面向网格的可视化研究及应用探究

科学计算可视化作为一种计算和数据密集型应用，需要较高的硬件配置，并常常利用并行技术进行加速[1]。随着计算机硬件和网络技术获得长足发展，科学计算分布范围不断拓展，计算规模不断扩大。网格技术就是在这种条件下产生的一种面向互联网的分布式计算方式，它是传统的并行计算和分布式计算在深度和广度上的拓展。目前面向网格的可视化己经成为可视化领域的一个新的研究方向。

1、面向网格的可视化主要研究内容

第一，随着可视化数据集的存储量和计算量不断增大，需要网格技术提供自治和动态的资源管理，实现数据采集、存储和计算的分布，从而可以利用更广范围内的资源，增强人们理解和使用科学数据的认知能力，扩充海量数据处理的能力，延伸人类科学活动的范围[2]。

第二，近年来，虽然PC处理器和图形硬件的性能在以惊人的速度成长，但是仍然难以处理较大型数据的绘制，因此，长期以来，大数据量的可视化应用只能运行在高端并行计算机和PC集群上，这就需要远程使用这些资源，而网格恰恰提供了一个更为统一的资源共享和使用平台，在这个平台上协调各种资源并提供远程可视化服务存在很多新的挑战，因为需要处理数据、计算和显示等多种类型的分步。

第三，作为一种分布式可视化应用，面向网格的可视化应当支持多用户多任务，多个不同用户应该可以同时使用系统而互不干扰，同时每个用户又可以提交多个任务。另外，面向网格的可视化还应该为多用户间的协同提供支持和虚拟组织支持。

第四，科学计算和可视化都是网格的主要应用对象。可视化通常是科学计算的后续处理步骤，为了更好地对科学计算结果进行可视化和驾驭，需要在可视化流程和科学计算过程之间进行协调和集成。通过这种集成可以更好地获得反馈并进行控制，提高资源的利用效率，方便问题求解环境的构建。

2、面向网格的可视化的探索及应用

(1)基于网格技术支持的并行体绘制的研究应用。

如美国爱荷华大学的Knops等人提出了一个基于网格的体绘制框架，他们使用Globus的资源管理、信息服务和数据传输工具支持并行体绘制框架;另外美国德克萨斯大学奥斯汀分校的计算可视化中心在已有的远程并行绘制系统的基础上使用Globus添加网格支持，在他们的设计中，可视化服务的实现由各个可视化服务器完成，并通过Globus的网格服务向用户提供可视化服务。

(2)基于网格技术支持的可视化软件的应用。英国利兹大学和英国NAG公司等共同进行了Gris项目，其主要目标是为NAG公司的'可视化软件IRIS Explorer增加网格支持，实现可视化与仿真的联合、计算驾驭、多用户协同等功能。 (3)侧重于大规模数据集传输的网格可视化研究及应用。如美国Lawrence Berkeley国家实验室(LBNL)的Bethel等人使用UDP协议为Cactus设计了一个处理太(T)字节数据的并行可视化后端程序Visa Pult。

(4)面向网格的可视化中间件和体系结构的研究及应用。如荷兰阿姆斯特丹大学在Globus上建立了虚拟实验室网格中间件VLAM-G，它是一个完整的面向网格的科学计算及可视化中间件和工具包。德国的爱因斯坦研究所和柏林Zuse研究所等联合进行了Grid KSL项目，其目的是将使用Cactus的科学计算与可视化应用联合起来，为大规模数据的科学计算提供远程可视化和驾驭服务等等。

在面向网格的可视化领域内，国内也正在进行着相关的探索，如浙江大学CAD&CG国家重点实验室在2004年完成了Gvis的初级原型系统，并对面向网格可视化领域的研究作了初步总结。基于此通过分析比较国内外研究工作，后来提出并实现了一个面向网格基于Java的交互式远程并行可视化体系结构和系统Gvis。面向网格的可视化研究及应用是一个较为全面的面向网格的可视化系统。

3、面向网格的可视化的发展方向

面向网格的可视化需要充分利用已有的研究成果，并在广度、深度、通用性、互操作性和标准化方面更进一步。网格对于可视化的推动作用，在现阶段并不主要体现在可视化应用性能的提高，而在于可视化应用方式的改变。

4、总结

当今，面向网格的可视化的研究具有一定的前瞻性，并取得了一定的成果，但在当前的硬件条件下，基于网格的可视化相比于传统的可视化还有欠缺之处。有待于我们在更深、更广的层次上基于应用背景更好继续研究和发展。