Modulární vizualizační prostředí MVE
Sestavte si vizualizaci
MVE (Modular Vizualisation Environment) je modulární nástroj pro manipulaci s rozsáhlými daty, určený především pro zpracování vizuální informace. Systém MVE byl vyvinut na základě zkušeností s touto problematikou v Centru počítačové grafiky a vizualizace dat na Západočeské univerzitě v Plzni. Je určen pro platformu MS Windows NT/2000.

V modulárně vizualizačních systémech jsou úlohy vizualizace rozděleny do logických částí. Jednotlivé podúlohy jsou řešeny odděleně a tím tedy modulárně vizualizační systémy zjednodušují proces implementace dalších funkcí i samotné vizualizace. Například existuje-li již modul pro zobrazení trojúhelníkové sítě, modul pro načítání trojúhelníkové sítě ze souboru (obvykle formátu STL, což je standardní formát pro takováto data) a potřebujeme provést redukci počtu trojúhelníků pro rychlejší zobrazení, pak je nutné implementovat pouze tuto funkci jako modul a není nutné se zabývat problémem načítání trojúhelníkových dat a jejich zobrazením.
Systém MVE na Západočeské univerzitě původně vznikal jako cílová platforma pro studentské práce v oboru Počítačová grafika a vizualizace dat, v současné době se však používá i pro vědecko-výzkumnou práci. Systém sestává z editoru a jednotlivých modulů. Editor, aplikace MS Windows, slouží k vytváření a spouštění schémat, která popisují tok dat mezi moduly. Moduly jsou DLL knihovny postavené na systému MVE. Uživatelé se mohou díky MVE plně zaměřit na svoji úlohu a nemusejí se věnovat problémům, které s jejich úlohou přímo nesouvisejí.

Editor
Editor (obr. 1) poskytuje uživatelské prostředí pro návrh výpočetního schématu definujícího způsob předávání dat mezi moduly a spouštění modulů. Hlavním prvkem editoru je pracovní plocha, na níž se vytváří schéma výpočtu. Moduly jsou na ploše schématu zobrazeny jako větší ikony, obsahující název modulu, tlačítko Setup a vstupy/výstupy se jmény typu. Směr šipek označuje, zda jde o vstup či výstup.
Editor dále obsahuje seznam modulů, z něhož lze moduly myší přetahovat na pracovní plochu schématu - stejným způsobem se také propojují vstupy a výstupy modulů. Samozřejmě lze spojit pouze vstupy a výstupy stejného typu, přičemž jeden výstup může být napojen na více vstupů. Vytvořené schéma určuje, které moduly a v jakém pořadí budou spuštěny.
Schéma může být vykonáváno sériově či paralelně, v závislosti na nastavení. Průběh výpočtu je vidět na stavovém řádku editoru, kde se zobrazuje informace o právě běžícím modulu. Schéma lze uložit na disk pro opětovné použití. 
Bližší informace k použití modulů a editoru jsou v Uživatelské dokumentaci, která je dostupná na Chip CD či na webových stránkách. Dokument je v angličtině.

Příklad použití a výstupu
Systém MVE je zaměřen na vizualizaci dat především z oblasti průmyslu a lékařství, tedy zejména zpracování a vizualizaci trojúhelníkových sítí a volumetrických dat. Přitom se nejvíce využívá těchto operací: triangularizace, redukce trojúhelníkové sítě, úprava dat ve frekvenční oblasti, rekonstrukce povrchů z řezů a naopak, rekonstrukce povrchů z implicitních funkcí.
Ve většině případů je nutné data v nějaké formě znázornit na obrazovce - vizualizovat. Jedním z modulů, který je vhodný pro vizualizaci trojúhelníkové sítě, je modul Renderer. Tento modul umožňuje přepínat mezi projekcemi, zobrazovat body, hrany či celé trojúhelníky, provádět dočasnou redukci trojúhelníků (pro rychlejší vykreslování při změně polohy dat) a ukládat animaci pohybu dat na disk ve formě souborů BMP.
Na obr. 2 je typické použití modulu Renderer pro vizualizaci lidské lebky. Další možností je použití modulu VolumeSlicer, který vizualizuje volumetrická data řezáním dat rovinou.

