Наука - Сквозь Вселенную

Наука - Сквозь Вселенную

Большое космическое путешествие
У всего необозримого числа космических объектов, от карликовых планетоидов до гигантских галактик, есть одна общая черта: человеку одинаково трудно представить и оценить их размеры. Между тем ученым постоянно приходится решать задачи по сопоставлению процессов, протекающих на различных уровнях. Новая система визуализации астрономических данных поможет прочувствовать весь спектр масштабов, которые охватывает мироздание.

Попытки создать интерактивную компьютерную модель окружающей нас Вселенной, включающую в себя планеты, звезды и ближайшие галактики, предпринимались неоднократно, однако все они были крайне малоубедительны – несмотря на существование обширных электронных каталогов, содержащих информацию о великом множестве астрономических тел. Камнем преткновения становится визуализация данных: их необходимо подать в удобном и легко читаемом виде, чтобы пользователь мог легко ориентироваться в процессе виртуального путешествия. Судя по всему, эту непростую задачу смогли решить Чи-Винг Фу (Chi-Wing Fu) и Эндрю Хансон (Andrew Hanson).

Говорит Эндрю Хансон: «Графические дисплеи обладают существенными ограничениями, которые затрудняют обработку больших детализированных изображений. Однако созданная нами программа позволяет отображать точные интерактивные карты, охватывающие широкий спектр масштабов с возможностью их плавного изменения. Это позволяет пользователю свободно «путешествовать» сквозь Вселенную без каких бы то ни было задержек».

В процессе разработки новой системы визуализации Хансон и Чи-Винг Фу решили ряд принципиальных проблем, к числу которых относятся возможность фокусировки на разноудаленных объектах, имитация пространственной глубины и обеспечение необходимой скорости при прокрутке изображения. Комментируя возникшие проблемы, Эндрю Хансон приводит следующий пример: «Представьте себе, что вы рассматриваете божью коровку, усевшуюся на кончике вашего носа, на фоне удаленной галактики. Вам будет очень непросто сопоставить масштабы этих объектов без какой-либо подсказки со стороны». Чтобы преодолеть это затруднение, необходимо, в частности, обеспечить непрерывное масштабирование изображения и возможность свободной перемены ракурса в трехмерном пространстве.

Обыкновенные алгоритмы изменения масштаба, используемые в графических редакторах, плохо подходят для адекватного отображения всей Вселенной – им потребовалось бы совершенно невероятное разрешение картинки и огромное количество операций на обработку каждого перемещения. Новый же алгоритм использует для масштабирования координат и векторов логарифмическую шкалу. Еще одной принципиальной инновацией, включенной в ядро программы, является имитация глубины картинки: очертания удаленных объектов, относящихся к заднему плану, оказываются несколько размытыми, что позволяет пользователю правильно сориентироваться в различных слоях изображения.

В процессе навигации по виртуальной Вселенной система использует и ряд других технологий, ускоряющих процесс перерисовки. При перемещении в новое место пользователь сперва видит предварительный вариант картинки, отличающийся несколько меньшей степенью детализации. После стабилизации местонахождения и масштаба изображение постепенно «проявляется» и становится более четким. Специальный программный фильтр отсеивает объекты, чьи размеры и яркость слишком незначительны для того, чтобы их можно было увидеть из данного места, освобождая тем самым ресурсы процессора для более насущных задач. Созданная в итоге система способна успешно работать на обыкновенном домашнем компьютере средней производительности. При этом она позволяет «путешествовать» по космосу, начиная с масштабов отдельной планеты, кончая галактиками и их скоплениями.

Содержание интерактивного путеводителя по вселенной было сформировано на основе электронных каталогов Sloan Digital Sky Survey и Bright Star Catalogue, с использованием данных, полученных с помощью орбитальной обсерватории Hubble и других космических телескопов.

По информации Physorg.Com

Логарифмическая шкала, использованная Хансоном и Чи-Вингом

Типичный объект: город. Порядок величины: 10⁴ м
Типичный объект: планета Земля. Порядок величины: 10⁷ м
Типичный объект: расстояние до Луны. Порядок величины: 10⁹ м
Типичный объект: Земля с ближайшими планетами – Марсом, Венерой. Порядок величины: 10¹¹ м
Типичный объект: Солнечная система. Порядок величины: 10¹³ м
Типичный объект: расстояние до ближайших звезд. Порядок величины: 10¹⁷ м
Типичный объект: расстояние до плеча созвездия Ориона. Порядок величины: 10¹⁹ м
Типичный объект: диаметр Млечного пути. Порядок величины: 10²¹ м
Типичный объект: расстояние до Туманности Андромеды. Порядок величины: 10²² м
Типичный объект: скопления галактик. Порядок величины: 10²⁴ м
Типичный объект: сверхскопления галактик. Порядок величины: 10²⁵ м
Типичный объект: обозримая Вселенная. Порядок величины: 10²⁷ м