Применение GPU-вычислений для построения и визуализации вексельных геомоделей

Показаны возможности реализации GPU-ускорения для выполнения параллельных вычислений по вокселизации поверхностей раздела сред и объёмных геологических тел с применением технологии программирования CUDA и OpenCL. В системе Gexoblock используется библиотека NVIDIA по вокселизации на основе параллельных вычислений по технологии CUDA gvdb-voxel

Разработка web-приложения для оптимизации и визуализации форм карьеров рудных месторождений

Задача поиска оптимальных границ карьеров рудных месторождений. Анализ существующих продуктов для решения этой задачи. Этапы проектирования и разработки оригинального программного решения на основе web-технологий для выполнения оптимизации и моделирования карьеров рудных месторождени

Enhancement and Edge-Preserving Denoising: An OpenCL-Based Approach for Remote Sensing Imagery

Image enhancement and edge-preserving denoising are relevant steps before classification or other postprocessing techniques for remote sensing images. However, multisensor array systems are able to simultaneously capture several low-resolution images from the same area on different wavelengths, forming a high spatial/spectral resolution image and raising a series of new challenges. In this paper, an open computing language based parallel implementation approach is presented for near real-time enhancement based on Bayesian maximum entropy (BME), as well as an edge-preserving denoising algorithm for remote sensing imagery, which uses the local linear Stein’s unbiased risk estimate (LLSURE). BME was selected for its results on synthetic aperture radar image enhancement, whereas LLSURE has shown better noise removal properties than other commonly used methods. Within this context, image processing methods are algorithmically adapted via parallel computing techniques and efficiently implemented using CPUs and commodity graphics processing units (GPUs). Experimental results demonstrate the reduction of computational load of real-world image processing for near real-time GPU adapted implementation.ITESO, A.C

Data-driven model development in environmental geography - Methodological advancements and scientific applications

Die Erfassung räumlich kontinuierlicher Daten und raum-zeitlicher Dynamiken ist ein Forschungsschwerpunkt der Umweltgeographie. Zu diesem Ziel sind Modellierungsmethoden erforderlich, die es ermöglichen, aus limitierten Felddaten raum-zeitliche Aussagen abzuleiten. Die Komplexität von Umweltsystemen erfordert dabei die Verwendung von Modellierungsstrategien, die es erlauben, beliebige Zusammenhänge zwischen einer Vielzahl potentieller Prädiktoren zu berücksichtigen. Diese Anforderung verlangt nach einem Paradigmenwechsel von der parametrischen hin zu einer nicht-parametrischen, datengetriebenen Modellentwicklung, was zusätzlich durch die zunehmende Verfügbarkeit von Geodaten verstärkt wird. In diesem Zusammenhang haben sich maschinelle Lernverfahren als ein wichtiges Werkzeug erwiesen, um Muster in nicht-linearen und komplexen Systemen zu erfassen. Durch die wachsende Popularität maschineller Lernverfahren in wissenschaftlichen Zeitschriften und die Entwicklung komfortabler Softwarepakete wird zunehmend der Fehleindruck einer einfachen Anwendbarkeit erzeugt. Dem gegenüber steht jedoch eine Komplexität, die im Detail nur durch eine umfassende Methodenkompetenz kontrolliert werden kann. Diese Problematik gilt insbesondere für Geodaten, die besondere Merkmale wie vor allem räumliche Abhängigkeit aufweisen, womit sie sich von "gewöhnlichen" Daten abheben, was jedoch in maschinellen Lernanwendungen bisher weitestgehend ignoriert wird. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Potenzial und der Sensitivität des maschinellen Lernens in der Umweltgeographie. In diesem Zusammenhang wurde eine Reihe von maschinellen Lernanwendungen in einem breiten Spektrum der Umweltgeographie veröffentlicht. Die einzelnen Beiträge stehen unter der übergeordneten Hypothese, dass datengetriebene Modellierungsstrategien nur dann zu einem Informationsgewinn und zu robusten raum-zeitlichen Ergebnissen führen, wenn die Merkmale von geographischen Daten berücksichtigt werden. Neben diesem übergeordneten methodischen Fokus zielt jede Anwendung darauf ab, durch adäquat angewandte Methoden neue fachliche Erkenntnisse in ihrem jeweiligen Forschungsgebiet zu liefern. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Vielzahl relevanter Umweltmonitoring-Produkte entwickelt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass sowohl hohe fachwissenschaftliche als auch methodische Kenntnisse unverzichtbar sind, um den Bereich der datengetriebenen Umweltgeographie voranzutreiben. Die Arbeit demonstriert erstmals die Relevanz räumlicher Überfittung in geographischen Lernanwendungen und legt ihre Auswirkungen auf die Modellergebnisse dar. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wird eine neue, an Geodaten angepasste Methode zur Modellentwicklung entwickelt, wodurch deutlich verbesserte Ergebnisse erzielt werden können. Diese Arbeit ist abschließend als Appell zu verstehen, über die Standardanwendungen der maschinellen Lernverfahren hinauszudenken, da sie beweist, dass die Anwendung von Standardverfahren auf Geodaten zu starker Überfittung und Fehlinterpretation der Ergebnisse führt. Erst wenn Eigenschaften von geographischen Daten berücksichtigt werden, bietet das maschinelle Lernen ein leistungsstarkes Werkzeug, um wissenschaftlich verlässliche Ergebnisse für die Umweltgeographie zu liefern

