Úvodní strana  >  Články  >  Ostatní  >  Výzkumy v ASU AV ČR (83): Problémy zobrazování vícerozměrných astrofyzikálních dat

Výzkumy v ASU AV ČR (83): Problémy zobrazování vícerozměrných astrofyzikálních dat

Praktické ukázky různých technik pro zobrazení dat poskytnutých ve sférických souřadnicích ze simulace protoplanetárního disku. Nalevo je přepočet dat do kartézského souřadnicového systému, zatímco ostatní panely byly zobrazeny přímo s využitím sférických souřadnic metodou popsanou v článku. V prostředním sloupci je rozlišení zobrazovací mříže stejné jako rozlišení dat, celkově je v tomto případě zobrazováno 1,9 milionu mřížových bodů, což zcela znemožňuje interaktivní práci se změnou pohledového úhlu. Vpravo je zobrazení s menším rozlišením než datovým a celkový počet mřížových bodů je již přijatelných 52 000.
Autor: Rhys Taylor

K vyhodnocování astronomických dat se zejména v poslední době často používají automatické programové řetězce. Ty však musel navrhnout odborník a jejich vývoj nejčastěji začíná pohledem na ukázková data. Člověk dovede velmi rychle posoudit očekávání, která pak klade na automatický algoritmus. Na některá úskalí zobrazování trojrozměrných dat ve své práci poukazuje Rhys Taylor z ASU. 

Zná to každý fotograf noční oblohy. Pořídí snímek a než jej začne ve svém oblíbeném grafickém editoru upravovat, tak se na něj nejdříve podívá. Zhruba tak získá představu, co lze od snímku očekávat a teprve potom jej začne vylepšovat. Opatrní profesionální astronomové se stejně tak chovají k datům pořízeným libovolnými přístroji. Pozorování nebo měření nejprve zobrazují a až pak jej začínají zpracovávat. 

V případě jednorozměrných (např. světelné křivky) a dvojrozměrných (obrázky) dat jde o velmi jednoduchou a přímočarou operaci. Jenže z moderních přístrojů velmi často vycházejí měření troj- nebo více-rozměrná. Kromě prostorových souřadnic pak roli dalších rozměrů mohou hrát například čas, vlnová délka ve spektrální čáře, dopplerovská rychlost nebo třeba teplota. Zobrazování takových datových kostek již je větší výzvou, a to i v tom nejjednodušším případě, kdy jde o měření ve třech prostorových dimenzích v kartézském souřadnicovém systému. 

Datové náhledy často slouží k předběžné identifikaci význačných objektů. Jako příklad si vezměme hvězdnou oblohu. Na ní najdeme spoustu hvězd, které jsou zdánlivě blízko sebe a my bychom rádi věděli, zda se jedná skutečně o dvojhvězdy (tedy gravitačně vázané systémy) nebo o náhodný průmět dvou různě vzdálených hvězd. Abychom mohli toto posoudit, potřebujeme znát vzdálenosti hvězd, tedy třetí souřadnici a zobrazit hvězdy v jiné perspektivě. Situaci by zjednodušilo, kdybychom mohli interaktivně otáčet souřadnicovým systémem a studovat rozložení hvězd „ze všech stran“. To by jistě usnadnilo identifikaci dvojhvězd. 

Situace se po stránce výpočetní náročnosti komplikuje, pokud se stejným způsobem mají interaktivně zobrazovat plné datové kostky, tedy třeba výstupy 3-D simulací, v nichž je uložena hodnota fyzikální veličiny v každém bodě prostorové mřížky (v případě hvězdného pole je hvězda jen v některých bodech). Rhys Taylor z ASU se s touto úlohou uspokojivě vypořádal již v minulosti zveřejněním programu FRELLED, který slouží k renderování 3-D astronomických dat, je postaven na Pythonu a Blenderu a jeho podstatou je výpočet sady řezů, s nimiž je jako s texturami snadné a výpočetně levné manipulovat. 

