NASA Mars Rover

 
 
NASA Mars Rover - Visualizzazione del pianeta rosso con grafica NVIDIA Quadro.
La missione

Grazie alle mappe del terreno in 3D visualizzate utilizzando soluzioni grafiche NVIDIA Quadro®, gli scienziati NASA possono far percorrere ai moduli di esplorazione inviati su Marte sino a 40 metri al giorno. Questa immagine, cortesemente concessa da NASA/JPL/Cornell/Maas Digital LLC, è stata elaborata proprio utilizzando soluzioni grafiche NVIDIA.
Il fascino esercitato dal pianeta Marte è costantemente cresciuto nel corso dei secoli. La scoperta dei canali da parte degli astronomi alla fine del XIX secolo e le prime immagini panoramiche offerte dal passaggio della sonda Mariner 4 nel 1965, hanno alimentato una corrente scientifica volta alla ricerca di possibili forme di vita sul pianeta rosso. Le missioni attuali si concentrano sulla ricerca di acqua. È tuttora considerato possibile che qualche forma di vita possa esistere nelle acque di Marte, sia in fonti sotterranee che sotto spesse calotte ghiacciate. Raccogliendo maggiori informazioni sulla storia dell'acqua di Marte, gli scienziati sperano di sostituire i vecchi miti con teorie scientificamente provate e di poter rispondere ad alcune delle domande più importanti sulla natura stessa dell'universo.

La missione inviata su Marte nel 2004 dalla NASA si articola sull'atterraggio di due moduli di esplorazione automatizzati delle dimensioni di golf cart ed equipaggiati con cineprese e strumenti scientifici per la visualizzazione e l'analisi della superficie. Gli scienziati della missione hanno a lungo cercato un sistema a prova di errore per programmare i movimenti dei moduli, per garantire il successo delle operazioni e massimizzare le informazioni raccolte. A questo scopo, gli scienziati della NASA hanno selezionato la tecnologia grafica professionale di NVIDIA Corporation.

La NASA sta avvalendosi di soluzioni grafiche NVIDIA Quadro® per ricostruire il terreno marziano all'interno di un ambiente virtuale fotorealistico a partire dai dati trasmessi dai moduli di esplorazione. Questa soluzione consente agli scienziati di esplorare Marte in 3D come se potessero effettivamente muoversi liberamente sulla superficie del pianeta. Questo ambiente basato su soluzioni NVIDIA funge da sistema di pianificazione e programmazione precisa per gli scienziati della NASA e permette loro di mettere alla prova preventivamente una varietà di scenari per i "Mars rover", mappandone percorsi ed esperimenti prima di fornire al veicolo le istruzioni necessarie per l'effettivo espletamento delle missioni, “percorrendo” ricostruzioni virtuali in grafica 3D altamente realistica della superficie di Marte.

La grafica NVIDIA permette agli scienziati della NASA di programmare in modo interattivo i movimenti del modulo di esplorazione utilizzando viste fotorealistiche in 3D della superficie in modo che i comandi trasmessi al rover permettano il pieno successo degli esperimenti e delle missioni di raccolta dei dati. Le trasmissioni di dati da Marte includono quantità massicce di dati immagine che devono essere visualizzati, studiati e condivisi con la massima rapidità. La visualizzazione tridimensionale in ambientazioni virtuali fotorealistiche costituiscono il modo più efficace per massimizzare la distanza percorribile e le informazioni raccolte.

Trattamento dei dati marziani

Nel corso dei prossimi tre mesi, la NASA riceverà numerosi terabyte di dati dai due moduli di esplorazione marziani. Il primo rover, denominato Spirit, è atterrato con successo nel cratere Gusev il 4 gennaio 2004, con tre settimane di anticipo rispetto alla data di atterraggio del secondo modulo. Il cratere Gusev è stato selezionato perché sembra essere stato eroso molto tempo fa da un corso d'acqua.

