NASA Mars Rover - Visualizing the Red Planet with NVIDIA Quadro Graphics

Миссия

Интерес к планете Марс очень вырос за последнее время. Обнаружение астрономами каналов в конце XIX века и первые изображения, полученные с космического корабля Mariner 4 в 1965 году, привели к более интенсивному поиску жизни на Красной планете. Сегодня исследования сосредоточены на поисках воды. Считается, что, возможно, некоторые формы жизни на Марсе существуют в водной среде - в подземных ключах или под толстыми ледниковым покровом. Изучая историю воды на Марсе, учёные надеются на то, что миф станет реальностью, и что они получат ответы на важные вопросы о нашей Вселенной.

Миссия NASA 2004 года заключается в том, чтобы высадить на Марс два робота, оснащённых камерами и научными инструментами для осмотра и анализа поверхности планеты. Учёным нужен надёжный способ планирования движения роботов, обеспечения успешности операций и увеличения полезной информации. Для этой цели учёные NASA выбрали профессиональную компьютерную графическую технологию корпорации NVIDIA.

NASA использует графические решения NVIDIA Quadro® для воссоздания марсианской поверхности в фотореалистичной виртуальной реальности с помощью полученных данных. Специалисты могут исследовать Марс в 3D формате, как бы передвигаять по этой планете самостоятельно. Оборудование, основанное на платформе NVIDIA, служит точной видео и проектирующей системой для учёных NASA. Оно позволяет им создавать различные планы действий марсоходов на Марсе, планировать их движения и проводить эксперименты. Машины "пролетают" через высоко реалистичные 3D реконструкции поверхности Марса до того, как направляются выполнять исследовательские задачи.


Обработка полученных с Марса данных

В течение следующих трёх месяцев марсоходы передадут терабайты данных в центр NASA. Первый марсоход, получивший название Spirit, удачно приземлился в кратере Гусева 4 января 2004 года, за три недели до запланированной посадки второго марсохода. Кратер Гусева был выбран, поскольку считается, что когда-то давно там могла находиться вода.

Посадочная площадка второго марсохода Opportunity находится на другой стороне планеты, в районе Плато Меридиана (Meridiani Planum). Данная местность является одной из самых ровных и гладких мест на Марсе и представляет интерес, так как согласно данным, полученным с космического корабля Mars Global Surveyor, этот район богат оксидом железа, который обычно образуется при взаимодействии с водой.

Spirit отправляет данные на Землю, снятые с двух пар камер, расположенных под декой спереди и сзади марсохода, и с двух других пар камер, которые находятся на мачте, прикреплённой к деке. Среди этих камер есть панорамная камера высокого разрешения и пара навигационных камер более низкого разрешения.

Камеры передают изображения, необходимые для управления роботами и сбора научных данных, связанных с геологическими и погодными условиями. Панорамные камеры посылают массивные цифровые виды полной поверхности (360 градусов) высокого разрешения в изображении 1024x1024x16 бит. Марсоход может передавать сотни таких изображений.

Маршрутные 3D карты

Графика NVIDIA Quadro помогает учёным определить задания для марсохода без необходимости просеивать огромные количества фотографических данных. Учёные NASA используют графику NVIDIA для визуализации фото изображений, сделанных в разрешении в три раза больше тех, что имели снимки, присланные с марсохода Sojourner в 1997 году. Так как новые роботы покрывают в шесть-десять раз большие расстояния, чем Sojourner, делая приблизительно от 6 000 до 10 000 измерений на фут (0,3048 м), данные, полученные с помощью графики NVIDIA, позволяют получать намного более детализированные изображения территории планеты.

Работа марсоходов продолжается постоянно в течение всей миссии. Одна группа учёных NASA сосредотачивается на одном дне работы робота, в то время как другая команда планирует его действия на следующий день, изучая полученные фотографии и данные измерений, взятые с заданной, но ещё не исследованной территории Марса. Как только модели поверхности разрабатываются на основе новых данных, существующие части 3D карты сливаются в единое виртуальное пространство, которое, по окончании миссии, будет полностью отображать все маршруты марсоходов.

Как сообщает Лоуренс Эдвардз (Laurence Edwards), руководитель команды, занимающейся 3D визуализацией формы поверхности Марса в NASA, Исследовательском Центре Испытаний, "Технология NVIDIA позволяет NASA визуализировать территорию Марса в фотореалистичной виртуальной реальности, существенно обогащая знания учёных об окружающей среде и улучшая условия для исследований. Имея эту возможность, учёные могут войти в привлекательную для просмотра модель поверхности планеты и интерактивно изучать различные ракурсы - передние, задние, боковые виды - каждого объекта, обследованного роботами, и полностью исследовать все варианты создания маршрутов и экспериментов для роботов".

"С помощью графики NVIDIA Quadro, которая обеспечивает работу программы виртуальной реальности Viz, использующейся для исследования Марса, мы также можем моделировать освещение и состояние поверхности, ожидаемые на Марсе в момент прохождения эксперимента", говорит Эдвардз (Edwards). "Если возвышенность отбрасывает тень, затемняя интересующий объект, ученые на Земле будут знать об этом эффекте заранее и планировать путь в обход его. Эти возможности, обеспечиваемые решениями NVIDIA, позволяют учёным NASA проработать различные сценарии движения и операций марсоходов перед тем, как направить его непосредственно на выполнение задания".