Situace se ještě komplikuje v případě, že fyzikální veličiny jsou uvedeny v jiném, než kartézském souřadnicovém systému, kupříkladu v souřadnicovém systému cylindrickém nebo sférickém. Taková měření jsou běžně dostupná z celooblohových přehlídek a mohou být výstupem i z některých numerických simulací. Jednoduše by se nabízelo prostě přepočítat data z nepravoúhlé sítě do pravoúhlé. To s sebou ovšem nese riziko zkreslení dat. Například lineární rozměr výseku na sféře roste se vzdáleností od středu, takže přepočet může skončit dvěma extrémy: buď se rozlišení pravoúhlé mříže nastaví tak, aby nedocházelo k zkreslení v malých vzdálenostech, ale ve vzdálenostech velkých bude toto rozlišení již zbytečné a jen výrazně zvyšuje výpočetní náročnost zpracování, třeba až do stavu, kdy jsou přepočtená data v podstatě nezobrazitelná v interaktivním režimu. Druhým extrémem je pak stanovení rozlišení podle větších vzdáleností, což nevyhnutelně povede ke ztrátě informací ve vzdálenostech menších, neboť informace z více bodů nepravoúhlé sítě padne do jednoho bodu řídké sítě pravoúhlé. 

R. Taylor navrhuje jít jinou cestou. Například využít parametrické mapování (technikou známou jako UV mapping), kdy se zvolený řez (může být veden v křivočarých souřadnicích nastavením jedné ze souřadnic za konstantu) napíná na vrcholy prostorové mříže. I to může vést k velkému nárůstu bodů mříže a s tím spojené výpočetní náročnosti a ztrátě potřebné interaktivity. R. Taylor však ukazuje, že v kombinaci s kontrolovaným zkreslením je možné docílit rozumné přesnosti při zachování interaktivity. 

Dostupná verze programu FRELLED tuto vlastnost prozatím neimplementuje, ale R. Taylor si uvědomuje, že dříve nebo později ji bude muset přidat. Ať už pro účely své, tak pro účely dalších astrofyziků, kteří tento šikovný nástroj používají. 

REFERENCE

[1] Taylor, R., Visualizing Three-dimensional Volumetric Data with an Arbitrary Coordinate System, Publications of the Astronomical Society of Pacific 129 (2017) 028002, preprint arXiv:1611.02517
[2] http://www.rhysy.net/frelled.html
[3] ukázkové video

KONTAKT

Rhys P. W. Taylor, PhD
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR
Email: rhysyt@gmail.com

