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OCTOPUS: Efficient Query Execution on Dynamic Mesh Datasets

Résumé

Scientists in many disciplines use spatial mesh models to study physical phenomena. Simulating natural phenomena by changing meshes over time helps to understand and predict future behavior of the phenomena. The higher the precision of the mesh models, the more insight do the scientists gain and they thus continuously increase the detail of the meshes and build them as detailed as their instruments and the simulation hardware allow. In the process, the data volume also increases, slowing down the execution of spatial range queries needed to monitor the simulation considerably. Indexing speeds up range query execution, but the overhead to maintain the indexes is considerable because almost the entire mesh changes unpredictably at every simulation step. Using a simple linear scan, on the other hand, requires accessing the entire mesh and the performance deteriorates as the size of the dataset grows. In this paper we propose OCTOPUS, a strategy for executing range queries on mesh datasets that change unpredictably during simulations. In OCTOPUS we use the key insight that the mesh surface along with the mesh connectivity is sufficient to retrieve accurate query results efficiently. With this novel query execution strategy, OCTOPUS minimizes index maintenance cost and reduces query execution time considerably. Our experiments show that OCTOPUS achieves a speedup between 7.2x and 9.2x compared to the state of the art and that it scales better with increasing mesh dataset size and detail.

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Mesh (objet)
Un en ou maillage est un objet tridimensionnel constitué de sommets, d'arêtes et de faces organisés en polygones sous forme de fil de fer dans une infographie tridimensionnelle. Les faces se composent généralement de triangles, de quadrilatères ou d'autres polygones convexes simples, car cela simplifie le rendu. Les faces peuvent être combinées pour former des polygones concaves plus complexes, ou des polygones avec des trous. L'étude des en fait partie importante de l'infographie tridimensionnelle.
Types of mesh
A mesh is a representation of a larger geometric domain by smaller discrete cells. Meshes are commonly used to compute solutions of partial differential equations and render computer graphics, and to analyze geographical and cartographic data. A mesh partitions space into elements (or cells or zones) over which the equations can be solved, which then approximates the solution over the larger domain. Element boundaries may be constrained to lie on internal or external boundaries within a model.
Mesh generation
Mesh generation is the practice of creating a mesh, a subdivision of a continuous geometric space into discrete geometric and topological cells. Often these cells form a simplicial complex. Usually the cells partition the geometric input domain. Mesh cells are used as discrete local approximations of the larger domain. Meshes are created by computer algorithms, often with human guidance through a GUI , depending on the complexity of the domain and the type of mesh desired.
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