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論文

Interactive in-situ steering and visualization of GPU-accelerated simulations using particle-based volume rendering

河村 拓馬; 長谷川 雄太; 井戸村 泰宏

Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.187 - 192, 2020/10

汚染物質の大気拡散予測の実現に向けて、GPUスーパーコンピュータ(スパコン)向けに最適化された適合格子細分化(AMR)による流体シミュレーションが開発されており、その結果の対話的な可視化や計算パラメータのステアリング技術が必要とされている。本研究では、これまでに開発してきた構造格子向けの粒子ベースIn-situ可視化手法をAMR向けに拡張し、ファイルを介したIn-situ制御機構を利用して計算パラメータのIn-Situステアリングを可能にした。開発した手法をGPUプラットフォーム上で動作する都市部でのプルーム分散シミュレーションに結合し、膨大なパラメータスキャン無しにヒューマンインザループにより汚染源探索が可能なことを示した。

論文

Intuitive interactions for immersive data exploration of numerical simulation results

田畑 銀河*; 坂本 尚久*; 河村 拓馬

Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.193 - 200, 2020/10

対話的な可視化・解析において、画面上における可視化結果の対話的な操作は知見の抽出に直結する重要な技術である。従来の2次元ディスプレイ上では、マウスを使って視点移動や可視化パラメータの調整等の対話的操作を行っていた。そして、CAVEシステムやヘッドマウントディスプレイ(HMD)等の仮想現実(VR)テクノロジが可視化・解析に利用されるようになり、VR空間中で可視化結果データを対話的に操作する技術の開発が可視化分野における重要な課題の一つとなった。本論文では、リープモーションにより現実のハンドジェスチャーを取り込み、HMDによるVR空間中で直感的に視点移動や可視化パラメータを変更する技術を提案する。開発した技術を4人にテストしてもらい、操作感のアンケートから視点変更が容易であるという結果を得ることができた。

論文

Improvement in interactive remote in situ visualization using SIMD-aware function parser and asynchronous data I/O

河村 拓馬; 井戸村 泰宏

Journal of Visualization, 23(4), p.695 - 706, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

粒子ベースボリュームレンダリングに基づくIn-situ可視化システムは、多変量ボリュームレンダリングに基づく高度にスケーラブルで柔軟な視覚解析環境を提供する。従来のCPUプラットフォームでは優れた計算パフォーマンスを示したが、最新のメニーコアプラットフォームでの高速計算により、関数パーサーと粒子データI/Oに関連する性能のボトルネックが明らかになった。本論文では、新しいSIMD対応の関数パーサーと、タスクベースのスレッド並列化に基づく非同期データI/Oを開発する。8208基のIntel Xeon Phi7250 (Knights Landing)プロセッサーで構成されるOakforest-PACS上の数値実験では、強スケーリングを約100kコアに維持しながら、一桁高い処理速度を実証した。

論文

Fuel debris' air cooling analysis using a lattice Boltzmann method

小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 河村 拓馬; 上澤 伸一郎; 山下 晋; 吉田 啓之

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 6 Pages, 2019/05

福島第一原子力発電所の廃炉の方法の一つとして、乾式法が挙げられる。日本原子力研究開発機構(JAEA)では、空冷性能のCFD評価手法としてJUPITERコードを開発している。しかしながら、JUPITERコードにおいて、複雑な原子炉内構造物を捉えた解析を実施するためには、非常の多くの計算資源と計算時間が必要となる。このような問題に対して、本研究ではGPUスーパーコンピュータに適した格子ボルツマン法に基づくCityLBMコードを開発している。CityLBMにてDry methodを模擬したJAEAの実験に対して検証計算を行なった結果、JUPITERコードと同様の結果が得られることが示された。また、同じ解像度および同数の並列数にて計算速度の比較を行った結果、GPUを用いたCityLBM法は、CPUを用いたJUPITERの1/6の計算時間にて解析が行えることが示された。以上の結果より、CityLBMは熱流動解析コードの有効な手法の一つであることが示された。

論文

Radiation imaging system using a compact $$gamma$$-ray imager mounted on a remotely operated machine

佐藤 優樹; 川端 邦明; 小澤 慎吾*; 和泉 良*; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 寺阪 祐太; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 敏和*; et al.

IFAC-PapersOnLine, 50(1), p.1062 - 1066, 2017/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:100

The development of remote and quick radiation imaging methods in the high dose-rate environment is requested to accelerate implementation of decommissioning of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (FDNPP). We developed the remote radiation imaging system consisting of a Compton camera and a multicopter drone to remotely measure the radioactive contamination on the several radioactive fields in the environment and inside the building of nuclear facilities such as the FDNPP. The drone system succeeded in the observation of several hotspots from the sky at the outdoor environments in coastal areas of Fukushima, Japan. In addition, we are now developing the SLAM technology for remotely operated machines such as the drone to complete the remote radiation imaging system, which can autonomous flight.

