[发明专利]海量数据多视口可视化交互方法、系统、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种海量数据多视口可视化交互方法、系统、设备及存储介质，该方法包括：S1：根据鼠标的操作对渲染器进行同步；S2：根据可视分析需求创建并显示视口；S3：对视口进行布局；S4：根据视口活跃状态切换视口。本发明能够充分利用当前超级计算机体系结构，实现多视口图像服务器端并行绘制和客户端与服务器端同步绘制，使得海量数据可视化在多视口情况下能够保持实时交互效率。

技术领域

本发明属于科学可视化技术领域，尤其涉及海量数据多视口可视化交互方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

随着巨型计算机技术的不断发展，科学数值模拟的计算精度不断提高、网格规模不断增大，所产生的科学数据量已经达到了PB甚至EB量级，如何能够有效的分析与理解这些大规模科学数据已经成为目前科学家们所面临的一个重要难题。科学计算可视化是帮助科学家们分析与理解大规模科学数据的有效方法之一，它是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算的输出数据和一些其它领域通过观察测试生成的数据转换为图形和图像，最终在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。而对于这些大规模科学计算数据的可视化处理，仅仅依赖单台计算机本身存储空间的扩大、计算速度的提升，不能够满足大规模数科学数据可视化的应用需求。因此，利用高性能并行计算机系统进行并行可视化处理已成为目前大规模科学数据分析的有效手段。

“视口”是指以不同形式显示视图的区域。对一些场景比较宏大、目标模型繁多、关注对象多变的系统进行显示时，用单视口方式对全景及单个目标模型进行漫游式观察已远远不能满足用户的需求。多个视口可显示图形的不同部分，也可在一个视口中显示完整图形。多视口功能是在显示程序框架中构建多个视图区域，从而可以将不同模型或是模型的不同部分同时在不同的视图区域中进行显示，实现多个模型同时观察的目的。在大型或复杂图形中，用多视口显示不同的视图，可随时缩放进行绘制、编辑图形，可以缩短在单一视口中存在的缩放或平移图形的时长。

人和显示设备的局限性导致无法一次性显示所有数据信息。一副静态的图像只能显示数据一部分特征，这就需要一定的交互手段支持选择不同的区域、显示的信息以及显示的方式等。而且一般可视化的结果是通过屏幕显示的二维图片，丢失了重要的深度信息，这使得用户观察三维数据结构变得不直观，且容易导致认知错误。这就需要交互手段支持用户从任意角度观察数据，形成准确的认识，从而进一步分析数据。因此，交互也被普遍认为是科学可视化过程中必不可少的组成部分。在海量数据探索式交互过程中，需要大量人的参与。如何通过一定的优化技术为用户提供流畅的交互反馈，是海量数据高效可视化的关键问题之一。

现有方案中，针对大规模复杂场景绘制的应用需求，专利CN 101986710 A中提出一种基于sort-last体系结构的并行绘制系统，该系统由PC集群系统构成，包括一个融合节点和若干绘制节点，节点间通过局域网相连，绘制节点负责各自场景的绘制，融合节点负责汇总各绘制节点形成的场景和相应的像素深度图像，并依据图像深度信息最终融合形成最终图像输出。专利CN 101789132 A提供了一种单视图多OpenGL视口显示的方法，包括设置多个OpenGL视口，确定各自在视图中所处的位置及大小，并对每个OpenGL视口使用独立的正投影矩阵，将模型坐标经过变换后分别显示在对应的视口中，最后，当鼠标操作时，检测鼠标当前位置，判断发生操作响应的视口和操作类型，并作出响应。

上述方案与本发明的技术较为接近，专利CN 101986710 A解决了海量数据可视化的绘制问题，然而并没有解决海量流场可视化的交互问题。专利CN 101789132 A解决了多视口显示问题，能有效解决同一时间内只能查看一个视口细节的问题，然而并没有解决因视口太多造成的绘制开销大造成交互响应延迟等问题，而且该方法不能适用于在高性能计算机体系架构。

综上，现有技术的显示方法都不能完成在高性能计算机系统上显示多个部件、进行流畅交互功能。

发明内容