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Universität von Groningen

 
 

Das Zernikeborg-Gebäude, in dem das „Centre for High Performance Computing and Visualisation“ der Universität von Groningen untergebracht ist.

Das „Center for High Performance Computing and Visualisation“ (www.rug.nl/cit/hpcv) der Universität von Groningen stellt Wissenschaftlern hochmoderne Anlagen für die Erschaffung virtueller Realitäten sowie für Visualisierungsanwendungen und Supercomputing zur Verfügung. Dieses Zentrum verfügt zudem über den schnellsten Computer der Niederlande, einen BlueGene/L mit 12.288 Cores. Der Neurowissenschaftler Dr. Hans van Hateren ist jedoch der Überzeugung, dass PC-Grafikprozessoren von NVIDIA im Rahmen seiner Arbeit, der Stimulation neuronaler Reaktionen im menschlichen Auge, besser geeignet sind.


DIE HERAUSFORDERUNG

Dr. van Haterens Forschungsarbeit zielt darauf ab, durch die Stimulation der retinalen Schaltkreise, also derjenigen Zellen im Auge, die visuelle Informationen aktiv verarbeiten und weiterleiten, neue Erkenntnisse über die Funktionsweise des menschlichen Auges zu gewinnen. Ein tieferes Verständnis der Retinafunktion ist ein wichtiger Schritt für die Entwicklung künstlicher Modelle des Sehsystems, die in zahlreichen medizinischen, wissenschaftlichen oder industriellen Anwendungen eingesetzt werden könnten. Hierzu zählt beispielsweise die Entwicklung von Retina-Implantaten zur Behandlung von Sehbehinderungen sowie die Perfektionierung visueller Systeme für Roboter.

Die Bildverarbeitung in der menschlichen Retina erfolgt im Prinzip parallel – das heißt, es werden zahlreiche Informationen gleichzeitig verarbeitet. Eine große Anzahl an Zapfenzellen (lichtempfindliche Zellen der Retina) zerlegen das auf die Retina projizierte Bild in drei Farbkanaele und passen sich an die umgebenden Lichtverhältnisse an. Andere Neuronen der Retina sorgen für räumliche Interaktionen zur Kantenschärfung und zur Erhöhung der Farbkontraste im projizierten Bild.

Die Simulation dieser Prozesse mit einem Computer stellt eine große Herausforderung dar. Parallele Computer-Architekturen sind hierfür gut geeignet, doch ist zudem aufgrund der zahlreichen räumlichen Interaktionen auf der Retina eine schnelle, effiziente Kommunikation zwischen unterschiedlichen Prozessoren erforderlich.

DIE LÖSUNG

Eine Querschnittsdarstellung des menschlichen Auges mit einem vergrößerten Schema der Retina. In der Forschung werden NVIDIA Technologien eingesetzt, um die komplexen Abläufe in diesen Strukturen zu simulieren. Abbildung mit freundlicher Genehmigung von www.webvision.med.utah.edu.

Die professionellen Grafiklösungen von NVIDIA® stellen eine ausgezeichnete Plattform für Berechnungen dieser Art dar. Das inhärente Paralleldesign der Grafikprozessoren ermöglicht simultane Berechnungen zahlreicher Prozessoren, so dass sie perfekt für die Bearbeitung rechenintensiver Daten geeignet sind. Mit den Worten Dr. van Haterens: „Mit der Grafiktechnologie von NVIDIA können schnelle Algorithmen eingesetzt werden, die die komplexen chemischen und physikalischen Prozesse in der menschlichen Retina sehr präzise imitieren. Weitere Argumente für NVIDIA sind die hervorragende Leistungskurve über mehrere Kartengenerationen hinweg, Linux-Unterstützung und die neue CUDA™ Software-Umgebung, mit der kosteneffiziente, moderne Berechnungsprozesse mit höchster Leistung möglich sind.“


DIE AUSWIRKUNGEN

Dr. van Haterens Forschungsarbeit im Bereich des menschlichen Sehsystems profitiert von NVIDIA Technologien. „Die extrem hohe Leistungsfähigkeit der Lösungen von NVIDIA ermöglicht Simulationen, die das Verhalten der Retinaneuronen sehr genau nachahmen. Die NVIDIA Technologien stellen nicht nur die Plattform für die Entwicklung dieser Retina-Modelle dar, sondern ermöglichen durch ihre extreme Leistungsfähigkeit sogar die Imitation von bestimmten komplexen menschlichen Sehprozessen. So lassen sich beispielsweise HDR-Videosignale auf ganz ähnliche Art und Weise komprimieren und rendern, wie auch das Auge Bilder verarbeitet. Die Ergebnisse dieser Simulationen liefern völig neue Einsichten darüber, wie der Mensch sieht.“



 
 
 
 
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