論文

Performance evaluation of runtime data exploration framework based on in-situ particle based volume rendering

河村 拓馬; 野田 智之; 井戸村 泰宏

Supercomputing Frontiers and Innovations, 4(3), p.43 - 54, 2017/07

AA2017-0206.pdf:3.74MB

最新のメニーコア・プラットフォーム上で、In-Situ粒子ベースボリュームレンダリング(In-Situ PBVR)に基づくIn-Situデータ探索フレームワークのパフォーマンスを検証した。In-Situ PBVRはコストの高い順序計算を回避することができ、並列モンテカルロサンプリングによって、大規模なボリュームデータを小さな可視化用粒子データに変換する。この特徴により、大規模シミュレーションのボトルネックである、1ノードあたりのメモリ制限や、計算速度とノード間通信速度のパフォーマンスギャップを回避することができる。さらに、サイズの小さな粒子データをクライアントPCに転送することによる自由な視点位置のボリュームレンダリング、そして非同期のファイルベースの制御シーケンスによるバッチ処理実行時の可視化パラメータを変更という、In-Situデータ探索が可能になった。In-Situ PBVRは、8208個のIntel Xeon Phi7250(Knights Landing)プロセッサで構成されたOakforest-PACS上で、約10万コアまでの強スケーリング(問題サイズを固定し、CPU数を増加させて処理を加速させるスケーリング)と省メモリ特性を示した。

論文

Algebraic design of multi-dimensional transfer function using transfer function synthesizer

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博

Journal of Visualization, 20(1), p.151 - 162, 2017/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.26(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

本論文では多変量向けボリュームレンダリングのための新しい伝達関数設計手法を提案する。従来的な手法ではGUIベースの伝達関数設計を行っていたために扱えるデータは2変量に限られていた。より高次元の伝達関数設計を対話的かつ直感的に行うために、Transfer Function Synthesizer (TFS)を開発した。TFSでは従来的なGUIや代数式で指定した1次元伝達関数を論理演算によって合成することで多次元伝達関数を生成する。TFSは多変量向けボリュームレンダリングを可能にするだけでなく、サーフェス可視化や画像合成をもボリュームレンダリングの枠組みで可能にする手法である。TFSは遠隔可視化システムPBVRに実装され原子力分野で計算された様々なデータに適用されている。

論文

In-situ visual exploration of multivariate volume data based on particle based volume rendering

河村 拓馬; 野田 智之; 井戸村 泰宏

Proceedings of 2nd Workshop on In Situ Infrastructures for Enabling Extreme-scale Analysis and Visualization (ISAV 2016) (Internet), p.18 - 22, 2016/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:12.72

視点拘束を受けない粒子データを用いて多変量ボリュームデータを可視化する粒子ベースボリュームレンダリング(PBVR)に基づく新しいIn-Situオンライン可視化フレームワークを開発した。我々が開発したオンラインアプローチは粒子データを使用した対話的な視点探索とシミュレーション実行時の多次元伝達関数の変更を可能とする。この実行時可視化は数千コアまでのストロングスケーリングを示し、計算時間も小さい。これらの特徴は大規模シミュレーションをモニタリングするための柔軟なIn-Situデータ探索を提供する。提案フレームワークをJUPITERコードによる圧力容器内部の燃料溶融シミュレーションに適用することにより、その有用性を示した。

論文

設計案の分析過程におけるデータ分析

中島 憲宏; 宮村 浩子; 川上 義明; 河村 拓馬

可視化情報学会誌, 35(Suppl.1), p.233 - 238, 2015/07

機械構造物の想定される損傷の誘因定義し、これによる想定現現象を仮定し、損傷可能性箇所を分析する作業は、設計過程において重要である。本論では、地震による要因を例にとり、これにより想定されうる現象をシミュレーションし、その結果を数理的に分析することで損傷可能性箇所の情報可視化する技術を試作した。一般機械部品を例にとり、設計者が損傷可能性箇所を設計者の感性により理解するための手段として例証した。

論文

オープンソース遠隔可視化ソフトウェアPBVR

河村 拓馬

計算工学ナビ・ニュースレター(インターネット), 7, p.4 - 5, 2015/06

従来の遠隔可視化システムは、可視化処理速度やメモリ使用量、データ転送量がボトルネックとなって、可視化作業に膨大な時間が必要とされていた。遠隔可視化ソフトウェアPBVR(Particle-Based Volume Rendering)はクライアント・サーバ システムを採用し、大規模な結果データをサイズの小さい可視化用粒子データに変換して転送することでこれらの問題を解決し、ボリュームレンダリングによるインタラクティブな可視化を実現している。開発したPBVRシステムをオープンソースとして公開し、これを記事として寄稿した。

