Як GPU допомагають тренажерів NASA "бачити" краще

Майже всі з нас знайомі з поняттям «зір - одиниця». У Штатах для позначення 100%-ной гостроти зору існує поняття «20/20». Цей термін означає, що людина розрізняє букви висотою трохи менше, ніж 1,25 см, з відстані 20 футів (6 метрів). У блозі NVIDIA John Archdeacon, провідний розробник IG (Image Generator) в NASA Ames Research, розповідає про те, як поняття «зір - 20/20» пов'язаний з розробкою пілотажних тренажерів і як GPU допомагають підвищити гостроту зору тренажерів.

«Більшість пілотажних тренажерів забезпечують зір 2-го рівня (20/40 - ~ 85%), а це означає, що найбільш важливі деталі віртуального простору часто виглядають змазаними, і пілотам їх нелегко ідентифікувати. При цьому в більшості молодих льотчиків дуже хороший зір - на рівні 20/13 (тобто вище «одиниці»). Така гострота дозволяє їм бачити набагато більше деталей, ніж здатні забезпечити більшість існуючих систем візуалізації.

Весь цей рік команда NASA Ames працювала над проектом створення системи візуальної з «дозволом людського ока» для пілотажного тренажера, який ми робимо разом з дослідницькою лабораторією Військово-Повітряних Сил США (USAF). Завдяки цим розробкам, фахівці USAF вперше мають можливість вивчати різні елементи простору на пилотажном тренажері, що володіє можливістю виведення зображення гострота зору 20/10.

Для того, щоб створити такий тренажер, ми використовували дев'ять проекторів, які забезпечують дозвіл 4K (4096×2160). У сукупності вони забезпечують дозвіл у 36 разів більше, ніж у стандартного телевізора високої чіткості. Зображення відображаються на купол, не накладаючись один на одного, створюючи для пілота єдину, безперервну картину змодельованого зовнішнього світу. На сьогоднішній день система оперує дев'ятьма проекторами - і це не межа. У наступному році ми плануємо збільшити кількість проекторів до 15, що ще більше підвищить роздільна здатність виведеного зображення.

Замість 36 комп'ютерів - 5

Генератор зображення (IG) - це система, що складається з комп'ютерів, графічних підсистем, баз візуальних даних, програм управління і рендеринга, яка моделює синтетичний світ в реальному часі. Зазвичай для такої системи застосовують великий парк комп'ютерів. Якби для створеного тренажера USAF ми використовували ресурси класичних систем (тільки на базі CPU), то для отримання продуктивності в 60 кадрів в секунду нам знадобилося б 36 комп'ютерів, кожен з яких відповідав би за невеликий шматок виведеного зображення. Такі кластери громіздкі і складні в управлінні.

Застосування технології масштабованих рішень для візуалізації NVIDIA Quadro SVS дозволило скоротити кількість комп'ютерів до п'яти. У кожній з таких систем встановлено кілька професійних відеокарт Quadro і карт синхронізації Quadro Sync для виведення зображення на один або два проектори 4K. Для того щоб максимально скоротити затримки, вартість і складність системи, зв'язка між проекторами була організована на програмному рівні з допомогою технологій NVIDIA.

Ще одна проблема, що виникла при збільшенні дозволу проектора до можливостей людського ока, пов'язана з якістю моделей, які створюють для пілота картинку зовнішнього світу. Базу візуальних даних необхідно було наповнити моделями відповідного дозволу. Для цього проекту ми використовували супутникові зображення ультрависокої дозволу 4K х 2K, що більш ніж у вісім разів перевищує дозвіл текстур, які використовуються в традиційних пілотажних тренажерах, тому база даних відповідає дозволом екрану скрізь, де це можливо.

Більше пікселів, ніж людей на Землі

Систему візуалізації створеного тренажера доводиться потрібно нову сцену кожну 60-ву частку секунди. Тому для зберігання використовуваної бази даних як придався великий об'єм відеопам'яті професійних відеокарт Quadro. Завдяки цій можливості генератора зображення не доводиться постійно передавати дані в системну пам'ять і назад, що часто викликає зниження продуктивності системи.

Потужні обчислювальні ресурси створеного тренажера дозволяють йому кожні 2 секунди потрібно більше пікселів, ніж проживає сьогодні людей на нашій планеті».