Moduly a jak to funguje
Celý systém je postaven na používání definovaných datových struktur a poskytování předepsaných funkcí v rámci modulů a editoru. Jelikož jsou tyto struktury a předepsané funkce dostupné v jazyce C i v jazyce Pascal, je možné k vývoji modulů použít například jeden z následujících prostředků: MS Visual C++, Borland C++ Builder či Borland Delphi. 
Moduly mohou být trojího typu: vstupní, výpočetní a výstupní. Vstupním modulem může být například generátor bodů či modul na načítání trojúhelníkových sítí ze souboru, výpočetním modulem může být třeba modul provádějící diskrétní transformaci. Výstupními moduly mohou být moduly pro uložení dat na disk či zobrazovací moduly. Modul se skládá z několika funkcí, které provádějí spouštění výpočtu, nastavení jeho parametrů a uvolňování paměti v rámci modulu. Moduly jsou umístěny v DLL knihovně. 
Při spuštění editoru jsou nejprve všechny funkce registrovány tak, že ze standardního adresáře (Modules) jsou ode všech DLL knihoven vyžádány seznamy funkcí, které poskytují, z čehož editor usoudí, jaké moduly knihovna obsahuje. Jednotlivé moduly dostupné z těchto knihoven jsou pak zobrazeny v seznamu modulů. Potom jsou moduly umisťovány na plochu schématu, přičemž editor pouze dohlíží nad dodržováním typů spojovaných vstupů a výstupů a umožňuje nastavení modulů.
Po spuštění schématu se editor stará o spouštění jednotlivých modulů i o předávání dat mezi nimi. Moduly jsou spouštěny sériově či paralelně (pokud je to možné). Data jsou z paměti uvolňována, pokud nejsou potřebná, nebo jsou ponechána v paměti do příštího spuštění schématu (to závisí na nastavení).
Bližší informace o implementaci modulů a MVE jsou popsány v Programátorské dokumentaci, která je dostupná na Chip CD či na domácích stránkách. Dokument je opět v angličtině.

Závěr
Systém byl navržen tak, aby byl snadno rozšiřitelný. Oproti ostatním modulárně vizualizačním prostředím je rozhraní modulu velmi jednoduché. Zájemci o tvorbu nových modulů jsou vítáni. Budeme rádi, pokud nás o svém zájmu o MVE informujete.

Jan Hrádek | cse@kiv.zcu.cz

Poznámka k instalaci
Instalaci provedete spuštěním souboru install.exe buďto ze stránek na CD, nebo přímo z podadresáře install na CD. Tato instalace je ochuzena o některá ukázková data, jelikož pro kompletní instalaci nebyl na CD dostatek prostoru. Po instalaci zabere MVE cca 40 MB. Pro stažení ostatních ukázkových dat či posledních verzí MVE a modulů navštivte "download" stránku MVE nebo vám může být zaslán CD-ROM za manipulační poplatek 100 Kč.
Ukázková data pocházejí z těchto zdrojů (viz Uživatelská dokumentace): 
Cyberware - www.cyberware.com
Gatech - www.cc.gatech.edu/projects/large_models/index.html
Avalon - University of North Carolina


Doporučená konfigurace: 
Malá data (<10 MB, dostupný na Chip CD): Pentium 200 MHz, 64 MB RAM.
Velká data (>10 MB, dostupný z WWW): Pentium III 500 MHz, 256 MB RAM, GeForce 2 a lepší.
Testovací konfigurace: Pentium III 750 MHz, 1GB RAM, NVIDIA Riva TNT2.

Infotipy:
http://herakles.zcu.cz > Stránky Centra počítačové grafiky a vizualizace dat
http://herakles.zcu.cz/research.php > Informace o MVE a dalších projektech
http://herakles.zcu.cz/research/mve/download.php > "Download" stránka MVE