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pyParaOcean, महासागर डेटा के दृश्य विश्लेषण के लिए एक प्रणाली: सार और परिचय

द्वारा Oceanography: Everything You Need to Study the Ocean5m2024/05/30

बहुत लंबा; पढ़ने के लिए

इस शोधपत्र में, शोधकर्ताओं ने pyParaOcean का परिचय दिया है, जो गतिशील प्रक्रिया ट्रैकिंग और घटना का पता लगाने के लिए पैराव्यू में महासागर डेटा विज़ुअलाइज़ेशन को बढ़ाता है।

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लेखक:

(1) तोषित जैन, भारतीय विज्ञान संस्थान बैंगलोर, भारत;

(2) वरुण सिंह, भारतीय विज्ञान संस्थान बैंगलोर, भारत;

(3) विजय कुमार बोडा, भारतीय विज्ञान संस्थान बैंगलोर, भारत;

(4) उपकार सिंह, भारतीय विज्ञान संस्थान बैंगलोर, भारत;

(5) इंग्रिड होट्ज़, भारतीय विज्ञान संस्थान बैंगलोर, भारत और विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (आईटीएन), लिंकोपिंग विश्वविद्यालय, नॉरकोपिंग, स्वीडन;

(6) पीएन विनयचंद्रन, भारतीय विज्ञान संस्थान बैंगलोर, भारत;

(7) विजय नटराजन, भारतीय विज्ञान संस्थान बैंगलोर, भारत।

लिंक की तालिका

अमूर्त

मॉडल सिमुलेशन के विश्लेषण, विभिन्न घटनाओं और घटनाओं का पता लगाने और गतिशील प्रक्रियाओं की ट्रैकिंग के लिए दृश्य विश्लेषण को समुद्र विज्ञान के क्षेत्र में अच्छी तरह से अपनाया गया है। बढ़ते डेटा आकार और बहुभिन्नरूपी गतिशील डेटा की उपलब्धता के साथ, विज़ुअलाइज़ेशन और इंटरैक्टिव अन्वेषण के लिए स्केलेबल और एक्स्टेंसिबल टूल की बढ़ती आवश्यकता है। हम pyParaOcean का वर्णन करते हैं, एक विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम जो महासागर डेटा के दृश्य विश्लेषण में नियमित रूप से उपयोग किए जाने वाले कई कार्यों का समर्थन करता है। सिस्टम Paraview के लिए एक प्लगइन के रूप में उपलब्ध है और इसलिए यह अपनी वितरित कंप्यूटिंग क्षमताओं और इसके सामान्य विश्लेषण और विज़ुअलाइज़ेशन कार्यक्षमताओं के समृद्ध सेट का लाभ उठाने में सक्षम है। pyParaOcean महासागर डेटा के लिए विशिष्ट विभिन्न दृश्य विश्लेषण कार्यों का समर्थन करने के लिए मॉड्यूल प्रदान करता है, जैसे कि भंवर पहचान और लवणता आंदोलन ट्रैकिंग। ये मॉड्यूल Paraview फ़िल्टर के रूप में उपलब्ध हैं और इस सहज एकीकरण के परिणामस्वरूप एक ऐसी प्रणाली बनती है जिसे स्थापित करना और उपयोग करना आसान है। बंगाल की खाड़ी पर एक केस स्टडी महासागर की घटनाओं और प्रक्रियाओं के अध्ययन के लिए सिस्टम की उपयोगिता को दर्शाती है।