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



Seriál

  1. Na čem se pracuje v Ondřejově (1): Objev prvních B[e] nadobrů v Galaxii v Andromedě
  2. Na čem se pracuje v Ondřejově (2): Meteority Příbram a Neuschwanstein nedoprovázejí malá tělesa
  3. Na čem se pracuje v Ondřejově (3): Cesta k seismologii slunečních protuberancí
  4. Na čem se pracuje v Ondřejově (4): Předpověď slupky v galaxii NGC3923: cesta k ověření alternativní teorie gravitace?
  5. Na čem se pracuje v Ondřejově (5): Zašpinění bílí trpaslíci s magnetickým polem
  6. Na čem se pracuje v Ondřejově (6): Proudění plazmatu kolem slunečních skvrn
  7. Výzkumy na AsÚ AV ČR (7): SPLAT - mocný nástroj pro zobrazení a jednoduchou analýzu spekter
  8. Výzkumy na AsÚ AV ČR (8): Druhotná tvorba hvězd ve vznikajících galaxiích a hmotných hvězdokupách
  9. Výzkumy na AsÚ AV ČR (9): Hvězda v prachové obálce v okolí černé veledíry
  10. Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole
  11. Výzkumy na AsÚ AV ČR (11): Komplikovaná rotace planetky Apophis ovlivňuje její let Sluneční soustavou
  12. Výzkumy na AsÚ AV ČR (12): Protony slunečního větru ve vzdálenosti jedné astronomické jednotky od Slunce
  13. Výzkumy na AsÚ AV ČR (13): Chladný plyn v mezigalaktickém prostoru vytržen z galaxie ESO 137-001
  14. Výzkumy v AsÚ AV ČR (14): Bílá erupce pozorovaná spektrografem IRIS
  15. Výzkumy v AsÚ AV ČR (15): Be hvězda v těsné dvojhvězdě s horkým podtrpaslíkem
  16. Výzkumy v AsÚ AV ČR (16): Vliv rotačního směšování a metalicity na ztrátu hmoty hvězdným větrem
  17. Výzkumy v AsÚ AV ČR (17): Osiřelé penumbry jako testovací materiál pro teorii slunečních skvrn
  18. Výzkumy v AsÚ AV ČR (18): Detailní modely gravitačního pole Země
  19. Výzkumy v AsÚ AV ČR (19): Nejpřesněji určené parametry binární planetky
  20. Výzkumy v AsÚ AV ČR (20): Jasná Perseida s neobvykle vysokou počáteční výškou
  21. Výzkumy v AsÚ AV ČR (21): Prostorové mapování galaktického centra pomocí rentgenové polarimetrie
  22. Výzkumy v AsÚ AV ČR (22): Vliv atmosféry a oceánů na polohu rotační osy Země
  23. Výzkumy v AsÚ AV ČR (23): Analytický model Birkelandových proudů
  24. Výzkumy v AsÚ AV ČR (24): Ověřování zákrytového modelu proměnných aktivních galaktických jader
  25. Výzkumy v AsÚ AV ČR (25): Urychlování elektronových svazků ve slunečních erupcích
  26. Výzkumy v AsÚ AV ČR (26): Jak rotují kometární meteoroidy?
  27. Výzkumy v AsÚ AV ČR (27): Odhalovaná tajemství hvězdy se závojem
  28. Výzkumy v AsÚ AV ČR (28): Hvězdný vítr v dvojhvězdě s kompaktní složkou
  29. Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi
  30. Výzkumy v AsÚ AV ČR (30): Jak souvisejí astrosféry a astroohony s urychlováním částic kosmického záření?
  31. Výzkumy v AsÚ AV ČR (31): Dlouhodobé změny aktivity kataklyzmické proměnné V1223 Sgr
  32. Výzkumy v AsÚ AV ČR (32): Upřesnění základních parametrů planetky Apophis
  33. Výzkumy v AsÚ AV ČR (33): Možnosti měření magnetických polí ve sluneční chromosféře, přechodové oblasti a koróně
  34. Výzkumy v AsÚ AV ČR (34): Oblak G2 přežil průlet kolem centra Galaxie a je zřejmě mladou hvězdou
  35. Výzkumy v AsÚ AV ČR (35): Mateřské těleso meteoritu Čeljabinsk opět neznámé
  36. Výzkumy v AsÚ AV ČR (36): Nové dvojhvězdy s horkou podtrpasličí hvězdou a vlastnosti této populace hvězd
  37. Výzkumy v AsÚ AV ČR (37): Rekonstrukce vzhledu aktivního galaktického jádra
  38. Výzkumy v AsÚ AV ČR (38): Simulace chování astrofyzikálního plazmatu v extrémních podmínkách
  39. Výzkumy v AsÚ AV ČR (39): Drakonidy 2011 z letadla
  40. Výzkumy v AsÚ AV ČR (40): Kapitoly v učebnici Asteroids IV i od pracovníků AsÚ
  41. Výzkumy v AsÚ AV ČR (41): Balíček programů pro analýzu nemaxwellovských rozdělovacích funkcí částic ve sluneční atmosféře
  42. Výzkumy v AsÚ AV ČR (42): Tajemná povaha rentgenového zdroje Her X-1
  43. Výzkumy v ASU AV ČR (43): Vznik penumbry sluneční skvrny v přímém přenosu
  44. Výzkumy v ASU AV ČR (44): Rekurentní novy v galaxii M 31
  45. Výzkumy v ASU AV ČR (45): Možná naleziště ropy v Perském zálivu z gravitačních modelů
  46. Výzkumy v ASU AV ČR (46): Mohou být hvězdné pulsace zdrojem proměnnosti hvězdného větru?
  47. Výzkumy v ASU AV ČR (47): O původu meteorického roje Kvadrantid
  48. Výzkumy v ASU AV ČR (48): ALMA bude pozorovat i Slunce
  49. Výzkumy v ASU AV ČR (49): Vliv rentgenového záření na charakter hvězdných větrů v dvojhvězdách s hmotnou komponentou
