海洋标量场要素并行可视化研究

论文摘要

随着海洋科学技术的发展,研究海洋信息可视化理论、技术与方法就成了一个急需面对的问题。数据场可视化技术为洞察大规模的海洋信息提供了直观有效的手段。但是由于海洋数据具有信息量大的特点,如何快速、准确的表现出来是现在大家努力的目标。随着科学技术的发展,人们越来越认识到单机性能不可能满足大规模科学与工程计算问题的计算要求,并行计算机是实现高性能计算解决挑战性（Great Challenge）计算问题的唯一途径。高性能并行计算机的研制和应用水平的提高,一直是各个国家共同追逐的目标,已经成为衡量一个国家科技、经济和国防综合势力的重要标志。美国从1991年开始执行"高性能计算与通信（HPCC）"项目,日本提出"巨型计算--日本的生存之路"的高技术发展策略,欧洲提出了万亿次机计划,我国863高科技计划也将并行计算列为关键技术。本文首先介绍了可视化技术和并行图形生成的基本概念与方法,综述了并行体绘制技术的当前最新研究进展,针对三维数据场的并行体绘制技术及可视化系统进行了研究,介绍算法运行的环境,实现了以下算法,并完成了部分可视化的实际应用工作。1、使用shear-warp实现黄海、东海比邻海区于1998年5、6月期间获取的3维规整网格数据,选定的地理区域为（120°E～130°E,29°N～35°N）,深度为0～400m。2、使用基于动态数据分布的并行体绘制算法,使数据重分布与绘制并行执行,在保持原算法效率的基础上,降低了存储空间。改进的任务分配方法避免了结点机之间的负载不平衡和流水线作业的积压。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 一 课题的意义
• 二 研究内容及创新点
• 三 论文结构
• 1 并行可视化概述
• 1.1 科学计算可视化
• 1.1.1 科学计算可视化研究的意义
• 1.1.2 可视化的过程与分类
• 1.1.3 可视化技术的应用
• 1.2 体绘制技术原理
• 1.2.1 数据场的表示及采样
• 1.2.2 体绘制光照模型与合成公式
• 1.2.3 体绘制算法分类
• 1.2.4 体绘制加速方法
• 1.3 生成并行图形方法分类
• 1.3.1 图形生成中的并行性
• 1.3.2 并行处理模型
• 1.3.3 并行图形算法的性能评价与分析
• 1.4 小结
• 2 并行可视化运行环境
• 2.1 计算机集群的建立
• 2.2.1 MPI 介绍
• 2.2.2 基于MPI 的Linux 计算机机群
• 2.2 VTK 介绍
• 3 并行体绘制算法概述
• 3.1 并行体绘制算法分类
• 3.2 影响算法的性能的几个重要因素
• 3.2.1 数据的相关性
• 3.2.2 任务和数据划分
• 3.2.3 负载平衡
• 3.2.4 图像合成
• 3.3 并行体绘制技术的主要发展
• 3.3.1 专用体绘制硬件
• 3.3.2 并行 Splatting 方法
• 3.3.3 基于 SIMD 的并行光线投射
• 3.3.4 基于 MIMD 的并行光线投射
• 3.3.5 基于k-d 树的图像合成并行体绘制
• 3.3.6 非规则数据场的并行体绘制
• 3.4 小结
• 4 海洋标量场并行可视化
• 4.1 体绘制分类介绍
• 4.1.1 光线投射算法
• 4.1.2 足迹算法
• 4.1.3 错切-变换算法
• 4.2 shear-warp 错切-变换算法实现
• 4.2.1 数据建模
• 4.2.2 绘制
• 4.2.3 实验结果
• 4.3 并行错切-变换体绘制
• 4.3.1 基于流水线的并行算法
• 4.3.2 实验采用动态数据分布的并行算法
• 4.4 并行算法实现
• 4.5 两种绘制方法比较
• 4.6 小结
• 5 总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 个人论文发表情况