Geospatial Computing: Architectures and Algorithms for Mapping Applications

Beginning with the MapTube website (1), which was launched in 2007 for crowd-sourcing maps, this project investigates approaches to exploratory Geographic Information Systems (GIS) using web-based mapping, or ‘web GIS’. Users can log in to upload their own maps and overlay different layers of GIS data sets. This work looks into the theory behind how web-based mapping systems function and whether their performance can be modelled and predicted. One of the important questions when dealing with different geospatial data sets is how they relate to one another. Internet data stores provide another source of information, which can be exploited if more generic geospatial data mining techniques are developed. The identification of similarities between thousands of maps is a GIS technique that can give structure to the overall fabric of the data, once the problems of scalability and comparisons between different geographies are solved. After running MapTube for nine years to crowd-source data, this would mark a natural progression from visualisation of individual maps to wider questions about what additional knowledge can be discovered from the data collected. In the new ‘data science’ age, the introduction of real-time data sets introduces a new challenge for web-based mapping applications. The mapping of real-time geospatial systems is technically challenging, but has the potential to show inter-dependencies as they emerge in the time series. Combined geospatial and temporal data mining of realtime sources can provide archives of transport and environmental data from which to accurately model the systems under investigation. By using techniques from machine learning, the models can be built directly from the real-time data stream. These models can then be used for analysis and experimentation, being derived directly from city data. This then leads to an analysis of the behaviours of the interacting systems. (1) The MapTube website: http://www.maptube.org

Fundamentals

Volume 1 establishes the foundations of this new field. It goes through all the steps from data collection, their summary and clustering, to different aspects of resource-aware learning, i.e., hardware, memory, energy, and communication awareness. Machine learning methods are inspected with respect to resource requirements and how to enhance scalability on diverse computing architectures ranging from embedded systems to large computing clusters

Fundamentals

Volume 1 establishes the foundations of this new field. It goes through all the steps from data collection, their summary and clustering, to different aspects of resource-aware learning, i.e., hardware, memory, energy, and communication awareness. Machine learning methods are inspected with respect to resource requirements and how to enhance scalability on diverse computing architectures ranging from embedded systems to large computing clusters

Vision 2040: A Roadmap for Integrated, Multiscale Modeling and Simulation of Materials and Systems

Over the last few decades, advances in high-performance computing, new materials characterization methods, and, more recently, an emphasis on integrated computational materials engineering (ICME) and additive manufacturing have been a catalyst for multiscale modeling and simulation-based design of materials and structures in the aerospace industry. While these advances have driven significant progress in the development of aerospace components and systems, that progress has been limited by persistent technology and infrastructure challenges that must be overcome to realize the full potential of integrated materials and systems design and simulation modeling throughout the supply chain. As a result, NASA's Transformational Tools and Technology (TTT) Project sponsored a study (performed by a diverse team led by Pratt & Whitney) to define the potential 25-year future state required for integrated multiscale modeling of materials and systems (e.g., load-bearing structures) to accelerate the pace and reduce the expense of innovation in future aerospace and aeronautical systems. This report describes the findings of this 2040 Vision study (e.g., the 2040 vision state; the required interdependent core technical work areas, Key Element (KE); identified gaps and actions to close those gaps; and major recommendations) which constitutes a community consensus document as it is a result of over 450 professionals input obtain via: 1) four society workshops (AIAA, NAFEMS, and two TMS), 2) community-wide survey, and 3) the establishment of 9 expert panels (one per KE) consisting on average of 10 non-team members from academia, government and industry to review, update content, and prioritize gaps and actions. The study envisions the development of a cyber-physical-social ecosystem comprised of experimentally verified and validated computational models, tools, and techniques, along with the associated digital tapestry, that impacts the entire supply chain to enable cost-effective, rapid, and revolutionary design of fit-for-purpose materials, components, and systems. Although the vision focused on aeronautics and space applications, it is believed that other engineering communities (e.g., automotive, biomedical, etc.) can benefit as well from the proposed framework with only minor modifications. Finally, it is TTT's hope and desire that this vision provides the strategic guidance to both public and private research and development decision makers to make the proposed 2040 vision state a reality and thereby provide a significant advancement in the United States global competitiveness