  50. Výzkumy v ASU AV ČR (50): Turbulence plazmatu a kinetické nestability v expandujícím slunečním větru
  51. Výzkumy v ASU AV ČR (51): Vzhled rázové vlny hvězdy při průletu kolem centra Galaxie
  52. Výzkumy v ASU AV ČR (52): Mění srážky tvar planetek?
  53. Výzkumy v ASU AV ČR (53): Udržely póry sluneční cyklus v době Maunderova minima?
  54. Výzkumy v ASU AV ČR (54): Supererupce na hvězdě DG CVn
  55. Výzkumy v ASU AV ČR (55): Souvislost oblaků CO s obálkami HI v Mléčné dráze
  56. Výzkumy v ASU AV ČR (56): Nárůst kontinua ve slunečních erupcích – nové možnosti jejich předpovědí?
  57. Výzkumy v ASU AV ČR (57): Katalog videí dokumentujících pád bolidu Čeljabinsk
  58. Výzkumy v ASU AV ČR (58): Tisícileté cykly střední výšky světového oceánu
  59. Výzkumy v ASU AV ČR (59): Model expanze oblaků ve slunečním větru
  60. Výzkumy v ASU AV ČR (60): Detekce dopadů zemských miniměsíců
  61. Výzkumy v ASU AV ČR (61): Lze ze spektra aktivního galaktického jádra usoudit na povahu jeho zdroje?
  62. Výzkumy v ASU AV ČR (62): Lze pozorovat ohřev koróny nanoerupcemi?
  63. Výzkumy v ASU AV ČR (63): Neobvyklá rotace trpasličí galaxie je důsledkem nedávné srážky
  64. Výzkumy v ASU AV ČR (64): Přímé pozorování klouzavé rekonexe dalekohledem GREGOR
  65. Výzkumy v ASU AV ČR (65): Složky těsné vizuální dvojhvězdy 1 Del rozlišeny spektroskopicky
  66. Výzkumy v ASU AV ČR (66): Příčky v galaxiích jako důsledek vzájemného slapového působení
  67. Výzkumy v ASU AV ČR (67): Neobvyklé chemické složení zašpiněného bílého trpaslíka
  68. Výzkumy v ASU AV ČR (68): Hustota průmětů drah umělých družic Země na zemském povrchu a přesnost parametrů gravitačního pole Země
  69. Výzkumy v ASU AV ČR (69): Vlastnosti plazmatu ve slunečních protuberancích
  70. Výzkumy v ASU AV ČR (70): Útok létajících hadů - mohou vodíkové proudy fragmentovat na izolované oblaky vodíku?
  71. Výzkumy v ASU AV ČR (71): Vlastnosti satelitů planetek
  72. Výzkumy v ASU AV ČR (72): Rentgenová aktivita polaru AM Herculis
  73. Výzkumy v ASU AV ČR (73): Analýza spektra bolidu Benešov
  74. Výzkumy v ASU AV ČR (74): Když gravitační síla soupeří s elektromagnetickou – Elektricky nabitá látka v okolí zmagnetizované černé díry
  75. Výzkumy v ASU AV ČR (75): Co nám říkají erupce A hvězd o korónách G hvězd?
  76. Výzkumy v ASU AV ČR (76): Deset let optických dosvitů gama záblesků dalekohledy BOOTES
  77. Výzkumy v ASU AV ČR (77): Zdroje záření Lyman-α: Klíč k pochopení minulosti vesmíru?
  78. Výzkumy v ASU AV ČR (78): Hvězdné větry neobvyklých horkých hvězd
  79. Výzkumy v ASU AV ČR (79): Binární bílý trpaslík s magnetickou složkou
  80. Výzkumy v ASU AV ČR (80): Vznik druhé generace hvězd v hustých hvězdokupách
  81. Výzkumy v ASU AV ČR (81): Detekce sopek pod ledovým příkrovem Antarktidy
  82. Výzkumy v ASU AV ČR (82): Pozoruhodný vývoj sluneční póry
  83. Výzkumy v ASU AV ČR (83): Problémy zobrazování vícerozměrných astrofyzikálních dat
  84. Výzkumy v ASU AV ČR (84): Rumunský superbolid byl z neobvyklého materiálu
  85. Výzkumy v ASU AV ČR (85): Fragmentace plynných obálek a vznik dalších generací hvězd
  86. Výzkumy v ASU AV ČR (86): Vzplanutí typu zebra jako diagnostika vlastností plazmatu
  87. Výzkumy v ASU AV ČR (87): Zrcadlová nestabilita v turbulentním slunečním větru
  88. Výzkumy v ASU AV ČR (88): Molekulární plyn v „kometárním“ ohonu galaxie
  89. Výzkumy v ASU AV ČR (89): Jsou aktivní galaktická jádra podobná rentgentovým dvojhvězdám?
  90. Výzkumy v ASU AV ČR (90): Nové určení periody pohybu zemského pólu
  91. Výzkumy v AsÚ AV ČR (91): Prášící supernovy a přebytek infračerveného záření u mladých hvězdokup
  92. Výzkumy v ASU AV ČR (92): Mohou neutronové hvězdy za magnetismus černých veleděr?
  93. Výzkumy v ASU AV ČR (93): Videometeory jako nástroj určení orbit meteoroidů
  94. Výzkumy v ASU AV ČR (94): Kouřové kroužky ve slunečních erupcích
  95. Výzkumy v ASU AV ČR (95): Nalezneme kolem B[e] nadobra pastýřské planety?
  96. Výzkumy v ASU AV ČR (96): Prostorová rekonstrukce protuberance typu tornádo
  97. Výzkumy v ASU AV ČR (97): Globální modely hvězdného větru odhalují menší hmotnostní ztráty horkých hvězd
  98. Výzkumy v ASU AV ČR (98): Je rychlý trpaslík pozůstatkem nepovedeného výbuchu supernovy?
  99. Výzkumy v ASU AV ČR (99): Polarizace rentgenového záření umožní na dálku změřit černou veledíru


