클러스터 기반 과학적 가시화 도구를 위한 가시화 파이프라인 설계 및 구현

이중연,김덕수 한국정보과학회 2019 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.25 No.6

We propose a visualization pipeline design for cluster-based scientific visualization tools and share an implementation example. Our visualization pipeline is composed of visualization pipes that represent each visualization method. Visualization pipes follow a unified structure, and this structure guarantees flexible connectivity among pipes. By using dedicated pipes (i.e., interface pipes) for communication between our pipeline and visualization tools using that, we can implement visualization pipes independently with the tools. The proposed visualization pipeline is simply extended to a cluster-based visualization pipeline, by building a sub-pipeline consisting of only visualization pipes on each slave node and connecting with interface pipes in the master node. A visualization pipeline is built on the fly according to the visualization request from users. We applied our visualization pipeline design to an existing cluster-based visualization framework (GLOVE) and implemented it in a cluster with 32 computing nodes (i.e., slave nodes). Then we applied it to four different large scientific datasets, and found that our cluster-based visualization pipeline successfully handles various combinations of visualization queries. Also, it remained stable, as the number of slave nodes increased. For a given combination of visualization queries, GLOVE with our pipeline shows up to 7.72 times higher performance, compared with the original GLOVE. These results demonstrate the usefulness and scalability of our visualization pipeline design. 본 논문은 클러스터 기반 과학적 가시화 도구를 위한 가시화 파이프라인의 설계를 제안하고 그 구현 사례를 공유한다. 본 연구의 파이프라인은 각각의 가시화 기법을 표현하는 가시화 파이프들로 구성되며, 가시화 파이프들은 정형화된 파이프 구조를 사용함으로서 상호 유연한 연결을 보장한다. 또한 파이프라인을 사용하는 가시화 도구와 통신을 전담하는 특수 파이프(인터페이스 파이프)를 사용함으로서, 가시화 도구에 독립적인 구현 및 관리가 가능하다. 제안된 가시화 파이프라인은 인터페이스 파이프들을 제외한 하위 파이프라인을 각 연산 노드에 배치하고, 이들을 마스터 노드에 있는 인터페이스 파이프에 연결함으로서 클러스터 기반 가시화 파이프라인으로 간단히 확장된다. 파이프라인은 사용자의 가시화 요청을 처리할 수 있는 파이프의 조합으로 실시간으로 생성된다. 본 연구는 제안하는 가시화 파이프라인을 클러스터 기반 가시화 프레임워크 중 하나인 GLOVE를 기반으로 32개의 연산노드로 구성된 클러스터에 구현하였으며, 네 종류의 대용량 과학데이터의 가시화에 적용하였다. 그 결과 다양한 조합의 가시화 요청을 성공적으로 처리하였으며, 연산 노드 수 증가에도 안정적으로 동작하는 모습을 확인 할 수 있었다. 또한 동일한 조합의 가시화 요청에 대해, 파이프라인을 적용하기 전 GLOVE 대비 최대 7.72배 높은 가시화 성능을 보여주었다. 이는 제안한 가시화 파이프라인의 효용성 및 확장성을 보여주는 결과다.

GLOVE: 대용량 과학 데이터를 위한 분산공유메모리 기반 병렬 가시화 도구

이중연 ( Joong Youn Lee ),김민아 ( Min Ah Kim ),이세훈 ( Sehoon Lee ),허영주 ( Young Ju Hur ) 한국정보처리학회 2016 정보처리학회논문지. 소프트웨어 및 데이터 공학 Vol.5 No.6

가시화 도구는 데이터 입출력, 시각적 변환, 상호작용적인 렌더링의 세 구성요소로 구분할 수 있다. 본 논문에서는 거대용량의 과학 데이터를 실시간으로 가시화하기 위해 가시화 도구의 세 구성요소에 대한 요구사항을 분석, 정의하고 이를 만족시키기 위한 방안을 제시하고자 한다. 특히, 효율적인 가시화 도구의 개발을 위해 공개 소프트웨어 도구를 최대한 활용하고자 하였으며, 서로 다른 용도로 개발된 각 공개 소프트웨어 도구를 통합하여 하나의 가시화 도구로 개발하는 방안과 시공간적인 과학 데이터의 실시간 가시화를 위한 최적화 방법에 대해 논한다. 이를통해 분산공유메모리 기반의 과학 데이터 병렬 가시화 도구인 GLOVE를 제안하였으며, 유동해석 분야 과학 데이터를 이용한 실험을 통해 GLOVE와 다른 데이터 가시화 소프트웨어와의 성능을 비교 분석했다 Visualization tool can be divided by three components - data I/O, visual transformation and interactive rendering. In this paper, we present requirements of three major components on visualization tools for massive scientific dataset and propose strategies to develop the tool which satisfies those requirements. In particular, we present how to utilize open source softwares to efficiently realize our goal. Furthermore, we also study the way to combine several open source softwares which are separately made to produce a single visualization software and optimize it for realtime visualization of massiv espatio-temporal scientific dataset. Finally, we propose a distributed shared memory based scientific visualization tool which is called “GLOVE”. We present a performance comparison among GLOVE and well known open source visualization tools such as ParaView and VisIt.

