FWF - MVP - Automatische Volumsdatenverarbeitung auf graphischen Parallelprozessoren

Volumetrische Datensätze, wie sie häufig von medizinischen Anwendungen erzeugt werden, stellen eine besondere Herausforderung an die Computergrafik: Durch ihre Komplexität und Größe erfordert die Verarbeitung und Darstellung die Programmierung neuester Grafikprozessoren, da heutige Hauptprozessoren für diese Art der Datenverarbeitung nicht gut geeignet sind. Dieser Projektantrag beschäftigt sich mit Methoden zur effizienten Ausnutzung dieser Geräte. Algorithmen zur Verarbeitung von volumetrischen Daten sind häufig nicht direkt an die daten-parallele Ausführung auf Grafikprozessoren anpassbar. Die dadurch entstehenden Implementierungen neigen zur Ineffizienz, weil sie oft nicht alle Recheneinheiten gleichmäßig mit Arbeit versorgen. Insbesondere bei interaktiven Anwendungen kann eine ineffiziente Implementierung das System unbrauchbar machen, weil die Bedienung durch den Benutzer eine Echtzeitverarbeitung der Daten erfordert. Aktuelle Grafikprozessoren versuchen effizienzsteigernde Maßnahmen umzusetzen, scheitern aber häufig an der Tatsache, dass die Art des ausgeführten Algorithmus und dessen Eigenschaften unbekannt sind. Des Weiteren besitzt diese von der Hardware gesteuerte Ausführungskontrolle nicht über ausreichende Privilegien im System, um weitreichende Entscheidungen durchzusetzen. An dieser Stelle setzt unser vorgeschlagenes Projekt an. Es bietet eine Programmierumgebung zur effizienten Ausführung und Speicherverwaltung für Volumsdarstellung und -verarbeitung. Über eine möglichst einfache Programmschnittstelle können Entwickler Daten und Aufgaben in Form eines gerichteten Ausführungs-Graphen an unser System übergeben. Dieses kann selbständig Abhängigkeiten erkennen und alle Aufgaben in geeigneter Reihenfolge unter Berücksichtigung von Einschränken (z.B. Echtzeitfähigkeit) an die ausführende Hardware übergeben. Speicherbereiche im Hauptspeicher und auf der Grafikkarte werden von unserer Umgebung verwaltet, und fehlende Daten automatisch von z.B. der Festplatte nachgeladen. Außerdem werden Zwischenergebnisse falls möglich zwischengespeichert, um die Gesamtlaufzeit zu verkürzen. Dieses Projekt verwendet neueste Grafikprozessor-Technik und Programmschnittstellen, wie OpenCL, um zukünftig Software-Entwicklern, die mit Volumsdatenverarbeitung konfrontiert sind, eine effiziente und zeitsparende Programmierung zu ermöglichen.