Як український суперкомп’ютер влаштувався працювати майже майстром «фотошопу»

В Україні працює суперкомп’ютер СКІТ, який робить майже те саме, що і кожен любитель селфі на своєму смартфоні, – обробляє «фоточки». Однак завдяки своїй гігантській продуктивності йому під силу завдання, які не здолають не лише смартфони, а й потужні ПК. Один із останніх проектів, над яким працював СКІТ, – обробка фотографій Чорнобильської АЕС.

Суперкомп’ютер СКІТ створили вчені Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України. Це найбільший в Україні суперкомп’ютерний комплекс, загальна пікова продуктивність якого сягає 43 трлн операцій на секунду (43 терафлопси). Найпотужніший суперкомп’ютер світу «видає» 125 435 терафлопсів на секунду.

СКІТ ефективно вирішує завдання максимально широкого спектра – від дослідження надр до лінгвістичних студій та від генетики до моделювання еволюції чорних дір. Але переважно ця машина працює над тим, що вимірює об’єкти за їхніми фотографіями, визначає розташування предметів у просторі та створює відповідні тривимірні зображення.

Тривимірні моделі сьогодні затребувані всюди – у фільмах, іграх, у дизайні, конструюванні тощо. Створити тривимірну модель якогось предмета чи людини досить просто за допомогою 3D-сканера. Труднощі виникають тоді, коли об’єкт не вміщується на робочий стіл тривимірного сканера. Тоді використовують математику у фотограмметричному методі. Він передбачає створення хмари точок об’єктів реального світу з фотографій, отриманих із різних ракурсів. Хмари точок складають основу тривимірної моделі й фотореалістичної текстури. Фотограмметричний метод є доступним і досить точним способом тривимірного сканування. Вихідні зображення одержуються за допомогою звичайних фотокамер і безпілотних літальних апаратів.

Оброблення зображень для фотограмметрії потребує значних обчислювальних потужностей. Якщо робити це на персональному комп’ютері, обчислення незначної кількості фотографій може тривати впродовж тижнів або місяців. Крім того, велику кількість високоякісних технічних фотографій для сканування непросто зберігати.

Свою продуктивність СКІТ довів у рамках започаткованої навесні 2016 року співпраці Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України з громадською організацією «Pixelated Realities». Остання займається просуванням цифрових методів як для реставрації й реконструкції об’єктів культурної спадщини, так і для планування й пожвавлення міського простору.

За рік партнерам вдалося втілити чимало проектів зі сканування пам’ятників, історичних будівель, археологічних розкопів та урбаністичних об’єктів і навіть узяти участь у створенні документальної стрічки про Чорнобильську атомну електростанцію у віртуальній реальності:

  1. Пам’ятник Дюкові (герцогу Арману де Рішельє), м. Одеса

 

Опис проекту: 890 фотографій; час первинного зіставлення позицій камер – 8 годин; розрахунок хмари точок – 36 годин. У підсумку отримано модель розміром 800 млн полігонів.

Переглянути спрощену тривимірну модель пам’ятника можна за посиланням:

 

  1. Пасаж, м. Одеса

Опис проекту: 5200 фотографій; час первинного зіставлення позицій камер – 23 години; розрахунок хмари точок – 196 годин. Було отримано модель розміром 2 млрд полігонів.

  1. Приморський бульвар, м. Одеса

Опис проекту: 6000 фотографій; час первинного зіставлення позицій камер – 44 години; розрахунок хмари точок – 220 годин. Отримано модель розміром 1,4 млрд полігонів.

  1. «Chornobyl 360»

 

Опис проекту: 8700 фотографій; час первинного зіставлення позицій камер – 22 години; розрахунок хмари точок – 58 годин. Отримано модель щільністю 1,2 млрд точок.

У рамках документального проекту «Chornobyl 360» було виконано сканування Чорнобильської АЕС (разом з об’єктом «Арка»). За підсумками наземної та повітряної (за допомогою безпілотного літального апарата) зйомок команда проекту отримала понад 20 тис. фотографій для створення тривимірної моделі станції та її оточення.

Сканування здійснювалося прямо перед тим, як найбільшу рухому конструкцію в Європі (об’єкт «Арка») було насунуто на старий саркофаг над четвертим енергоблоком (об’єкт «Укриття») на період найближчих 100 років.

  1. Поштова площа, м. Київ

Опис проекту: 3800 фотографій; час первинного зіставлення позицій камер – 18 годин; розрахунок хмари точок – 42 години. Отримано модель щільністю 300 млн точок.

У 2015 році, під час початку реконструкції Поштової площі в Києві, археологи віднайшли унікальні артефакти часів Київської Русі – цілі частини мостових, будівель і укріплень, датованих ХІ–ХІІІ ст. За словами директора Центру археології Києва Інституту археології НАН України, кандидата історичних наук Михайла Сагайдака, упродовж 2015-2016 років учені виявили там унікальні знахідки княжої доби й залишки прибережного міського кварталу середньовічного Києва. Як свідчить світова практика, зазвичай такі знахідки стають точками культурного тяжіння для туристичних міст. Більше про проект дізнавайтеся з відеозапису за посиланням: https://www.youtube.com/watch?v=0j5dBaBDmMc

  1. Фортеця Тустань, с. Урич (Львівська область, Сколівський район)

Опис проекту: 9500 фотографій; 560 годин прорахунку на одному вузлі. Отримано хмару щільністю 800 тис. точок.

Тустань – це зруйнована наскельна фортеця-град часів Київської Русі, розташована у Львівській області. Нині від цієї споруди залишилися тільки скелі. На основі археологічних досліджень і за допомогою сканування скель і 3D-моделювання Державний історико-культурний заповідник «Тустань» прагне відновити колишній вигляд фортеці. В Уричі на скелях можна побачити, як виглядала фортеця раніше, – завдяки програмі доповненої реальності, створеної двома розробниками – студентами третього курсу Національного університету «Львівська політехніка». Додаток дає змогу відчути масштаб забудови та демонструє, як дерев’яна фортеця була затиснута древніми умільцями поміж стрімких скель.

Посилання на додаток: http://bit.ly/TustanApp

  1. «Хмарна кіностудія»

Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України та його партнери – ТОВ «Panama Grand Prix» та «Pixelated Realities» – створили програмно-апаратний комплекс «Хмарна кіностудія» на базі СКІТу. На ньому виконали розрахунки для першого в Україні повнометражного тривимірного мультиплікаційного фільму «Микита Кожум’яка». Мультик з’явився в українському кінопрокаті в жовтні 2016 року, а у світовому – на початку 2017 року. Середня тривалість обчислення одного кадру фільму склала 4 години. В цілому ж кластер обчислив 50 тис. кадрів, з яких 60% увійшли до фінальної версії стрічки.

За матеріалами: НАН України

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Коментуйте, будь-ласка!
Будь ласка введіть ваше ім'я