La soluzione grafica NVIDIA Quadro su cui si fonda il software di realtà virtuale Viz della NASA permette di visualizzare questa ricostruzione 3D virtuale del terreno, che mostra una traccia lasciata da uno degli airbag di Spirit. Immagine cortesemente offerta da NASA Ames/JPL/Cornell.
Il sito di atterraggio del secondo modulo, Opportunity, si trova a mezzo pianeta di distanza, in una regione denominata Meridiani Planum. Questa località è una delle pianure più piatte e regolari del pianeta Marte ed è interessante perché la sonda Mars Global Surveyor l'ha indicata come ricca di ossido di ferro, o ruggine, che tipicamente si forma in associazione con l'acqua.

Spirit invia a Terra dati generati da due coppie di cineprese per l'individuazione dei pericoli montate sotto telaio principale, sulla parte anteriore e su quella posteriore del rover e da altre due coppie di cineprese che si trovano in cima al pennone che si innalza dal telaio stesso. Queste cineprese includono una cinepresa panoramica ad alta risoluzione e una coppia di cineprese a bassa risoluzione per la navigazione.

Le cineprese forniscono le visuali necessarie per la navigazione dei rover e raccolgono dati scientifici sulle condizioni geologiche e atmosferiche. Le cineprese panoramiche dei Rover inviano in modo digitale imponenti panoramiche ad alta risoluzione e 360 gradi della superficie come immagini a 1024 x 1024 x 16 bit. Una trasmissione di un modulo può includere centinaia di immagini.

Mappe in 3D per l'esplorazione

Le soluzioni NVIDIA Quadro aiutano gli scienziati a determinare le attività dei moduli senza dover analizzare massicce quantità di dati fotografici. Gli scienziati NASA si avvalgono di grafica NVIDIA per visualizzare immagini fotografiche in alta risoluzione con un livello di dettaglio più che triplo rispetto alle immagini inviate dalla sonda Sojourner nel 1997. Dato che i nuovi moduli di esplorazione viaggiano a distanze da sei a dieci volte superiori a quelle offerte dalla sonda Sojourner, con la possibilità di ottenere una quantità di misurazioni per piede dalle 6.000 alle 10.000 volte superiore, i dati visualizzati con la grafica NVIDIA vengono trasformati in una rappresentazione della superficie del pianeta particolarmente dettagliata e ottimizzata dal punto di vista visivo.

Il Mars rover Spirit invia a Terra fotografie in alta risoluzione del terreno. La soluzione grafica NVIDIA aiuta la NASA a ricostruire la superficie in realtà virtuale fotorealistica grazie a questi e agli altri dati trasmessi. Questa immagine, cortesemente concessa da NASA/JPL/Cornell/Maas Digital LLC, è stata creata utilizzando soluzioni grafiche NVIDIA.
Il Rover è costantemente in funzione durante tutto il corso di una missione. Ogni giorno, quando le missioni del rover sono in corso, un gruppo di scienziati della NASA si concentra sulle operazioni della giornata mentre un altro programma le attività del giorno seguente studiando e interagendo con questa rappresentazione grafica virtuale dei dati fotografici e strumentali — ricavata da parti del terreno di Marte osservate ma ancora inesplorate. Grazie alla costante ricostruzione dei modelli di terreno sulla base dei nuovi dati immagine, i segmenti di mappa 3D esistenti vengono fusi in un ambiente virtuale principale, che — al compimento della missione —rappresenterà la totalità dei movimenti dei moduli.

“La tecnologia NVIDIA permette alla NASA di visualizzare il terreno marziano in una realtà virtuale fotorealistica, espandendo notevolmente la comprensione degli scienziati dell'ambiente e semplificandone l'analisi”, ha dichiarato Laurence Edwards, Ph.D., leader del gruppo Marte del NASA Ames Research Centre assegnato alla visualizzazione e alla ricostruzione in 3D della superficie del pianeta. “Grazie a questa possibilità, gli scienziati possono accedere a un modello eccellente dal punto di vista visivo della superficie del pianeta e studiare in modo interattivo molteplici prospettive — con viste frontali, posteriori e laterali — di ogni oggetto investigato dal modulo per esplorare pienamente tutte le opzioni disponibili per quanto riguarda rotte ed esperimenti.”