論文

粒子ベースボリュームレンダリングによる大規模データの可視化技術

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 今村 俊幸*; 武宮 博

システム制御情報学会論文誌, 28(5), p.221 - 227, 2015/05

スーパーコンピュータ上の大規模データをボリュームレンダリングで可視化することは、複雑なデータを解析し知見を得るために重要であるが、従来のクライアント/サーバ可視化システムでは可視化処理速度やデータ転送量の点問題があった。粒子ベースボリュームレンダリングを利用した遠隔可視化システムは、ボリュームデータをサイズの小さい可視化用粒子データに変換することで、対話的な可視化が可能なシステムである。粒子データの生成に、京やBX900等のスーパーコンピュータを利用することで、一億要素のデータを数秒で処理し、約1000並列までのストロングスケーリングを示した。

論文

Remote visualization system based on particle based volume rendering

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博; 坂本 尚久*; 小山田 耕二*

Visualization and Data Analysis 2015 (Proceedings of SPIE Vol.9397) (Internet), p.93970S_1 - 93970S_8, 2015/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.37

この論文は遠隔地にあるスーパーコンピュータ上の大規模データに対する対話的な可視化を目的とした、粒子ベースボリュームレンダリング(PBVR)に基づく遠隔可視化システムについて提案するものである。遠隔PBVRシステムはレンダリングに必要な粒子データを生成するサーバとボリュームレンダリングを実行するクライアントから構成され、粒子データのサイズは画像解像度により計算されるものであり元のボリュームデータよりも十分に小さくなるという特徴がある。そのためネットワークの帯域幅に従って高フレームレートを得るための柔軟な画像詳細度制御が可能である。サーバはハイブリッドなプログラミングモデルにより様々なプラットフォームの高並列環境下で最適化可能である。この手法によりサーバ上のマッピング処理速度はCPU単体と比較して二桁高速化され、約一億格子のデータを数秒で処理可能である。提案手法を商用の可視化ツールと比較し、全体性能が激的に高速化されたことを確認した。

論文

Multivariate volume rendering using transfer function synthesizer implemented in remote visualization system PBVR

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博

Proceedings of SIGGRAPH Asia 2015 (SA 2015) (Internet), 4 Pages, 2015/00

本論文では多変量ボリュームレンダリング向けの新しい伝達関数設計手法を提案する。この手法は従来の1次元伝達関数や変量の論理演算によって多次元伝達関数を生成するものである。この手法は解析者が変量の相関を抽出したり、多変量に対するサーフェスやボリュームの統合表示をしたりできるようにする。そしてこの手法は幾つかのスーパコンピュータ上で最適化されている遠隔可視化システムPBVRに実装されている。原子力分野における燃料溶融の多層シミュレーションから得られたデータに対して実験を行い、溶融物の複雑な挙動を抽出することで有効性を示した。

論文

Hands-on seminar of remote visualization system PBVR

河村 拓馬

Proceedings of SIGGRAPH Asia 2015 (SA 2015) (Internet), 2 Pages, 2015/00

このセミナーは大規模複雑データの可視化が可能な遠隔可視化システムPBVRの実践的なガイドである。既存の商用可視化ソフトは、元データや可視化要素であるポリゴンの増大により、可視化結果を得るのに数時間から数日かかるという問題があった。PBVRは画素ベースの粒子データを分散可視化モデルで用いることで大規模データの対話的可視化を実現したシステムである。PBVRはクロスプラットフォームで開発され、京コンピュータをはじめとする様々なスーパコンピュータで動作する。このセミナーのゴールはPBVRの原理を学び、オープンソースソフトPBVRの使い方を習得することである。

論文

4次元データにおける特徴領域探索のための2次元可視化

宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 喜雄; 井戸村 泰宏; 武宮 博

情報処理学会論文誌, 55(9), p.2216 - 2224, 2014/09

数値シミュレーションでは、ある変量軸を設定して計算し、その変量の変化に応じて結果が変化する様子を観察することが行なわれる。対象となるモデルが3次元である場合、シミュレーション結果は4次元となる。このような4次元以上の多次元データの解析は、空間軸と変量軸で構成された多次元空間内を精査して特徴領域を特定する必要がある。しかし、多次元かつ大規模な対象データから特徴領域を探し出す作業は、膨大な手間と時間を要する。さらにすべての特徴領域を見逃しなく発見することは困難である。本研究では、4次元データから特徴領域を発見するために、動画像解析技術である時空間画像を応用した2次元可視化手法を提案する。具体的には、8分木構造を用いて空間軸を作成し、その軸と垂直に変量軸を作成することで4次元データを2次元画像として可視化する。実際に提案手法を原子力施設の耐震シミュレーション結果と固有値解析シミュレーション結果に適用し、応力値が相対的に高い領域の発見や、周波数ごとに影響を受ける領域の探索を実施した。その結果、提案手法を用いることで複雑かつ大規模な4次元データから特徴領域を効率的に発見できることを確認した。