Усовершенствованная визуализация на рабочих станциях на базе ПК

"Технология NVIDIA является ключевой для получения изображения во время миссий на Марс. Высокая производительность, точность и технологии построения теней в решениях NVIDIA Quadro позволяют NASA использовать стандартные рабочие станции на основе ПК для создания детальных моделей поверхности Марса. Платы NVIDIA Quadro в отдельных системах и кластерах позволяют создавать 3D карты марсианской поверхности в фотореалистичной виртуальной реальности, которые позволяют специалистам лучше понять то окружение и ускорить процесс анализа данных", говорит Лоуренс Эдвардс (Laurence Edwards).

Это 3D изображение Адирондака, скалы размером с футбольный мяч, было получено с помощью Viz и NVIDIA Quadro. Она была выбрана в качестве первой цели Spirit благодаря ровной поверхности и практически полному отсутствию пыли. Это идеальные условия для того, чтобы снять верхний слой скалы и исследовать внутреннюю структуру. Изображение предоставлено NASA Ames/JPL/Cornell. Большинство специалистов рассматривают модель поверхности, используя стандартные научные рабочие станции NASA на базе NVIDIA Quadro FX 2000. Согласно господину Эдвардсу, "Решение NVIDIA обрабатывает большую часть общей модели поверхности и делает доступ к данным относительно недорогим. Для моделей поверхности высоких разрешений с обхватом в 360 градусов мы используем процессоры NVIDIA Quadro FX 3000. Мы также хотим соединить несколько рабочих станций на базе NVIDIA Quadro FX 3000G в одно целое. Такая система превосходит мощность дорогих суперкомпьютеров и позволяет многим учёным видеть эту модель".

По словам Джефа Брауна (Jeff Brown), генерального директора по управлению рабочими станциями NVIDIA, NASA перенесла Viz с суперкомпьютеров на рабочие станции на базе ПК, использующие графику NVIDIA Quadro, по следующим причинам:
  • Производительность:
    Предыдущее поколение графических карт NVIDIA Quadro в рабочих станциях на базе ПК выводило изображение на 33% быстрее, чем более дорогие системы.
  • Улучшенное построение теней:
    Позволяет Viz оптимально использовать эмуляцию теней в режиме реального времени для предсказания ситуаций возникновения теней в экспериментах, связанных с уровнем освещённости.
  • Кластеризация:
    Возможность объединить многочисленные решения NVIDIA Quadro FX 3000G позволяет Viz достигать более высокой производительности по сравнению с суперкомпьютерами при стоимости, меньшей в десять раз.
  • Более широкая доступность:
    Весь спектр профессиональных графических решений NVIDIA, начиная с процессора начального уровня NVIDIA Quadro FX 500 до NVIDIA Quadro FX 3000G, который доступен в рабочих станциях промышленного стандарта на основе ПК, позволяет войти в программу виртуальной реальности Viz NASA практически с любого настольного компьютера.
Визуализация будущих миссий на Марс

Группа NASA Ames, занимающаяся 3D визуализацией и построением поверхности, постоянно проводит оценку графической технологии. Они продолжают поддерживать Viz на современном уровне развития и удовлетворять научным и коммуникативным требованиям предстоящих миссий. "Мы продолжаем рассматривать усовершенствованные возможности для интерфейсов оператора марсохода и интерфейсов научных операций", говорит г-н Эдвардс (Edwards). "Задача нашей группы состоит в том, чтобы воплотить новейшие технологии в пользовательском интерфейсе, и NVIDIA предоставляет несколько возможностей для будущих улучшений. Мы планируем продемонстрировать большой панорамный пользовательский интерфейс, используя кластер на базе графических решений NVIDIA Quadro FX 3000G, чтобы дать возможность учёным "попасть" на поверхность планеты, созданную с помощью компьютеров. В будущем, мы представляем себе учёных, сидящих внутри большого панорамного экрана и программирующих движения робота и эксперименты, используя простой сенсорный экран и голосовые команды".

Обмен знаниями

Получив данные с помощью встроенных в марсоходы камер и научных инструментов, и позволяя получить новые знания посредством визуализации, графическая технология NVIDIA позволяет учёным NASA предоставить доступ к этой информации всем желающим. Специалисты во всём мире смогут изучать самые крупные и наиболее топографически точные 3D модели, когда-либо созданные во время освоения космического пространства. Поскольку изображения, полученные с помощью решения NVIDIA доступны в сети, любой желающий также может виртуально заниматься поиском жизни на Марсе вместе с NASA.


Подробная информация

Более подробную информацию о решениях NVIDIA Quadro можно получить по адресу www.nvidia.ru/page/workstation.html

Более подробную информацию о проекте NASA по марсоходам можно получить по адресу: http://marsrovers.jpl.nasa.gov/home/index.html



 
 
 
 
VKontakteMail.ruOdnoklassniki.ruGoogle+Facebook