Εφαρμογές τηλεπισκόπισης και υπολογιστικά συστήματα υψηλών επιδόσεων
Από RemoteSensing Wiki
Πίνακας περιεχομένων |
Εισαγωγή
Για να είναι διαδραστική μια εφαρμογή που κάνει χρήση χαρτών πρέπει οι υπολογισμοί να γίνονται σε πραγματικό χρόνο. Αυτό δυστυχώς αποκλείει κάποιες εφαρμογές που χρειάζονται μεγάλο όγκο υπολογισμών για να δώσουν τα αποτελέσματά τους και οι εφαρμογές τηλεπισκόπισης ανήκουν σ αυτήν την κατηγορία. Με την συνεχώς αυξανόμενη δύναμη των επεξεργαστών γραφικών (GPU) και των μοντέλων παράλληλου προγραμματισμού εφαρμογές όπως μια εφαρμογή η οποία θα απεικόνιζε αποτελέσματα επεξεργασίας τηλεπισκόπισης σε μια εικονική υδρόγειο σφαίρα δεν θα ήταν εφικτές. Μέχρι στιγμής δεν έχει γίνει ευρεία χρήση επεξεργασίας δεδομένων τηλεπισκόπισης βασισμένη σε GPU και στόχος αυτού του κειμένου είναι να δείξει μερικές απ τις δυνατότητες που υπάρχουν.
Εξέλιξη μέχρι στιγμής
Σε κάθε σταθερό και φορητό υπολογιστή των τελευταίων ετών υπάρχει ένας παντοδύναμος αλλά όχι τόσο καλά αξιοποιούμενος επεξεργαστής. Πολλές προσπάθειες έχουν γίνει για να χρησιμοποιηθεί η ισχύς αυτού του επεξεργαστή είτε σε εφαρμογές γραφικών είτε σε απαιτητικές επεξεργαστικά εργασίες. Η GPU δεν είναι ακόμα μια μονάδα επεξεργασίας που απλά μπορεί να αντικαταστήσει τον κεντρικό επεξεργαστή (CPU). Έχει κάποιους περιορισμούς που δεν ισχύουν για τον κεντρικό επεξεργαστή και δυνατότητες παράλληλης εκτέλεσης που απαιτούν μεν διαφορετικούς αλγορίθμους αλλά μπορεί να δώσουν εκπληκτικά αποτελέσματα από θέματα ταχύτητας λόγο της παράλληλης επεξεργασίας. Έτσι εφαρμογές επεξεργασία εικόνας είναι απ τις πρώτες που υλοποιήθηκαν πάνω σε προγραμματιζόμενες GPU. O Rost (2006) έδειξε αρκετούς αλγορίθμους επεξεργασίας εικόνας βασισμένους σε μια βιβλιοθήκη προγραμματισμού που έκανε χρήση της GPU. Όσο αφορά την τηλεπισκόπιση οι Lambers et al. (2007) παρουσίασαν πρόταση για ένα πλαίσιο για διαδραστική οπτικοποίηση δεδομένων radar με έμφαση στη μείωση θορύβου της εικόνας με χρήση φίλτρου και τη μείωση του δυναμικού εύρους με χρήση tone mapping. Οι Fluck et al. (2006) και ο Scheuermann και Hensley (2007) διερεύνησαν μεθόδους για την παραγωγή ιστογραμμάτων με τη γρήση GPU. Οι μετασχηματισμοί Fourier μπορούν να γίνουν εξαιρετικά γρήγορα με τη χρήση GPU όπως έδειξαν ο Moreland και Angel (2003) πράγμα χρήσιμο για την μετατροπή των χωρικών δεδομένων σε δεδομένα συχνοτήτων, την επεξεργασία αυτών και την επαναφορά σε χωρικά δεδομένα. Η προβολή ψηφιακών μοντέλων εδάφους είναι μια διαδικασία που επίσης (προφανώς) μπορεί να γίνει από την GPU, αλλά μέθοδοι Ray Tracing μπορούν να προσθέσουν πολλές ακόμη δυνατότητες όπως διαφορετικές προβολές, μοντέλα κάμερας, μη φωτορεαλιστική απεικόνιση και άλλα εφφέ. Παρότι η GPU μπορεί να σχεδιάσει τεράστιες ποσότητες απλών τριγώνων, αντικείμενα όπως σφαίρες και κώνοι δεν μπορούν να σχεδιαστούν χωρίς πρώτα να χωριστούν σε μικρότερα τρίγωνα. Οι Randa et al. (2006) έδειξαν πως αυτό μπορεί να γίνει με παραμετρικά μοντέλα σε GPU και οι Loop και Blinn (2005) ανέπτυξαν μια μέθοδο για την απεικόνιση καμπυλών Bezier ανεξαρτήτως ανάλυσης. Οι μέθοδοι ανίχνευσης σύγκρουσης (collision detection) που έχουν αναπτυχθεί αρκετά (π.χ. Govindaraju et al. 2003) παρουσιάζουν ενδιαφέρον για χαρτογραφικές εφαρμογές καθώς σχετίζονται με τη σωστή τοποθέτηση ετικετών στους χάρτες. Ακόμα οι Bohm et al. (2009) ανέπτυξαν μεθόδους εξόρυξης δεδομένων χρήσιμες σε εφαρμογές GIS.
Παραδείγματα Εικόνων
Εικόνα 1: Προβολή διανυσματικών δεδομένων
Εικόνα 2: Προβολή δεδομένων Raster
Παράδειγμα εφαρμογής
Η προβολή χαρτών, με τη μετατροπή του γεωγραφικού ύψους και πλάτους σε επίπεδο καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων χρειάζεται σημαντική επεξεργαστική δύναμη και είναι μια δυνατότητα που τα πακέτα GIS συνήθως έχουν. Σε μια μοντέρνα τυπική GPU η απεικόνιση 3 εκατομμυρίων διανυσμάτων χρειάζεται περίπου 200ms, πράγμα που σημαίνει ότι ακόμα και για μεγάλα σετ διανυσματικών δεδομένων η προβολή μπορεί να γίνει διαδραστικά σε πραγματικό χρόνο. Γραφικά raster μπορούν να προβληθούν αλλά λόγο της στάνταρ ακρίβειας των 32bit υπολογισμών που υποστηρίζουν οι περισσότερες GPU δεν υπάρχει ικανοποιητική ακρίβεια για χάρτες μεσαίας και μεγάλης κλίμακας. GPU με επεξεργαστές διπλή ακρίβεια (double precision floatin point) έχουν ανακοινωθεί για τα επόμενα χρόνια.
