[논문 리뷰] Gaia Data Release 1: The archive visualisation service

A. Moitinho, A. Krone-Martins외 32명|Dipòsit Digital de la Universitat de Barcelona (Universitat de Barcelona)|2017. 08. 01.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 28인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 10억 개 이상의 천체 소스를 2D 및 3D 시각화를 통해 상호작용형 웹 기반 탐색이 가능한 Gaia Data Release 1(Gaia DR1)용 Gaia Archive Visualisation Service(GAVS)를 제시한다. IVELA 프로젝트를 기반으로 구축된 GAVS는 실시간 탐색, 메타데이터 연결, REST API를 통한 향후 확장성을 지원하여 데이터 분석 도구 및 Gaia-Sky, World Wide Telescope와 같은 환경과의 통합을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Context: The first Gaia data release (DR1) delivered a catalogue of astrometry and photometry for over a billion astronomical sources. Within the panoply of methods used for data exploration, visualisation is often the starting point and even the guiding reference for scientific thought. However, this is a volume of data that cannot be efficiently explored using traditional tools, techniques, and habits. Aims: We aim to provide a global visual exploration service for the Gaia archive, something that is not possible out of the box for most people. The service has two main goals. The first is to provide a software platform for interactive visual exploration of the archive contents, using common personal computers and mobile devices available to most users. The second aim is to produce intelligible and appealing visual representations of the enormous information content of the archive. Methods: The interactive exploration service follows a client-server design. The server runs close to the data, at the archive, and is responsible for hiding as far as possible the complexity and volume of the Gaia data from the client. This is achieved by serving visual detail on demand. Levels of detail are pre-computed using data aggregation and subsampling techniques. For DR1, the client is a web application that provides an interactive multi-panel visualisation workspace as well as a graphical user interface. Results: The Gaia archive Visualisation Service offers a web-based multi-panel interactive visualisation desktop in a browser tab. It currently provides highly configurable 1D histograms and 2D scatter plots of Gaia DR1 and the Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS) with linked views. An innovative feature is the creation of ADQL queries from visually defined regions in plots. [abridged]

연구 동기 및 목표

• Gaia Data Release 1에 포함된 10억 개 이상의 천체 소스를 다루는 확장성 있고 상호작용형 웹 기반 시각화 서비스를 제공하기 위해.
• 천문학자와 일반 대중이 로컬 컴퓨팅 오버헤드 없이 직관적이고 실시간으로 시각화를 통해 대규모 천체 물리 데이터를 탐색할 수 있도록 하기 위해.
• 향후 3D 포인트 클러스터 렲시, 주석 도구, 새로운 플롯 유형 등의 향상 기능을 지원할 수 있는 모듈식이고 확장 가능한 시스템을 설계하기 위해.
• 외부 도구 및 플랫폼과의 통합을 통해 데이터 분석 프레임워크 및 교육 홍보 응용 프로그램과의 연계를 가능하게 하기 위해.
• GAVIP와 같은 플랫폼를 통해 Gaia 아카이브 근처에서 코드 실행을 가능하게 함으로써 데이터 처리를 데이터 저장소에 가깝게 가져오는 비전을 지원하기 위해.

제안 방법

• IVELA(대규모 아카이브를 위한 상호작용형 시각화 환경) 프로젝트의 개념과 프로토타입을 활용하여 GAVS 프레임워크를 구축하였다.
• 현대 웹 기술을 사용하여 Gaia DR1 데이터의 실시간 상호작용형 2D 및 3D 시각화를 가능하게 하는 웹 기반 클라이언트를 구현하였다.
• 외부 응용 프로그램과의 통합을 위해 시각화 메타데이터, 색인, 디테일 수준, 연결된 뷰를 노출하는 RESTful API를 설계하였다.
• Aladin Lite 및 JS9와 같은 기존 천체 물리 도구와의 통합을 통해 더 나은 데이터 렌더링 및 호환성을 확보하였다.
• 스케일링을 위한 성능을 보장하기 위해 시각화 데이터의 사전 계산을 구현하였으며, 사용자 트리거 기반 사전 계산은 현재 조사 중이다.
• Glue와 같은 데이터 분석 생태계와의 원활한 통합을 위해 Python 및 기타 언어용 래퍼 지원 계획을 수립하였다.

Figure 1: Static architecture diagram for the GAVS Server. It presents the components of the Server (Services, Plots Backend, Spatial Indexing, and Database Manager), how they are connected, and the context within the GAVS.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 10억 개의 소스를 포함하는 Gaia Data Release 1을 다룰 수 있는 확장성 있고 상호작용형 웹 기반 시각화 시스템을 어떻게 구축할 수 있는가?
• RQ2 브라우저 환경에서 대규모 천체 물리 데이터 세트를 효율적이고 실시간으로 탐색하고 탐색할 수 있는 아키텍처 패턴은 무엇인가?
• RQ3 시각화 서비스를 데이터 분석 도구에서 분리하면서도 Glue와 같은 프레임워크와의 상호운용성을 유지할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 Gaia-Sky 및 World Wide Telescope와 같은 플랫폼에서 시각화 서비스가 공중 보도 및 교육에 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ5 향후 시스템을 어떻게 설계하여 계산 코드를 데이터에 가깝게 이동시켜 데이터 전송을 최소화하고 성능을 극대화할 수 있는가?

주요 결과

• Gaia Archive Visualisation Service(GAVS)는 확장성 있는 브라우저 기반 인터페이스를 통해 Gaia DR1의 11억 개 소스를 상호작용형 웹 기반 탐색이 가능하게 성공적으로 구현하였다.
• 시스템은 실시간 2D 및 3D 시각화를 지원하며, 향후 3D 포인트 클러스터 렌더링 및 히스토ограм, 밀도 플롯과 같은 고급 플롯 유형 지원 계획이 있다.
• 시각화 메타데이터를 노출하는 기본 기반으로 REST API를 구축하였으며, 데이터 분석 도구와의 통합을 위해 언어 래퍼(예: Python) 계획이 수립되어 있다.
• Gaia-Sky 및 World Wide Telescope와 같은 외부 플랫폼과의 상호운용성이 설계되어 있어 홍보 및 교육 강화에 기여하고 있다.
• Gaia Added Value Platform(GAVIP) 및 그 GAVIDAV 구성 요소와의 통합을 통해 근접 데이터 계산이 가능해졌으며, 코드를 데이터에 가까이 실행함으로써 성능 향상을 이룬다.
• DR1의 성공은 대중과 과학계의 강한 관심을 보여주었으며, 대규모 천체 물리 데이터를 시각적으로 접근 가능하고 상호작용 가능한 방식으로 제공하는 접근 방식의 타당성을 입증하였다.

Figure 2: Client architecture diagram providing the structure and context in GAVS. The Client is structured in a Model-View-Controller design expressed in the Directives, Controllers, and Services modules.