1 परिचय

समुद्री आंकड़ों को समझना तूफान और सुनामी जैसी चरम मौसम की घटनाओं की भविष्यवाणी करने, ग्लोबल वार्मिंग जैसी ग्रहीय पैमाने की प्रक्रियाओं की बेहतर समझ और समुद्री संसाधनों और उसके समुद्री जीवन को स्थायी रूप से प्रबंधित करने और संरक्षित करने के लिए महत्वपूर्ण है। समय के साथ बदलने वाले कई क्षेत्रों और मापदंडों की उपस्थिति के कारण समुद्री आंकड़ों को विज़ुअलाइज़ करना चुनौतीपूर्ण है। महासागरीय धाराएं निर्विवाद रूप से सबसे बड़ा कारक हैं जो महासागर-वायुमंडल प्रणाली के ताप संतुलन को बनाए रखती हैं और खनिजों और नमक की गति को प्रभावित करती हैं। मेसोस्केल एडीज, जो दसियों से सैकड़ों किलोमीटर व्यास में फैले होते हैं और जिनका जीवनकाल दिनों से लेकर महीनों तक हो सकता है [RR10], महासागरों में सर्वव्यापी हैं। वे महासागरों के भीतर गर्मी और द्रव्यमान के परिवहन में एक बड़ी भूमिका निभाते हैं [McW08]।

महासागर डेटा के संग्रह और निर्माण में प्रगति के साथ [FD06, Ros89], ऐसे उपकरणों की आवश्यकता है जो डेटा के प्रभावी विज़ुअलाइज़ेशन का समर्थन करते हैं, और महासागर डेटासेट के लगातार बढ़ते रिज़ॉल्यूशन और आकारों के साथ तालमेल रखने के लिए स्केलेबल हैं।

1.1. संबंधित कार्य

समुद्र विज्ञान में विज़ुअलाइज़ेशन, डेटा के तेज़ी से बढ़ते आकार, डेटा की विविधता और बहुभिन्नरूपी प्रकृति और महासागरीय घटनाओं की अंतर्निहित जटिलता के कारण अनुसंधान का एक चुनौतीपूर्ण क्षेत्र है। मैटलैब, टेकप्लॉट, एवीएस और पैराव्यू जैसे सामान्य उद्देश्य विश्लेषण और विज़ुअलाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर का उपयोग समुदाय में प्रचलित है। हालाँकि, समुद्र विज्ञानी अक्सर समुद्री डेटा के लिए विशेष रूप से विकसित उपकरणों का उपयोग करते हैं, जैसे कि फेरेट [Fer23], pyFerret [pyF23], और कोपरनिकस मायओसियन [myO23]। ये विशेष उपकरण कई कार्यात्मकताएँ प्रदान करते हैं और डेटा के 2D दृश्य बनाते हैं।

विज़ुअलाइज़ेशन समुदाय के भीतर विकसित कुछ सॉफ़्टवेयर फ़्रेमवर्क 2D और 3D डेटा विज़ुअलाइज़ेशन क्षमताएँ प्रदान करते हैं। COVE [GSK∗ 08] एक सहयोगी महासागर विज़ुअलाइज़ेशन वातावरण है जो वेब पर महासागर मॉडल के इंटरैक्टिव विश्लेषण का समर्थन करता है। RedSeaAtlas [AGT∗ 19] 2D मानचित्र में क्षेत्रों के चयन का समर्थन करता है और लाल सागर पर हवाओं, तरंगों, ज्वार, क्लोरोफ़िल आदि के खोजपूर्ण दृश्य प्रदान करता है। OceanPaths [NL15] एक बहुभिन्नरूपी डेटा विज़ुअलाइज़ेशन उपकरण है जो समुद्री धाराओं का पता लगाने वाले मार्गों की गणना करता है और मार्गों के साथ विभिन्न उच्च-आयामी डेटा की प्लॉटिंग का समर्थन करता है। यह विभिन्न समुद्र विज्ञान संबंधी विशेषताओं के बीच सहसंबंधों के अध्ययन को सक्षम बनाता है।

