Создание масштабных трехмерных изображений - инструмент новых открытий [ Редагувати ]

Группа научных расчетов и визуализации университета открыла новый фронт технологической революции: создание масштабных и высокодетализированных трехмерных изображений по массивам данных и математическим моделям с целью лучшего изучения таких явлений, как солнечный ветер или взаимодействие частиц.

Исследователи создают увеличенные имитации цепей ДНК или химических реакций на экране размером 2,3 х 3 метра, называемом "дисплейной стеной углубленного видения". Процессом управляет суперкомпьютер IBM на 96 процессорах Power 4, способный выполнять 500 миллиардов операций в секунду. "Это инструмент новых открытий, - говорит адъюнкт-профессор и директор группы научных расчетов и визуализации Гленн Бреснаан. - Он позволяет углубляться в такие области, куда до сих пор пути не было, и получить визуальный опыт, не достижимый никакими другими средствами".

Не менее важно и то, что система стоит не более 3 миллионов долларов США: это делает ее относительно доступной для крупных компаний.

Ученые давно пользуются компьютерами для проведения виртуальных экспериментов и отображения результатов исследований в таких областях, как ДНК человека, однако до сих пор не было технически и финансово оправданной возможности выражать эти результаты в каком-то более наглядном виде, чем малоформатное 3D-изображение. Аппаратура, необходимая для создания гигантских трехмерных картин, все еще может заполнять целую комнату, но операционная система Linux и недорогие серверы делают ее гораздо дешевле.

Установка использует те же принципы, что и старое стереоскопическое кино, - изображение нужно рассматривать через красно-синие очки. Однако результат получается совершенно фантастическим. При демонстрации того, как электрокардиостимулятор взаимодействует с тканями пациента, на экране появляется гигантская грудная клетка, в которой видно сердце и прямоугольник кардиостимулятора. От прибора расходится паутина красных, желтых и синих линий, демонстрирующих распространение по тканям электрических токов. По этим линиям можно легко определить наилучшее положение для устройства. В ходе другой демонстрации наблюдатель внезапно оказывается в центре стаи акул. Через минуту-другую одна из акул бросается на него, отворачивая в самый последний момент.

IBM, поставившая большую часть оборудования для дисплея, считает, что Бостонский университет доказал: эти гигантские, завораживающие 3D-дисплеи имеют ценность не только как научный инструмент, но и как средство разработки новых продуктов. Компания надеется, что со временем визуализация экспериментальных данных будет применяться такими компаниями, как автопроизводители. Пока же дисплеем углубленного видения смогут пользоваться около 700 научных сотрудников Бостонского университета, специализирующихся в разных областях, от сопротивления материалов до генетики, ядерной физики и медицины.

Конечно, технология, лежащая в основе дисплея, стоит недешево, но она значительно дешевле своих предшественниц. Для обработки данных, используемых для создания трехмерных изображений, применяется приобретенный недавно университетом суперкомпьютер p690 стоимостью 2,5 миллиона долларов, однако вспомогательные задачи решают более дешевые машины.

Изображение рисует кластер из 52 двухпроцессорных Linux-серверов IBM X330, а 24 рабочие станции управляют восемью ЖК-проекторами NEC, каждый из которых стоит по 4500 долларов. Все вспомогательное оборудование в целом обходится примерно в 300 тысяч долларов. Большую часть этой аппаратуры учебному заведению подарила IBM, однако любая крупная компания вполне может позволить себе аналогичную установку.

Хотя Бостонский университет доказал работоспособность дисплея глубокого видения - а многие не верили в эту систему, - впереди еще много работы по повышению ее оптического разрешения и расширению возможностей взаимодействия исследователей с изображением. В ближайшее время группа научных расчетов и визуализации университета намерена увеличить размер дисплея до 4,5 х 2,4 метра и довести число проекторов до 24. Это позволит повысить разрешение до 18 мегапикселов и получать еще более детальную картину.

Группа планирует также установить систему видеокамер, которая позволит манипулировать изображением при помощи таких устройств, как волшебная палочка. Сейчас дисплей управляется через ПК. Кроме того, лаборатория планирует перенести все программное обеспечение с Unix на Linux. Однако самая грандиозная задача заключается в том, чтобы добавить функции, позволяющие ученым непосредственно вмешиваться в эксперимент, меняя его условия "изнутри" в реальном времени.

Со временем данная технология непременно выйдет за пределы лаборатории, на коммерческий рынок. IBM уверена, что, если наблюдаемая сегодня тенденция продолжится, всего за пять лет технология 3D-визуализации распространится среди автопроизводителей и других компаний. А затем, в не столь отдаленном будущем, появятся и потребительские игровые 3D-видеосистемы.
Отдельным творческим личностям уже теперь по силам собрать такую систему - из пары проекторов и небольшого экрана. По словам Бреснаана, она обойдется примерно в 15 тысяч долларов.