O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Astronomický ústav AV ČR, Vizualizace dat


42. vesmírný týden 2017

42. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 16. 10. do 22. 10. 2017. Měsíc bude v novu. Čeká nás ranní seskupení s planetami. Saturn je večer nízko nad jihozápadem. Celou noc jsou vidět planety Neptun a Uran, který bude v opozici. Ráno je vidět jasná Venuše a slabší Mars. Aktivita Slunce je nízká. Dobré podmínky k pozorování bude mít meteorický roj Orionid. Ve vypouštění raket byla minulý týden nejúspěšnější společnost SpaceX s rovnou dvěma úspěšnými starty. Rusové úspěšně poslali Rokot a na druhý pokus i nákladní loď Progress k ISS. Naopak ULA dokázala vypustit raketu Atlas V až na pátý pokus. Na vině byly technické problémy i počasí. A úspěšný start zaznamenala i Čína s Venezuelskou družicí.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Vteřiny před a po zatmění

Velké americké zatmění. Tak jej, pro nás přeci jen trochu velikášsky, nazvali sami Američané. Na druhou stranu se jim není co divit. Pás totality, tedy oblast viditelnosti úplného zatmění, se táhla skrze celou Ameriku. Prakticky od pustého severozápadu až po zalidněný jihovýchod. Zejména

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Seskupení Měsíce, Marsu a Venuše

Další informace »