网格是近年来国际上兴起的一项重要的信息技术,它为实现大规模范围内的资源共享和协同工作提供了必要的功能和机制,目前已被广泛的应用于科学和工程的各个领域。然而现有网格系统中的大多数都是面向批处理应用的,现有的网格技术在支持用户交互性强的应用方面还存在不足。事实上,科学和工程领域内的很多应用都具有非常强的用户交互性,科学计算可视化就是其中之一。可视化是利用计算机图形学技术和图像处理技术将通过科学计算或者采集得到的原始数据转换成图像的过程,作为科学计算后续处理的重要阶段,它在科学研究、国防建设以及国民经济中发挥着重要作用。可视化是一种计算和数据密集型应用,对硬件资源的需求巨大,同时还具有非常强的用户交互性。传统上通过高端并行计算机或者计算机集群进行并行可视化处理的方法已经不能满足可视化数据量快速增长和资源需求日益提高的要求,同时传统方法在向用户提供服务的范围上也越显不足。通过引入网格技术构建交互式可视化网格,在更广的范围内聚集和利用计算机资源并向更广范围内的用户提供交互式的可视化服务,已经成为可视化研究中一个新的重要研究方向;由于其强烈的用户交互性特点,交互式可视化网格研究也成为网格研究领域内的一个新方向。目前,可视化网格研究尚处于起步阶段,已有的工作各有特点,但系统性都不强,其中很多工作直接基于传统的并行可视化系统完成,可扩展性和跨平台性都不足,另外,大部分工作都在一定程度上忽视了可视化应用中的用户交互性特点。 在本文中,我们针对交互式可视化网格的目标和要求,结合当前工作的特点和不足,设计并实现了交互式可视化网格系统GVis,实现了大规模体数据的实时交互可视化,并通过网格门户向用户提供方便易用的交互式可视化服务。在设计和实现GVis系统时我们充分考虑到可视化应用中的用户交互性特点,GVis系统能够满足用户交互的实时性、稳定性和可靠性等需求。本文的主要工作和贡献包括: 提出并实现了一个交互式可视化网格系统的三层体系结构,该体系结构包括GVis运行时环境层、GVis可视化框架层和GVis网格门户层,每层负责提供不同的功能。GVis运行时环境层提供大规模网络环境中的资源管理、信息管理、可视化任务管理以及可视化数据管理,为可视化应用提供一个在网格平台上运行的支撑环境;GVis可视化框架层实现了网格环境中的并行可视化和远程可视化应用;GVis网格门户层为用户提供访问可视化服务并与可视化服务进行交互操作的功能界面。 构建了GVis运行时环境层(GVis Runtime Environment)GVRE,屏蔽了网格资源的异构性、自治性利动态性特征,为可视化应用在网格环境中透明、高效、稳定的运行提供必需的功能机制。在构建GVRE时,我们对网格中间件GT3提供的功能进行了合理的取舍和必要的扩充。首先,基于Globus提供的网格服务管理机制,创建了资源管理网格服务实现对网格资源的自治管理,并创建了任务代理网格服务实现对可视化任务的有效管理;其次,舍弃了GT3自带的信息索引服务,基于LDAP构建了信息索引服务实现GVis系统的信息管理;最后,对GT3进行扩展,通过实现交互式任务会话连接支持用户和可视化任务的实时交互,通过实现任务监测和迁移机制提高GVis系统的容错性。通过这一工作,使得GVis系统克服了传统网格系统对交互式应用支持不够的弱点,满足了可视化应用中用户交互的需求。