단백질 가시화 형태에 따른 정보표현적합도 평가

변재희 ( Jaehee Byeon ),최유주 ( Yoo-joo Choi ),서정근 ( Jung-keun Suh ) 한국인터넷정보학회 2015 인터넷정보학회논문지 Vol.16 No.2

단백질 기능을 규명하는 단백질 구조 정보는 단백질 의약품의 약효를 증진시키고, 개발을 단축시키는데 큰 영향을 미친다. 따라서 단백질의 구조를 효과적으로 분석하기 위한 단백질 가시화에 대한 연구가 증가하고 있다. 하지만 단백질 가시화에 대한 연구가 단백질의 구조를 예측하거나 렌더링의 속도를 향상시키는 것을 중심으로 이뤄지고 있으며, 단백질 가시화 형태에 따른 정보 전달 효용성에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구는 단백질 의약품에 대한 효율적인 정보 서비스의 사전 연구로써 단백질 1, 2차구조 혼합가시화 형태별 정보표현적합도를 분석하였다. 단백질 1, 2차구조 혼합가시화 형태는 대표적 가시화 서비스인 Chimera, PDB, Cn3D와 기존 가시화 서비스의 문제점을 개선한 단백질 1, 2차구조 혼합가시화 형태를 대상으로 하였다. 정보표현적합도를 구하기 위한 정보 요인은 피험자 분석 결과를 바탕으로 단백질 1차구조, 아미노산 위치, 단백질 2차구조, 단백질 2차구조 비율정보로 구분하였으며, 피험자는 단백질 의약품 업계종사기간이 5년 이상인 전문가 집단을 대상으로 하였다. 그 결과 단백질 1, 2차구조 혼합가시화형태별 정보표현적합도에는 유의미한 차이가 있었으며, 가시화 형태별 정보 전달 효용성에 차이가 있음을 입증할 수 있었다. The information about protein structure gives the clues for the function of protein. It is needed for the improvement for the efficacy and fast development of protein drugs. So, the studies visualizing the structure of protein effectively increase. Most studies of visualization focus on the structural prediction for protein or the improvement on the rendering speed. However, studies of information delivery depending on the form of protein visualization are very limited. The major objective of this study is to analyze the information representation goodness-of-fit for the patterns of the hybrid visualization with primary and secondary structures of protein. Those hybrid visualizations included the patterns which updated current representative visualization services, Chimera, PDB and Cn3D. Information factor to analyze information representation goodness-of-fit is assorted by protein primary structure, secondary protein structure, the location of amino acid and ratio information about protein secondary structure, based on the result of subject-analysis. Subject is the group of experts who are involved in protein drug development over 5 years. The result of this study shows the meaningful difference in the information representation goodness-of-fit by the patterns of hybrid visualization and proves the difference in the information by the pattern of visualization.

