粒子ベースボリュームレンダリングを用いた
大規模複雑流体データの遠隔可視化
河村 拓馬
日本原子力研究開発機構
システム計算科学センター
粒子ベースボリュームレンダリングを用いた大規模複雑流体データの遠隔可視化
河村
拓馬、井戸村
泰宏、宮村（中村）
浩子、武宮
博
日本原子力研究開発機構・システム計算科学センター
〒277-0871 千葉県柏市若柴 178-4 柏の葉キャンパス 148 街区 4
東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト 4 階・5 階
{kawamura.takuma, idomura.yasuhiro, hiroko.miyamura, hiroshi.takemiya}@jaea.go.jp
遠隔地にあるスーパーコンピュータ上のシミュレーション結果を可視化するために，ユーザ PC
にシミュレーション結果データ（ボリュームデータ）を転送して，商用ソフトを利用してポスト
処理を行う方法がいまだに広く用いられている．しかしこの手法は，1 ケース当たり数十から数
百テラバイトを超えることもある大規模データを可視化するのに，データ転送速度およびクライ
アント側のメモリ・ストレージ容量の観点で処理性能の限界を超えるという問題がある．そのた
め，サーバ上で可視化処理を行い，生成した可視化要素をクライアントに転送すること対話的な
可視化を行うクライアント／サーバ型可視化が重要な技術になっている．
しかし，多くの商用ソフトで採用されているサーフェスレンダリングはデータの大規模化に比
例してポリゴン数が増大するため，サーバからのデータ転送量が問題になる．またサーバ上で描
画処理まで行う並列ボリュームレンダリングでは，各ノードで生成した部分画像を合成する画像
重畳処理がボトルネックとなってストロングスケーリングの達成が困難である。また視点移動に
伴い可視化処理の再計算が発生するため対話的な視点移動という問題がある．
本研究では粒子ベースボリュームレンダリング（Particle-Based Volume Rendering， PBVR）
を利用した並列分散環境向けの遠隔可視化システムを開発している．このシステムは大規模なボ
リュームデータに対してもデータ転送量が少ない，効率的なクライアント／サーバ可視化システ
ムである．PBVR の重要な特徴として，ポリゴンベースの可視化手法と異なり，可視化用のデー
タ（粒子データ）のサイズが画像解像度で決定される事が挙げられ，それは元の大規模データの
サイズと比べて十分に小さくなる．このシステムは PBVR の粒子生成処理をサーバで，レンダリ
ング処理をクライアントで実行するように処理ステージを分解し，粒子データをソケット通信で
転送することでクライアントとサーバ間を接続する．粒子生成処理は要素並列に実行可能なモン
テカルロ法による計算で、高い並列化効率が期待される。またレンダリング処理においてサイズ
の小さい粒子データを利用することで従来手法と比べて十分に高速であり、対話的可視化に必要
とされる処理速度が達成可能である．そして画像詳細度制御によりネットワークの帯域に則した
サイズの粒子データの転送を行い、対話的なデータ探索が可能である。
サーバ上で行う粒子生成処理はモンテカルロ計算で行われるため計算負荷が高く，従来的な逐
次処理では処理速度が不足する．そのためスーパーコンピュータや GPGPU 等の最先端並列環境
における並列処理手法を提案し高速化を行った．GPGPU 上では粒子データのインデックス配列
を生成することで GPU メモリ上の粒子配列の一括確保と CPU メモリへの転送の隠蔽を可能にし，
448GPU コアを用いて 12 倍以上の高速化を実現した．スーパーコンピュータ上では粒子生成処
理を負荷分散させ，クライアントサーバモデルによる可視化システムを構築した．このシステム
は OpenMP と MPI によるハイブリッド並列で実装され，フィルタ処理により領域分割されたデ
ータをマスタースレーブ方式で負荷分散をする．この手法を約 1 億格子の構造解析結果データや
核融合プラズマ乱流シミュレーション結果に適用し，高い並列化効率が実現されることを確認し
た．本システムを商用のクライアント／サーバ型可視化アプリケーションと比較した結果、処理
コストを大幅に削減することができ、30 倍の高速化を実現した。
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1.Mark,etal.“Hybridparallelismforvolumerenderingonlarge,multiͲcoresystems”,2012
2.Peterka,etal.“ParallelVolumeRenderingontheIBMBlueGene/P”,2008
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Cores
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