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대용량 LiDAR 데이터 보간을 위한 MPI 격자처리 과정의 작업량 발란싱 기법
김선영(Seon-Young Kim),이희진(Hee-Zin Lee),박승규(Seung-Kyu Park),오상윤(Sang-Yoon Oh) 한국컴퓨터정보학회 2014 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.19 No.9
본 논문은 MPI를 이용하여 LiDAR 데이터를 처리하는 방식에서 각 코어간의 통신을 최소화하고 작업량 발란싱을 위해 격자크기를 다양하게 하여 LiDAR 데이터의 보간 처리 성능을 향상시키는 기법을 제안한다. 항공기 등을 통해 얻어진 LiDAR 데이터는 3차원 공간정보로서 정밀한 관측 성능과 거리 정보를 포함하여 지리정보, 기상관측 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 하지만 필요보다 높은 해상도의 데이터를 사용하거나, 비지표정보를 포함하는 경우를 위해 획득된 LiDAR 데이터를 필터링 하여 사용하게 되며, 필터링된 데이터를 사용하기 위해서는 주변을 탐색할 수 있는 자료구조를 이용해서 보간법을 수행하여야만 데이터가 재구성된다. 데이터의 규모에 비례하여 처리시간도 증가하기 때문에 이를 해결하기 위해 MPI를 이용한 고성능 병렬 처리 방식 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존에 병렬 처리를 사용한 기존의 방식은 각 노드에 할당된 데이터의 밀도가 달라 성능 저하가 생길 수 있으며, 경계값 불일치를 해결하기 위해 노드간의 통신이 많아지는 단점을 가진다. 제안한 방법의 효과를 검증하기 위해 기존 연구에서 제안된 방식들과 처리 성능을 비교하였으며, 데이터에 따라 최대 4.2배의 실행시간 단축되는 것을 확인하였다. In this paper, we propose MPI gridding algorithm of LiDAR data that minimizes the communication between the cores. The LiDAR data collected from aircraft is a 3D spatial information which is used in various applications. Since there are many cases where the LiDAR data has too high resolution than actually required or non-surface information is included in the data, filtering the raw LiDAR data is required. In order to use the filtered data, the interpolation using the data structure to search adjacent locations is conducted to reconstruct the data. Since the processing time of LiDAR data is directly proportional to the size of it, there have been many studies on the high performance parallel processing system using MPI. However, previously proposed methods in parallel approach possess possible performance degradations such as imbalanced data size among cores or communication overhead for resolving boundary condition inconsistency. We conduct empirical experiments to verify the effectiveness of our proposed algorithm. The results show that the total execution time of the proposed method decreased up to 4.2 times than that of the conventional method on heterogeneous clusters.
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병렬 및 분산 컴퓨팅 : 3D 점 데이터 그리딩을 위한 고성능 병렬처리 기법
이창섭 ( Chang Seop Lee ),( Permata Ur Miftahur Rizki ),이희진 ( Hee Zin Lee ),오상윤 ( Sang Yoon Oh ) 한국정보처리학회 2014 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.3 No.8
3D 점 데이터는 높은 정확성을 가진 사물의 표면 정보 데이터로 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 특히 지리학에서 지형 파악과 분석에 많이 사용되고 있다. 일반적으로 3D 점 데이터의 Gridding 과정을 거치게 되는데 이는 불연속적인 점 데이터를 일정한 좌표 값으로 만드는 과정으로 긴 실행 시간과 높은 비용이 필요하다. 특히 Gridding 과정 중 보간 작업을 위해서 Kriging이 높은 정확성으로 주목받고 있지만 처리 과정이 복잡하고 연산이 많아 처리속도가 상대적으로 느리기 때문에 많이 사용되지 않고 있다. 본 논문에서는 Gridding을 고성능으로 처리하기 위해 Kriging 연산 과정을 병렬화했으며 격자 자료구조를 MapReduce 패러다임에 맞게 변형하여 Kriging에 적용하였다. 실험은 항공 LiDAR 데이터 약 1.6백만 개와 4.3백만 개의 점 데이터를 이용해서 제안한 MapReduce 구조에 적용하였고, 그 결과 3대의 이기종 클러스터에서 전체 실행시간이 순차적 프로그램에 비해 최대 3.4배 단축하였다. 3D point data is utilized in various industry domains for its high accuracy to the surface information of an object. It is substantially utilized in geography for terrain scanning and analysis. Generally, 3D point data need to be changed by Gridding which produces a regularly spaced array of z values from irregularly spaced xyz data. But it requires long processing time and high resource cost to interpolate grid coordination. Kriging interpolation in Gridding has attracted because Kriging interpolation has more accuracy than other methods. However it haven``t been used frequently since a processing is complex and slow. In this paper, we presented a parallel Gridding algorithm which contains Kriging and an application of grid data structure to fit MapReduce paradigm to this algorithm. Experiment was conducted for 1.6 and 4.3 billions of points from Airborne LiDAR files using our proposed MapReduce structure and the results show that the total execution time is decreased more than three times to the convention sequential program on three heterogenous clusters.
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