공간 빅데이터의 가시화를 위한 샘플링 방안 연구

조정희(Jo, Jung Hee) 대한공간정보학회 2020 대한공간정보학회지 Vol.28 No.4

공간 빅데이터는 빅데이터의 일반적인 특징인 양이 많고, 생성속도가 빠르고, 형태가 다양할 뿐만 아니라 공간 데이터가 가지는 복잡성도 가지고 있으므로 기존의 가시화 시스템을 그대로 적용할 수 없다. 가시화 시스템에 적재할 데이터의 양이 많아서 가시화 성능이 급격히 저하되거나, 대규모 데이터로 인하여 가시화 과정에서 오랜 시간이 소요되므로 공간분석을 제대로 수행할 수 없고, 메모리의 부족으로 인해 시스템이 비정상 종료되기도 한다. 본 논문에서는 대용량의 공간 빅데이터를 가시화하는 경우 발생 되는 이러한 문제점을 해결하기 위해 ‘샘플링(sampling)’을 활용한 공간 빅데이터의 가시화 방법을 제안한다. 기존의 샘플링 기반의 가시화 방법은 서버로부터 가시화 시스템에 전송될 데이터의 양을 줄일 수는 있어도 샘플링 과정에서 가시화 영역에 포함된 모든 공간 데이터에 접근함으로써 발생 되는 성능 저하의 문제는 해결하지 못한다. 본 논문은 공간 빅데이터 가시화의 성능 향상을 위해 사용자의 질의 영역에 속하는 모든 데이터에 접근 없이도 원래의 데이터가 갖는 의미를 변화시키지 않는 범위에서 가시화의 대상이 되는 샘플을 선정하는 알고리즘을 제안한다. Spatial big data has the general characteristics of big data as well as the complexity of spatial data and so it cannot be applied to the conventional visualization system. Due to huge volumes of data to be loaded into the visualization systems the performance is rapidly degraded, resulting in difficulties to be used in spatial analysis. Even, the visualization system can be abnormally terminated due to insufficient memory. To address this issue, we have proposed a high performance sampling approach for visualizing spatial big data. Although existing sampling-based solutions can reduce the amount of data transmitted from the server to the visualization system, it cannot solve the problem of performance limitation due to the high number of input/output operations while reading disks during accessing all spatial data included in the visualization area. To improve the performance in spatial big data visualization, we propose an algorithm that selects samples without accessing all spatial data to be visualized, but still preserving the characteristics of the original data.

InVis : 다중 사용자를 위한 대용량 데이터 실시간 가시화 프레임 워크

김민아(Min Ah Kim),허영주(Young Ju Hur),이중연(Joong-Youn Lee) 한국정보과학회 2012 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.18 No.1

본 논문에서는 대용량 데이터를 실시간 가시화하기 위한 새로운 가시화 프레임워크를 제안한다. 제안하는 다중 사용자를 위한 대용량 실시간 가시화 프레임워크 InVis는 네 가지 관점에서 기존 가시화 도구의 단점을 개선하였다. 첫째, 병렬처리의 효율화에만 집중하여 비 숙련자가 적응하기 어려운 인터페이스를 제공하였던 가존 도구를 개선하여 XML로 재구성할 수 있는 사용자 맞춤형 인터페이스를 제공한다. 둘째, 분산 공유 메모리 툴킷인 Global Array기반 데이터 관리를 통해 데이터 기반 병렬화와 제어기반 병렬화를 제공하여 가시화 알고리즘에 적합한 동적 데이터 분산을 수행함으로써 실시간 가시화를 위한 최적의 부하 분산 및 부하 균형을 제공한다. 셋째, 데이터에 따라 가변적인 컴퓨팅 자원 할당을 제공함으로써 가시화 알고리즘 병렬화의 유연한 확장성을 제공하며, 넷째 동시 접속 다중 사용자를 지원함으로써 가시화 서버의 기능을 제공한다. 이러한 기능의 검증을 위해 로터 시뮬레이션 데이터의 가시화를 통해 병렬 효율과 다중 접속자 동시 접속 시 실행효율을 보여 준다. In this paper, we present a new framework for interactively visualizing massive data. Our interactive visualization framework, InVis, has four improvements comparing with previous visualization tools. First, InVis provides customized user interfaces using XML. Existing visualization tools tends to only focus on the functionality such as parallel processing, resulting in inconveniences of users. InVis resolved this problem by providing customized user interfaces for different user groups. Second, InVis provides load distribution and load balancing which apt to visualization algorithms by managing data on the distributed shared memory toolkit "Global Array" for data and control based parallelization. Third, InVis offers the flexible computing resource assignment depending on the characteristics of data, providing the flexible scalability on parallelized visualization algorithms. Fourth, InVis can support multiple users at the same time, so that it can be utilized as a visualization server. In this paper, we'll show you the visualization results of rotor simulation data. The results will prove the effectiveness of the prarallelized algorithms. Also, it shows the efficiency of the system in the case of multi-user access.

모바일 컨텍스트 획득, 처리, 가시화를 위한 프레임웍 설계

김문권(Moon Kwon Kim),천두완(Du Wan Cheun),배현주(Hyun Joo Bae),금창섭(Chang Sup Keum),김수동(Soo Dong Kim) 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.39 No.2

