Новости

Масштабируемые решения для визуализации NVIDIA демонстрируют теорию на практике в Северо-Западном университете

 
 

Д-р Томас Миде (Thomas Meade) из престижного Северо-Западного университета находился в командировке. Профессор в области раковых исследований, молекулярных бионаук, нейробиологии, физиологии и радиологии работал над созданием нового, современного аппаратного обеспечения для воспроизведения изображений, чтобы объединить все биологические молекулярные визуализации в одно целое. Целью его Центра передовой молекулярной диагностики (CAMI) являлось создание не только современного инструмента для исследователей, но и инструмента для публичного обзора исследований, проводимых в университете.

ЗАДАЧА
NU Helix Nebula
Изображение ультравысокого разрешения Туманности Улитка, полученное при помощи телескопа Хаббл, на проекционной стене в формате 3D в Центре продвинутой молекулярной диагностики Северо-Западного университета (CAMI). (изображение предоставлено Мэттом МакКрори (Matt McCrory)

«Нашей мечтой было создание такого места, где каждый, начиная со студентов и заканчивая профессорами и исследователями, мог бы работать с теоретическими данными совершенно уникальным образом; места, которое бы собирало людей вместе, - сказал д-р Миде. – Мы раздумывали над огромной мозаичной панелью с отображением в формате 2D, чтобы иметь возможность видеть изображения очень крупно, как на электронном постере. И тут появился Мэтт».

То есть Мэтт МакКрори. МакКрори – инженер в области визуализаций, который досконально изучил мир производства цифрового и научного кино, работая с Национальной Лабораторией Аргон, компанией DreamWorks Animation и Чикагским университетом, и занимал должность ведущего инженера в области визуализаций отделения информационных технологий Северо-Западного университета (NUIT). У него также существовал свой замысел относительно Центра передовой молекулярной диагностики – стерео 3D, помимо этого он обладал опытом работы с технологией, которая могла помочь в осуществлении этой идеи, а именно NVIDIA Quadro Plex из серии масштабируемых решений для визуализации NVIDIA.

Системы NVIDIA Quadro Plex обеспечивают простую и экономичную инсталляцию высокопроизводительного масштабируемого визуального решения с ультра-разрешением. Технология Mosaic позволяет любому приложению охватить множество дисплеев или проекторов, сокращая количество рабочих станций, необходимых для работы установки. Комбинация NVIDIA Quadro Plex и технологии Mosaic также работает в формате стереоскопического 3D, позволяя исследователям буквально окунуться в данные.

«Благодаря 3D формату мы смогли транслировать теоретические вычислительные данные, которые невозможно передать каким-либо иным путем, - объяснил МакКрори. – Это позволило исследователям целостно подойти к решению своих задач. Но визуализация объемных данных высокого разрешения с множественными временными шагами делает процесс обработки не трех-, а даже четырехмерным. Это требует большой вычислительной мощи и объема памяти, чтобы воссоздавать изображения достаточно быстро для практического использования».

РЕШЕНИЕ
NU protein Structure
Мэтт МакКрори (Matt McCrory) (L) и Д-р Том Миде (Tom Meade) (R) проводят обзор кристаллической структуры протеинов, работы профессора молекулярных бионаук и молекулярной химии в Северо-Западном университете Эми Розенцвайг (Amy Rosenzweig). (изображение предоставлено Стефаном Анцальди (Stephen Anzaldi)

МакКрори использовал GPU-технологии NVIDIA Quadro Plex, чтобы запустить в работу невероятный экран в Центре передовой молекулярной диагностики, который представляет из себя 25 46-дюймовых профессиональных стерео 3D дисплеев производства компании JVC, установленных в пять рядов по пять дисплеев, которые работают как один большой экран высокого разрешения, на котором молекулы, протеины, атомы и целые организмы отображаются в формате стереоскопического 3D.

В то время как в обычном кинотеатре IMAX на большом экране отображается восемь миллионов пикселей, проекционная стена в Центре передовой молекулярной диагностики (CAMI) отображает около 52 миллионов пикселей на экране с меньшей площадью.
«Мы хотели дать людям возможность подобраться поближе и рассмотреть данные пиксель за пикселем. Чтобы привести в движение все эти пиксели, необходимо что-то поистине мощное, - заявил МакКрори. – Необходим Quadro Plex».