एक समुद्र विज्ञानी के विश्लेषण वर्कफ़्लो में कुछ सामान्य कार्य शामिल होते हैं [GSK∗ 08] जैसे कि तापमान और लवणता वितरण और ऊर्ध्वाधर क्रॉस सेक्शन का निरीक्षण, मॉडल डेटा के खिलाफ हाल ही में मापी गई लवणता डेटा की तुलना, प्रवाह डेटा के आधार पर वर्तमान भंवर और परिसंचरण का निरीक्षण और विश्लेषण, और चरम घटनाओं का विश्लेषण। आइसोसर्फेस और वॉल्यूम रेंडरिंग 3 डी तापमान और लवणता वितरण [DAN12, PBI04] के विज़ुअलाइज़ेशन के लिए स्वाभाविक विकल्प हैं। हालाँकि, गतिशील रूप से बदलते वितरण का विज़ुअलाइज़ेशन एक चुनौती है। VAPOR [LJP∗ 19] उन कुछ उपकरणों में से एक है जो समुद्र विज्ञान और वायुमंडलीय विज्ञान अनुप्रयोगों के लिए कुशल 3D विज़ुअलाइज़ेशन प्रदान करता है।

झी एट अल. [XLWD19] और अफजल एट अल. [AHG∗ 19] महासागर डेटा के लिए विकसित दृश्य विश्लेषण विधियों और उपकरणों के सर्वेक्षण प्रस्तुत करते हैं। झी एट अल. दृश्य विश्लेषण कार्यों को चार श्रेणियों में वर्गीकृत करते हैं, अर्थात् विभिन्न पर्यावरणीय चर का अध्ययन, महासागरीय घटनाओं की पहचान और ट्रैकिंग, पैटर्न और सहसंबंधों की खोज, और समूहों और अनिश्चितता का दृश्य। इसके अलावा, वे भविष्य के काम के लिए विभिन्न अवसरों और अनदेखे क्षेत्रों की पहचान करते हैं जिनमें डेटा प्रोसेसिंग और प्रबंधन के लिए कुशल और स्केलेबल तरीके, कई पैमानों पर सुविधाओं की पहचान और इमर्सिव प्लेटफॉर्म शामिल हैं। जबकि हम समुद्र विज्ञान विज़ुअलाइज़ेशन के लिए कई तरीकों की उपलब्धता को पहचानते हैं

1.2. योगदान

हम pyParaOcean प्रस्तुत करते हैं, जो समुद्री डेटा के इंटरैक्टिव अन्वेषण और दृश्य विश्लेषण के लिए एक प्रणाली है। यह प्रणाली Paraview [AGL05] की शक्ति का लाभ उठाती है ताकि समुद्री मॉडलों से उपलब्ध डेटा के स्केलेबल विज़ुअलाइज़ेशन को सक्षम किया जा सके, जबकि समुद्र विज्ञान के लिए विशेषीकृत कई कार्यों और कार्यात्मकताओं का समर्थन किया जा सके। pyParaOcean की विज़ुअलाइज़ेशन क्षमताएँ प्लगइन्स का उपयोग करके Paraview में सहज एकीकरण के माध्यम से उपलब्ध हैं। सिस्टम की मुख्य विशेषताओं में शामिल हैं

• लवणता और तापमान वितरण का अध्ययन करने के लिए 3D क्षेत्र विज़ुअलाइज़ेशन, गतिशील रूप से विकसित होने वाले आइसोवॉल्यूम्स को प्रदर्शित करने और उनका पता लगाने में सहायता के साथ।

• धारा रेखाओं और पथ रेखाओं के लिए विभिन्न बीजारोपण रणनीतियों के समर्थन के साथ महासागरीय धारा दृश्य।

• ऊर्ध्वाधर अनुभाग दृश्य और समानांतर निर्देशांक प्लॉट जो डेटा के इंटरैक्टिव चयन और स्लाइसिंग का समर्थन करते हैं।

• सतही मोर्चों के निष्कर्षण के माध्यम से लवणता की गतिविधि की पहचान और ट्रैकिंग। • भंवर विशेषताओं का दृश्यीकरण और ट्रैकिंग।

• एक विस्तारणीय डिज़ाइन जो पैराव्यू में फ़िल्टर के रूप में नई कार्यात्मकताओं को शामिल करने का समर्थन करता है।

हम इस प्रणाली की उपयोगिता को प्रदर्शित करने के लिए एक केस स्टडी के रूप में, एक समुद्र विज्ञानी के सहयोग से किए गए बंगाल की खाड़ी के अन्वेषण के परिणाम प्रस्तुत कर रहे हैं।