)議為Cactus設計了一個處理太(T)字節(jié)數(shù)據(jù)的并行可視化后端程序Visa Pult。
(4)面向網(wǎng)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在Globus上建立了虛擬實驗室網(wǎng)格中間件VLAM-G，它是一個完整的面向網(wǎng)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和柏林Zuse研究所等聯(lián)合進行了Grid KSL項目，其目的是將使用Cactus的科學計算與可視化應用聯(lián)合起來，為大規(guī)模數(shù)據(jù)的科學計算提供遠程可視化和駕馭服務等等。
在面向網(wǎng)格的可視化領域內(nèi)，國內(nèi)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(tǒng)，并對面向網(wǎng)格可視化領域的研究作了初步總結。基于此通過分析比較國內(nèi)外研究工作，后來提出并實現(xiàn)了一個面向網(wǎng)格基于Java的交互式遠程并行可視化體系結構和系統(tǒng)Gvis。面向網(wǎng)格的可視化研究及應用是一個較為全面的面向網(wǎng)格的可視化系統(tǒng)。
3、面向網(wǎng)格的可視化的發(fā)展方向
面向網(wǎng)格的可視化需要充分利用已有的研究成果，并在廣度、深度、通用性、互操作性和標準化方面更進一步。網(wǎng)格對于可視化的推動作用，在現(xiàn)階段并不主要體現(xiàn)在可視化應用性能的提高，而在于可視化應用方式的改變。
4、總結
當今，面向網(wǎng)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(wǎng)格的可視化相比于傳統(tǒng)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(xù)研究和發(fā)展。
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