현재 모바일 디바이스를 활용하여 위치, 움직임 등과 같은 주위 환경 정보인 사용자의 컨텍스트를 인지하고, 이를 기반으로 지능화된 기능을 제공하는 애플리케이션을 개발하기 위한 연구가 활발하다. 컨텍스트 인지를 위하여서는 먼저 컨텍스트 정보를 수집하는 것이 이루어져야 한다. 그런 다음, 수집한 컨텍스트를 처리하고 가시화하여 인지된 정보에 대해 어떤 작업을 수행하여야 할지를 결정하여야 한다. 즉, 지능화된 컨텍스트 인지 애플리케이션을 개발하기 위하여서는 컨텍스트의 수집, 처리, 및 가시화가 이루어져야 한다. 그러나 현재 컨텍스트 인지 모바일 어플케이션에서의 컨텍스트는 단일 사용자의 실시간 상황인지와 관련된 컨텍스트에 제한되어 있어서 인지할 수 있는 컨텍스트의 범위가 한정적이다. 본 논문은 모바일 디바이스를 통해 가져올 수 있는 다양한 컨텍스트 정보를 활용하고 시각화하기 위한 모바일 컨텍스트 가시화 프레임웍의 설계를 제안한다. 우선 대표적인 모바일 플랫폼을 이용하여 획득할 수 있는 컨텍스트 정보를 정리한다. 그리고 이런 컨텍스트 정보를 수집하고, 시각화하기 위한 컨텍스트 가시화 프레임웍의 설계를 제안한다. 이 설계에는 컨텍스트 정보를 수집하는 모바일 디바이스와 수집된 정보를 처리 및 시각화 하기 위한 서버 간의 통신을 보여주는 아키텍처와 각 컨텍스트에 적합한 사용자 인터페이스 형식을 포함한다. 또한, 설계 모델을 기반으로 구현한 프로토타입을 보여주고 모바일 컨텍스트 가시화 프레임웍의 적용 및 활용 사례를 보여줌으로써, 연구의 실효성을 보여준다. Currently, the research about developing intelligent applications, which aware a user's context such as surrounding information including location and movement with mobile dervices, is active. To aware the context, the first step is to acquire contextual information. And then, what reactions are taken is determined by processing and visualizing the collected context. To do this, it is a prerequisite to aquire, process, and visualize comprehensive contextual information for developing intelligent context-aware application. However, current context-aware applications only utilize the context which is related to aware realtime situations on a single user. That is, the context-aware capability of them is limited. Therefore, this paper proposes design of mobile context visualization framework which 1) collects comprehensive context information and 2) visualizes the information with the appropriate disaply format. First, we summarize acquirable context from representative mobile platforms. And then, we design the context visualization framework to collect and visualize the context. This design includes architecture showing communication between the client to collect raw data and the server to process the data and display formats for each context. Finally, to show practicability and applicability of the design, we show a prototype of mobile context visualization framework, application and utilization case of the visualization framework.

대용량 유동 데이터를 위한 분산 가시화 시스템의 설계 및 구현

이중연,김민아,이세훈,허영주,구기범 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

본 논문에서는 대용량 유동 데이터를 실시간으로 해석하기 위한 새로운 분산 가시화 시스템을 제안한다. 제안하는 분산 가시화 시스템은 유동 가시화의 특성에 맞춘 동적 데이터 할당 기술을 이용해서 기존의 방법에 비해 빠른 유동 가시화를 가능하게 한다. 이러한 동적 데이터 할당 기술은 분산 공유 메모리 기법을 이용해서 구현되었으며 실시간 가시화를 위한 분산 가시화 시스템에 적용되었다. 또한, 실제 테라 스케일 유동 데이터에 적용, 등치면과 스트림라인 생성 실험을 통해 기존 가시화 기술과 비교하였고, 우월한 성능을 보임을 입증했다. In this paper, we represent a new distributed visualization system to interactively analyze massive flow data. This distributed visualization system enables faster visualization using dynamic data allocation which is optimized on characteristics of flow visualization method. The dynamic data allocation technique is implemented based on distributed shared memory technology and applied into the distributed visualization system. Proposed system is applied into the tera scale flow dataset. We did experiments of iso-surface and streamline generation to compare with ParaView and showed superior performance.

3차원 렌더링 기술을 이용한 청동거울의 표면형상 가시화 및 분석

권다경 ( Da Kyung Kwon ),조영훈 ( Young Hoon Jo ) 공주대학교 문화재보존과학연구소 2019 문화재과학기술 Vol.14 No.1