"Grazie alle soluzioni grafiche NVIDIA Quadro su cui si fonda Viz, il software di realtà virtuale che utilizziamo per le missioni su Marte, possiamo inoltre modellare le condizioni di illuminazione e della superficie che prevediamo possano essere presenti su Marte al momento in cui viene condotto un esperimento", ha dichiarato Edwards. “Se una roccia proietta un'ombra, oscurando una formazione superficiale potenzialmente interessante, gli scienziati della missione di terra sapranno di questo effetto con notevole anticipo e potranno individuare soluzioni alternative. Queste possibilità offerte da NVIDIA consentono agli scienziati NASA di ipotizzare una vasta gamma di scenari e di mappare i movimenti e le attività dei rover prima di far loro intraprendere qualsiasi operazione effettiva."

Visualizzazione avanzata nelle Workstation PC

Questa immagine 3D di Adirondack, una formazione rocciosa delle dimensioni approssimative di un campo di calcio, è stata ricostruita utilizzando Viz e soluzioni grafiche NVIDIA Quadro. Questa formazione rocciosa è stata scelta come prima destinazione di Spirit perché ha una superficie relativamente piana ed è sufficientemente priva di polvere — condizioni ideali per scalfire la superficie della roccia e poterla analizzare. Immagine cortesemente offerta da NASA Ames/JPL/Cornell.
"La tecnologia NVIDIA è stata cruciale per risolvere ogni necessità di visualizzazione presentata dalle missioni su Marte. L'incredibile livello di prestazioni, precisione e capacità di mappatura delle ombre offerti dalle soluzioni NVIDIA Quadro permettono alla NASA di utilizzare normali workstation PC per la visualizzazione delle ricostruzioni della superficie marziana al massimo livello di dettaglio. Le schede NVIDIA Quadro, in sistemi individuali e in cluster, ci permettono di realizzare mappe in 3D del terreno di Marte all'interno di uno spazio in realtà virtuale fotorealistica che semplifica notevolmente la comprensione da parte degli scienziati di quell'ambiente remoto e snellisce notevolmente il processo di analisi dei dati", ha dichiarato Laurence Edwards.

La maggior parte degli scienziati trascorrono il proprio tempo osservando modelli di terreno grazie a normali workstation per operazioni scientifiche NASA dotate di soluzioni grafiche NVIDIA Quadro FX 2000. Secondo Edwards, "questa soluzione fondata su tecnologie NVIDIA gestisce una porzione di notevoli dimensioni del modello di terreno complessivo e rende decisamente più pratico l'accesso ai dati. Per i modelli del terreno in 3D a massima risoluzione con visuali panoramiche a 360 gradi della superficie utilizziamo invece schede NVIDIA Quadro FX 3000. Progettiamo inoltre di mettere in cluster un certo numero di workstation PC dotate di NVIDIA Quadro FX 3000G. Il sistema così realizzato dovrebbe sorpassare persino la potenza raggiungibile dai più dispendiosi supercomputer, oltre a permettere di offrire la visualizzazione di fascia alta a un numero maggiore di scienziati."

Secondo Jeff Brown, direttore generale della gestione dei prodotti workstation di NVIDIA, la NASA ha completato la propria migrazione da una versione di Viz su supercomputer a quella su workstation basate su PC dotate di tecnologie grafiche NVIDIA Quadro per le ragioni seguenti:
  • Prestazioni:
    Una scheda grafica NVIDIA Quadro della generazione precedente in una workstation PC consentiva già di visualizzare immagini con una velocità di quasi il 33% superiore rispetto al dispendiosissimo sistema proprietario.


  • Visualizzazione di ombre decisamente superiore:
    Questo consente a Viz di gestire in modo ottimale e in tempo reale la simulazione interattiva delle ombre e di offrire una previsione attendibile delle situazioni sole/ombra per gli esperimenti il cui risultato è fortemente dipendente dai livelli di illuminazione.


  • Clustering:
    La possibilità di collegare più soluzioni NVIDIA Quadro FX 3000G permette l'esecuzione di Viz con livelli di prestazioni pari o addirittura superiori a quelli dei supercomputer a circa un decimo del costo.