13 мульти-GPU систем NVIDIA Quadro Plex обеспечивают работу проекционной стены в Центре – в общей сложности 26 графических процессоров, со встроенной технологией NVIDIA G-Sync II для синхронизации всех 26 графических процессоров.

«В сущности, мы владеем мини-суперкомпьютером, - сказал МакКрори. – Я отлично понимал, для чего NVIDIA увеличивает количество ядер в графическом процессоре, хорошо знал о стерео возможностях видеокарт Quadro и поддержке ОС Linux, что также было очень важно для нас, так как мы любим работать со свободно-распространяемым программным обеспечением. К тому же, многое из того, что мы делаем, относится к визуализации объемов, и технология NVIDIA Quadro – лучшее решение для работы с алгоритмами построения лучей. И с другими видеокартами мы не можем получить того уровня видеопамяти, который нам необходим».

Если говорить о программном обеспечении, МакКрори разработал средство объемной визуализации на базе GPU для создания 3D изображений. Рендерер работает совместно с общедоступным приложением для анализа и обработки изображений ImageJ, которое изменяет формат изображений на формат TIFF, читаемый рендерером.

«Большинство из того, что люди видят на экране, - результат решения прикладных задач в интерактивном режиме. Изображение не является предварительно отрендеренным, но воссоздается в диалоговом режиме, - объяснил он. – В случае с кристаллической структурой протеина, к примеру, это просто PDB файл, разбитый на ячейки, и программное обеспечение знает, как сформировать из него изображение. Для объемных данных, таких как МРТ-изображения, это Z-стеки изображений. Это значит, что врачам больше не нужно циклически просматривать серию единичных полутоновых изображений по отдельности, так как при создании правильного инструмента будет возможно увидеть МРТ-изображение в формате стерео 3D как непрерывную поверхность и более четко распознать патологические изменения».

ЗНАЧЕНИЕ

Проекционная стена 3D в Центре передовой молекулярной диагностики поддерживает визуализации МРТ-изображений, биолюминесцентного и флуоресцентного изображения человеческого тела, микроскопию фотона и сканирующую микроскопию живых клеток. Также она позволяет исследователям визуализировать данные в режиме реального времени при изучении молекулярной, ячеистой и тканевой структуры и их взаимосвязей.

„Nie ma to jak, dosłownie stanąć wewnątrz badanego obiektu, by naprawdę go zrozumieć i uzyskać holistyczny pogląd na to, co się w nim dzieje,” powiedział Meade.

«Ничего не сравнится с буквальным погружением в данные и возможностью целостного рассмотрения предмета», - сказал Миде.

Он поделился этой возможностью, дав профессору шанс впервые взглянуть на структуру бактериального энзима, которую она изучала. “У нее просто рот раскрылся от удивления, и она немедленно позвала всю свою лабораторию, чтобы посмотреть на это. Все были ошарашены. Они обалдели от возможности досконально изучить целую структуру на совершенно новом уровне, – добавил он, - когда что-то новое появляется на проекционной стене, я даже не смотрю на экран, я смотрю на лица людей».

Помимо студентов и исследователей в области биомолекулярной диагностики Северо-Западного университета, Центр открыт для врачей-консультантов из Медицинской школы Файнберг и для исследователей всего Чикаго. В Центр можно обратиться, чтобы получить наглядное изображение всего, что представлено в виде набора данных в 3D.

«Это действительно одна из технологий, которая не имеет границ, - заявил МакКрори. – Мы сотрудничаем с астрономами, которые выполняют немыслимую работу по моделированию эволюции звездных систем. Школа бизнеса проявила интерес к визуализации экономических данных для демонстрации динамики. Мы получаем запросы от всех школ».

Миде заметил: «Необходимо иметь возможность взглянуть на вещи именно зрительно, а не просто оперировать цифрами. Именно это приводит к лучшим результатам».



 
 
 
 
VKontakteMail.ruOdnoklassniki.ruGoogle+Facebook