ЛАБОРАТОРИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ И МУЛЬТИМЕДИА

Современную жизнь невозможно представить без компьютерной графики. Это не могло не найти отражение в программе образования на факультете ВМК и, особенно, на направлении «Фундаментальная информатика и информационные технологии». В обеспечение этих актуальных изменений в 2006 году при кафедре МО ЭВМ создана лаборатория компьютерной графики и мультимедиа.

С самого начала лаборатория работает в области использования графических процессоров для вычислений общего назначения и внедрения параллельных вычислений в создании программного обеспечения компьютерной графики и виртуальной реальности. Хотелось бы выделить ряд эффектных результатов мирового уровня, по которым уже (или вскоре будут) защищены кандидатские диссертации.

Первая работа, о которой хочется рассказать, это труд выпускника ВМК 2005 года Егора Юсова по высокопроизводительной визуальной 3D (в том числе стерео) реконструкции геоповерхностей в реальном времени (20 и более кадров в секунду) для сцен виртуальной реальности. В работе использовано многомасштабное моделирование поверхности. Создана библиотека программ и пакет программ для визуализации геоповерхностей, заданных сеткой высот неограниченного размера (с подкачкой данных с внешнего диска). Для реконструированного рельефа моделировалось также наполнение рельефа водой до заданного уровня, небесный свод для разного времени суток, наличие тумана с реконструкцией его освещения солнцем по времени суток.

Представляет интерес работа выпускника магистратуры ВМК 2009 года Дениса Боголепова по методам глобального освещения в визуализации сцен виртуальной реальности. Не секрет, что при расчете методами глобального освещения одного кадра 3D-фильма, подобного фильму «Аватар», для технологии IMAX (формат кадра 10000 х 7000) расходуется порядка 400 процессоро-часов. Денис и группа работавших с ним вместе студентов решали задачу полного переноса рендеринга кадров виртуальной сцены на графический процессор (GPU). В работе Дениса последовательно реализован энергетический подход к моделированию глобального освещения, удалось построить и реализовать законченную архитектуру программного комплекса глобального освещения сложных сцен для GPU, новый метод рекордной производительности на основе метода двунаправленной трассировки путей. Комплекс реализован в технологии nVidia CUDA, но по производительности на сложных сценах (порядка 3-10 млн. треугольников) он вдвое превосходит специализированную библиотеку nVidia OptiX. Достичь реального времени в визуализации таких сцен пока не удалось, но удалось достичь интерактивности при визуализации в кадре в пределах обычного размера экрана компьютера.

Третья работа выпускника ВМК 2009 года Николая Гаврилова по высокопроизводительной научной 3D (в том числе стерео) визуализации. Работа оказалась наиболее востребованной в области вычислительной биомедицины и практической медицины. Одним из результатов Николая является специальный, реализованный на GPU, метод локального геометрического анализа и исследование с его помощью клеток мозга (астроцитов) с публикацией результатов в журнале Cell Calcium. Другим результатом является реализация на GPU мирового опыта визуальной 3D-реконструкции медицинских томограмм, разработка нового метода количественной оценки качества визуализации, разработка новых методов качественной визуализации, достижение рекордной производительности, создание программного комплекса 2D-3D визуализации для практического врача. Программный комплекс внедрен в отечественной медицинской информационной системе, имеющей более 100 установок по РФ. Николай в настоящее время находится на стажировке в Англии по трехмерной реконструкции клеток мозга с микрофотографий наноразрешения.

Назовем четвертую работу, выполненную аспирантом Владимиром Сапрыкиным, выпускником ВМК 2009 года. Она посвящена созданию программного обеспечения (ПО), способного превратить вычислительный кластер ННГУ, как, впрочем, и любой другой, в мощный центр обработки БОЛЬШИХ ДАННЫХ, организации Интернет-сервисов, облачных сервисов обработки таких данных, в том числе в интересах трехмерной цифровой медицины и биологии. Владимиром на основе открытой СУБД PostgreSQL создано ПО для обезличенного хранения и передачи данных, для организации обработки этих данных на вычислительном кластере заданными программными комплексами, созданы средства внешнего доступа по http-протоколу. Хранилище наполнено 10000 томограмм. Совместно, им и Николаем Гавриловым, создан и отлажен web-интерфейс к ПО Николая на сервере. В результате создан экспериментальный Интернет-доступный облачный сервис 3D-визуализации томограмм. Такой сервис может быть доступен как врачу-консультанту в любой точке планеты, так и студентам, и пациентам. Сервис экспонировался на международной выставке-форуме в Москве «Открытые инновации» (31октября -2 ноября 2013 г.)

В 2006 году лаборатория участвовала в международном конкурсе по компьютерному зрению, направленному на определение возможностей борьбы с терроризмом средствами видеонаблюдения и заняла третье место среди 11 участвовавших университетов. В 2008-2009 гг. лаборатория провела несколько школ по высокопроизводительной компьютерной графике по заказу и при поддержке компании Интел: зимнюю школу 2008, и 2009 гг, летний класс по компьютерной графике в Сарове в 2008 г., полугодовую Интел-студию по компьютерной графике в весеннем семестре и сентябре-октябре 2008. В 2010 - Всероссийскую научную школу для молодежи «Компьютерное зрение, 3D моделирование и компьютерная графика» по гранту Федерального агентства по науке и инновациям в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы. С 2011 г. – участие в первом в России CUDA-Research-центре при ННГУ. Сегодня в составе коллектива работают: Турлапов В.Е., д.т.н., руководитель лаборатории; А.Д. Юнаковский, д.ф.м.н., профессор, в.н.с. ИПФ РАН; Е.А. Юсов, к.т.н., инженер Интел; Д.К. Боголепов, к.т.н., ст. преп.; Н.И. Гаврилов, к.т.н., м.н.с.; В.А. Сапрыкин, инж.-программист; Д.П. Сопин, аспирант; А.А. Белокаменская, аспирант; С.П. Носова, аспирант.

Лаборатория получила признание в профессиональном сообществе как один из отечественных лидеров в области вычислений на графических процессорах и высокопроизводительной графики. Заслужила авторитет квалифицированного исполнителя и партнера у всемирно известных зарубежных (Intel, NVIDIA, Autodesk-CSoft, Open CASCADE, AMD) и отечественных (РФЯЦ ВНИИЭФ) компаний.