  • Maggiore accessibilità delle applicazioni:
    La gamma completa di soluzioni grafiche professionali NVIDIA, dalla NVIDIA Quadro FX 500 entry-level alla soluzione di fascia alta NVIDIA Quadro FX 3000G, disponibile in workstation PC standard del settore, rende accessibile da quasi qualsiasi desktop il software di realtà virtuale Viz della NASA.
Visualizzazione delle future missioni verso Marte

Il team NASA Ames di visualizzazione e ricostruzione in 3D analizza e valuta costantemente ogni nuova tecnologia grafica. Il personale del gruppo è impegnato a mantenere all'avanguardia il software Viz e a garantire che i requisiti scientifici e di comunicazione delle prossime missioni vengano adeguatamente soddisfatti. "Analizziamo costantemente concetti innovativi e avanzatissimi per le interfacce operatore dei rover e le interfacce delle operazioni scientifiche", ha dichiarato Edwards. "Al nostro gruppo è stato affidato il compito di integrare le tecnologie più all'avanguardia nella porzione relativa all'interfaccia utente delle missioni e NVIDIA ci offre diverse opportunità per apportare ulteriori perfezionamenti nel prossimo futuro. Progettiamo di dare dimostrazione di un'interfaccia utente speciale di grandi dimensioni che si avvalga di un cluster di soluzioni grafiche NVIDIA Quadro FX 3000G per immergere gli scienziati in una visualizzazione generata dal computer della superficie del pianeta. In futuro, prevediamo che gli scienziati potranno sedersi all'interno di un display speciale e programmare i movimenti e gli esperimenti dei moduli di esplorazione usando semplici comandi vocali o pulsanti a sfioramento.”

Condivisione delle informazioni

Grazie alla conversione dei dati raccolti dalle telecamere e dagli strumenti scientifici dei moduli mediante le procedure di visualizzazione, le soluzioni grafiche NVIDIA aiutano gli scienziati della NASA a condividere le informazioni raccolte dalle missioni dei Mars rover con la comunità scientifica del mondo intero. Scienziati di tutto il mondo possono accedere e studiare i modelli 3D di dimensioni maggiori e più accurati dal punto di vista topografico mai costruiti durante le esplorazioni spaziali. La regolare pubblicazione sul Web delle immagini generate grazie alle tecnologie NVIDIA permette la partecipazione del pubblico, sia pure in modo virtuale, alla ricerca di forme di vita su Marte da parte della NASA.

I movimenti dei Rover sono attentamente programmati. Le prove degli scienziati vagliano ogni possibile rotta e permettono di selezionare gli oggetti di studio mediante una ricognizione in volo della ricostruzione virtuale del terreno di Marte. Questa immagine, cortesemente concessa da NASA/JPL/Cornell/Maas Digital LLC, è stata creata utilizzando soluzioni grafiche NVIDIA. Questa immagine in 3D dell'avvicinamento alla formazione rocciosa Adirondack è stata generata utilizzando il software di realtà virtuale Viz di NASA Ames e soluzioni grafiche NVIDIA Quadro. L'utensile di abrasione per le formazioni rocciose di Spirit verrà utilizzato per spianare un'area della roccia in vista di un suo esame più attento con il Microscopic Imager. Immagine cortesemente offerta da NASA Ames/JPL/Cornell. Questa immagine panoramica, trasmessa alla NASA da Spirit, può riassumere il viaggio del rover dal modulo di atterraggio alla destinazione finale verso le colline orientali (distanti circa 3 chilometri). Immagini come questa, dopo essere state trasmesse assieme ad altri dati alla realtà virtuale in 3D creata da Viz e dalla grafica NVIDIA, consentono agli scienziati di programmare in modo ottimale la rotta dei moduli di esplorazione. Immagine cortesemente offerta da NASA/JPL/Cornell.

Ulteriori informazioni

Per ulteriori informazioni sulle soluzioni NVIDIA quadro, visitare il sito Web: http://www.nvidia.it/quadro

Per ulteriori informazioni sul progetto Mars rover della NASA, visitare il sito: http://marsrovers.jpl.nasa.gov/home/index.html



 
 
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