論文

粒子ベースボリュームレンダリングを利用した遠隔可視化システム

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博

日本シミュレーション学会論文誌, 6(2), p.15 - 26, 2014/09

遠隔地にあるスーパーコンピュータシステム上で計算された大規模データに対して対話的な可視化を可能にする、粒子ベースボリュームレンダリング(PBVR)を利用した遠隔可視化システムを提案する。このシステムはクライアント・サーバ型のスタイルを採用し、PBVRに必要とされる可視化用の中間処理(粒子データの生成)をスーパーコンピュータ上で実行し、クライアントマシンに可視化用データを転送することで、対話的なボリュームレンダリングを行うことが可能である。PBVRは粒子数が描画する画素数によって決まるため、大規模ボリュームデータに対してデータ転送量を大幅に削減でき、粒子データを利用することで高いフレームレートが実現できる。このシステムではサーバマシンとしてGPGPUクラスタを使用し、MPIとCUDAのハイブリッドなプログラミングモデルを用いる。粒子データの生成処理はCPUによる手法と比較して2桁高速化され、要素数約108の構造格子と非構造格子を数秒で処理できる。システムの全体性能を商用の可視化ソフトウェアと比較し、2桁以上の可視化時間の短縮を達成した。

論文

粒子ベースボリュームレンダリングによる大規模データの可視化技術

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博

第58回システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集(CD-ROM), 6 Pages, 2014/05

スーパーコンピュータ上の大規模データをボリュームレンダリングで可視化することは、複雑なデータを解析し知見を得るために重要であるが、従来のクライアント/サーバ可視化システムでは可視化処理速度やデータ転送量の点問題があった。粒子ベースボリュームレンダリングを利用した遠隔可視化システムは、ボリュームデータをサイズの小さい可視化用粒子データに変換することで、対話的な可視化が可能なシステムである。粒子データの生成に、京やBX900等のスーパーコンピュータを利用することで、一億要素のデータを数秒で処理し、約1000並列までのストロングスケーリングを示した。

論文

原子力施設のための3次元仮想振動台システムの研究開発への取り組み

西田 明美; 鈴木 喜雄; 山田 知典; 木野 千晶; 鵜沢 憲*; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 武宮 博; 中島 憲宏

RIST News, (54), p.33 - 37, 2013/01

原子力施設は複雑かつ巨大な構造物であり、多数の部品から成り立っている。このような複雑・巨大構造物の挙動をシミュレーションしようとするときには、解析技術だけではなく、プリポスト処理を含めた総合的なシステムとしての視点が重要となる。そこで、システム計算科学センターでは、構造部品を部品単位で認識し、必要な解析のためのデータを組み上げていく組立構造解析アプローチを提案し、原子力施設のような複雑・巨大構造物の挙動解析のためのフレームワークを試作した。これまでに、原子力機構大洗研究開発センターにある高温工学試験研究炉の建屋や機器のデータを用いた数値実験を行い、原子力施設全体での大規模地震応答シミュレーションが可能であることを実証した。本稿では、3次元仮想振動台システムのフレームワーク、システムの核となる組立構造解析アプローチ、結果評価のための可視化技術、および、3次元仮想振動台システムの適用研究として2011年より着手した地震リスク評価への試みについて述べる。

論文

テンソルボリュームデータの可視化

河村 拓馬; 宮村 浩子

シミュレーション辞典, P. 223, 2012/02

昨今重要性を増しているシミュレーション技術の関連する広範な分野を総合的に俯瞰し、その基礎を体系的に記述するため、シミュレーション学会からシミュレーション辞典が発刊される。この辞典において、「テンソルボリュームデータ向け可視化」の項目を執筆した。関連する技術のサーベイを行い、テンソルグリフ表示,超流線表示、そしてテンソル場の縮退点探索技術についてまとめた。

口頭

Research and development in Center of Computational Science and e-Systems, JAEA

中島 憲宏; 河村 拓馬; 武宮 博; 鵜沢 憲; 井戸村 泰宏; 山田 進

no journal, , 

米国で開催される世界最大のスーパーコンピューティングにかかわる国際会議の2011年年次大会(SC '11)の展示会にて、平成22年度のシステム計算科学センターの研究成果として、耐震シミュレーション、材料シミュレーション、シミュレーション基盤技術,原子力分野における応用シミュレーションを発表するとともに、技術展示する。

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