이 연구에서는 문화유산의 문양, 명문, 제작흔, 보존상태 등에 대한 선행 가시화 방법의 한계를 보완하기 위해 청동거울 황비창천명경을 대상으로 3차원 스캐닝과 컴퓨터 그래픽 기반의 렌더링 기술을 적용하였다. 전체적인 연구는 3차원 고정밀 스캐닝 및 모델링, 가시화 렌더링 기술 적용, 형상분석 순으로 진행하였다. 가시화 렌더링 결과, 노말맵은 표면 요철과 문양 윤곽을 명확하게 나타냈고, 곡률맵은 유물 표면에 고착된 부식물을 가시화하였다. 앰비언트 오클루 전맵은 수중짐승과 사람형상 등의 미세 문양을 매우 잘 드러냈으며, 래디언스 스케일링맵은 청동거울 표면형상의 질감과 재질을 가시화하는 데 효과적이었다. 이처럼 3차원 스캐닝 기반의 렌더링 기술은 문화유산의 제작기법과 보존현황을 파악하고 해석하는데 최적의 디지털기술이다. 현재도 다양한 영상기술이 개발되는 만큼 문화유산에 지속적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. In this study, three-dimensional scanning and computer graphic-based rendering technologies were applied on a bronze mirror inscribed with Hwangbichangcheon in order to supplement the limitation of preceding visualization methods regarding patterns, inscription, making traces, and conservation conditions of cultural heritages. The overall study was carried out in a sequence of three-dimensional high-precision scanning and modeling, visualization rendering technology application, and shape analysis. As a result of the visualization rendering, the normal map had clearly indicated its surface roughness as well as the pattern outline, and the curvature map had visualized the corrosion attached on the surface of the artifact. The ambient occlusion map had well revealed the fine patterns such as underwater beasts and human figures, and the radiance scaling map was effective in visualizing the surface form texture and materials of the bronze mirror. As such, 3D scanning-based rendering technology is a digital technology optimized to identify and interpret the patterns, making traces, inscriptions, and conservation conditions. With various imaging technologies being developed currently as well, it is expected to have a continuous utilization in cultural heritages.

수치적 방법을 통한 교반기 유동 가시화

문준호(Jun Ho Mun),김시조(See Jo Kim),문상호(Sang Ho Mun) 한국가시화정보학회 2010 한국가시화정보학회 학술발표대회 논문집 Vol.2010 No.11

산업 현장이나 학교 기간에서 실험을 하면 비용과 시간이 많이 들기 때문에 CFD를 통해서 교반기의 성능을 분석한다. 성능 분석하기 위해서 가장 중요하는 것 중 하나가 가시화라고 할 수 있다. 교반기의 가시화를 보기 위해서 사용 Software인 Gambit과 Fluent를 이용하였다. 본 논문에서는 유동을 가시화하기 위해 필요한 GUI창에 대한 설명과 lmpeller 회전에 의한 Path line과 단면에 대한 압력분포와 속도분포 그리고 특정 Surface의 유동 분포를 상용 Surface의 유동 분포를 상용 Software Fluent의 Postprocess를 통해 가시화 하는 방법을 설명하였다.

연기선과 미세 수적을 이용한 두 가지 가시화 기법과 와류에의 적용

손명환(Myong Hwan Sohn) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.12

두 가지의 비표면 가시화 기법과 이들 기법의 와류 적용 예를 기술한다. 두 가지 가시화 기법 중 하나는 전통적인 연기선 기법이고, 또 다른 하나는 가정용 초음파 가습기에서 발생하는 미세 수적을 사용하는 기법이다. 연기선 기법은 공기 흐름 속도에 제한이 있으며(0.07 mm 지름의 연기선의 경우 약 5 m/sec), 오염의 문제점이 있지만 매우 정교하고 선명한 연기 유맥선 시트를 발생시킬 수 있다. 이 기법은 3차원 날개의 날개 끝 와류의 가시화에 적용되었다. 초음파 가습기 미세 수적 기법은 연기선 기법에 비하여 공기 흐름 속도를 보다 크게 할 수 있으며(10 m/sec 이상), 독성과 오염의 문제를 해결할 수 있다. 초음파 가습기 미세 수적 기법은 정점 스트레이크를 가지는 이중 삼각날개에서 발생하는 복잡한 와류 시스템의 가시화에 성공적으로 적용되었다. The present paper describes the two off-surface visualization techniques and their application examples to vortex flows. One of the two visualization techniques is the classical smoke-wire technique, and the other is the visualization technique using the micro water-droplets generated by the home-style ultrasonic humidifier. The smoke-wire technique has the limit of air flow speed (about 5 m/sec for 0.07 mm-diameter wire) and the pollution problem, but it produces very fine and clear streak line sheet. It is applied to visualize the wing-tip vortices of a 3-dimensional wing. The micro water-droplet technique has the larger limit of air flow speed (above 10 m/sec) and is free from pollution and toxic problems compared to the smoke-wire technique. It is successfully applied to visualize the complex vortex system of a double-delta wing with an apex strake.