Визуальные вычисления — это общий термин для всех дисциплин компьютерных наук, связанных с 3D-моделированием графических требований, для которых расширяются все дисциплины вычислительных наук. Хотя это имеет прямое отношение к программной визуализации микросервисов , визуальные вычисления также включают специализации подполей, которые называются компьютерной графикой , обработкой изображений , визуализацией , компьютерным зрением , вычислительной визуализацией , дополненной реальностью и обработкой видео , на которых расширяются до проектирования вычислений . Визуальные вычисления также включают аспекты распознавания образов , взаимодействия человека и компьютера , машинного обучения , робототехники , компьютерного моделирования , стеганографии , визуализации безопасности , пространственного анализа , вычислительной визуализации и вычислительного творчества. Основными задачами являются получение, обработка, анализ и рендеринг визуальной информации. Области применения включают промышленный контроль качества, обработку и визуализацию медицинских изображений , геодезию, мультимедийные системы, виртуальное наследие, спецэффекты в фильмах и телевидении и, в конечном счете, компьютерные игры, что является центральным для визуальных моделей дизайна пользовательского опыта . В заключение, это включает в себя смягчения больших языковых моделей (LLM) , которые находятся в генеративном искусственном интеллекте для разработки исследований вокруг моделирования научных инструментов (таких как микросервисы ) в вычислительных науках . Это особенно касается исследовательских симуляций, которые находятся между воплощенными агентами и генеративным искусственным интеллектом , который предназначен для визуальных вычислений. Таким образом, эта область также смягчается в разнообразии научных требований, которые удовлетворяются с помощью визуализированных технологий взаимосвязанных исследований в вычислительных науках .
Визуальные вычисления [1] — довольно новый термин, который получил свое нынешнее значение около 2005 года, когда впервые был созван Международный симпозиум по визуальным вычислениям. [2] Области компьютерных технологий, касающиеся изображений, такие как форматы изображений, методы фильтрации, цветовые модели и метрики изображений, имеют много общих математических методов и алгоритмов. Когда специалисты по информатике, работающие в дисциплинах компьютерных наук, связанных с изображениями, таких как компьютерная графика , обработка изображений и компьютерное зрение , заметили, что их методы и приложения все больше пересекаются, они начали использовать термин «визуальные вычисления» для описания этих областей в совокупности. А также методы программирования на графическом оборудовании, приемы манипуляции для обработки огромных данных, учебники и конференции, научные сообщества этих дисциплин и рабочие группы в компаниях перемешались еще больше.
Более того, приложения все чаще нуждались в методах из более чем одной из этих областей одновременно. Для создания очень подробных моделей сложных объектов вам нужны распознавание изображений , 3D-датчики и алгоритмы реконструкции , а для правдоподобного отображения этих моделей вам нужны реалистичные методы рендеринга со сложным моделированием освещения. Графика в реальном времени является основой для пригодного к использованию программного обеспечения виртуальной и дополненной реальности. Хорошая сегментация органов является основой для интерактивной манипуляции 3D-визуализациями медицинских сканов. Управление роботом требует распознавания объектов как модели его окружения. И все устройства (компьютеры) нуждаются в эргономичных графических процессорах.
Хотя многие проблемы считаются решенными в научных сообществах субдисциплин, составляющих визуальные вычисления (в основном в рамках идеалистических предположений), одной из основных проблем визуальных вычислений в целом является интеграция этих частичных решений в применимые продукты. Это включает в себя решение многих практических проблем, таких как работа с множеством оборудования, использование реальных данных (которые часто ошибочны и/или гигантского размера) и работа неподготовленных пользователей. В этом отношении визуальные вычисления — это больше, чем просто сумма своих субдисциплин , поскольку эта область действует как окончательная терминология, описывающая любые различные визуализированные требования.
По крайней мере, следующие дисциплины являются подобластями визуальных вычислений. Более подробные описания каждой из этих областей можно найти на связанных специальных страницах.
Компьютерная графика — это общий термин для всех методов, которые создают изображения с помощью компьютера. Преобразование описания объектов в красивые изображения называется рендерингом , который всегда является компромиссом между качеством изображения и временем выполнения.
Методы, которые могут извлекать информацию о содержании из изображений, называются методами анализа изображений . Компьютерное зрение — это способность компьютеров (или роботов) распознавать окружающую среду и правильно ее интерпретировать.
Визуализация используется для создания изображений, которые должны передавать сообщения. Данные могут быть абстрактными или конкретными, часто без априорных геометрических компонентов. Визуальная аналитика описывает дисциплину интерактивного визуального анализа данных, также описываемую как «наука аналитического рассуждения, поддерживаемая интерактивным визуальным интерфейсом». [3]
Для представления объектов для рендеринга необходимы специальные методы и структуры данных, которые объединены термином геометрическое моделирование . В дополнение к описанию и интерактивным геометрическим методам, данные датчиков все чаще используются для реконструкции геометрических моделей. Алгоритмы для эффективного управления 3D-принтерами также относятся к области визуальных вычислений.
В отличие от анализа изображений, обработка изображений манипулирует изображениями для получения лучших изображений. «Лучше» может иметь совершенно разное значение в зависимости от соответствующего применения. Кроме того, его следует отличать от редактирования изображений , которое описывает интерактивную манипуляцию (или автоматизированную посредством компьютерных алгоритмов) изображениями на основе человеческой проверки.
Методы, которые создают ощущение погружения в вымышленный мир, называются виртуальной реальностью (VR). Требования к VR включают в себя дисплеи, закрепленные на голове , отслеживание в реальном времени и высококачественный рендеринг в реальном времени. Дополненная реальность позволяет пользователю видеть реальную среду в дополнение к виртуальным объектам, которые дополняют эту реальность. Требования к точности скорости рендеринга и точности отслеживания здесь значительно выше.
Планирование, проектирование и использование интерфейсов между людьми и компьютерами — это не только часть каждой системы, включающей изображения. Из-за высокой пропускной способности зрительного канала человека (глаза) изображения также являются предпочтительной частью эргономичных пользовательских интерфейсов в любой системе, так что взаимодействие человека с компьютером также является неотъемлемой частью визуальных вычислений.
Visual Cloud — это реализация приложений визуальных вычислений, которые опираются на архитектуры облачных вычислений , обработку и хранение в масштабе облака и повсеместное широкополосное подключение между подключенными устройствами , сетевыми периферийными устройствами и облачными центрами обработки данных . Это модель предоставления услуг визуальных вычислений потребителям и бизнес-пользователям, позволяющая поставщикам услуг реализовать общие преимущества облачных вычислений , такие как низкая стоимость, эластичная масштабируемость и высокая доступность, предоставляя оптимизированную инфраструктуру для требований приложений визуальных вычислений.