Methoden des parallelen Postprocessing numerischer Strömungssimulationsdaten für die echtzeitfähige Visualisierung und Interaktion in VR-basierten Arbeitsumgebungen

Gerndt, Andreas; Bischof, Christian

doi:HT014685287

Methoden des parallelen Postprocessing numerischer Strömungssimulationsdaten für die echtzeitfähige Visualisierung und Interaktion in VR-basierten Arbeitsumgebungen = Parallel CFD Post-processing Methods for Realtime Visualization and Interaction in Virtual Environments

Gerndt, Andreas (Author)

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Andreas Gerndt

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangXIV, 130 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Bischof, Christian (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-01-20

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-14254
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62224/files/Gerndt_Andreas.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Informatik (frei) ; Virtuelle Realität (frei) ; Parallelisierung (frei) ; Datenmanagement (frei) ; CFD-Postprocessing (frei) ; Streaming (frei) ; Virtual Reality (frei) ; CFD Post-processing (frei) ; Parallelization (frei) ; Data Management (frei) ; Data Streaming (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Mit zunehmender Verfügbarkeit leistungsfähiger Rechnersysteme wuchs die Bedeutung der numerischen Strömungssimulation. Das Postprocessing extrahiert charakteristische Strukturen und Merkmale aus den abstrakten Simulationsdaten, die mithilfe der wissenschaftlichen Visualisierung einen Überblick über die Strömung geben können. Dabei ist die explorative Analyse in virtuellen Umgebungen besonders gut geeignet die zugrunde liegenden Phänomene zu erforschen.In der vorliegenden Arbeit wird ein verteiltes System vorgestellt, das die Interaktivität innerhalb virtueller Umgebungen auch dann gewährleistet, wenn sehr große, instationäre Strömungsdaten untersucht werden. Durch die Auslagerung datenintensiver Bearbeitungsschritte auf einen Hochleistungsrechner stehen dem Visualisierungsrechner alle Systemressourcen für die interaktive Darstellung der Extraktionsergebnisse zur Verfügung.Neben der Beschreibung des flexiblen Designs des Parallelisierungssystems, werden zwei Aspekte ausführlicher dargestellt. Zum einen wurde ein Datenmanagementsystem implementiert, das Balancierungs- und Skalierungsprobleme, die durch das Nachladen von benötigten Daten verursacht werden, mithilfe von Caching- und Prefetching-Strategien beseitigt. Der zweite Aspekt ist das Daten-Streaming, das die Zeit, die ein Anwender auf erste Daten einer angeforderten Berechnung warten muss, minimiert. Das System sendet bereits erste Zwischenergebnisse zur virtuellen Umgebung noch bevor das endgültige Ergebnis vorliegt. Dabei wird auch auf Multiresolution-Ansätze zurückgegriffen.

Because of the steadily increasing performance of supercomputers, computational fluid dynamics (CFD) simulations are capable of producing constantly growing amounts of raw data. These data sets are essentially useless without subsequent post-processing. One particularly attractive evaluation approach is the interactive exploration within virtual environments. However, common visualization systems are not able to process large data sets while maintaining real-time interaction and visualization at the same time. Therefore, the obvious idea is to decouple flow feature extraction from visualization.The work presented mainly covers the functionality of the parallel CFD post-processing toolkit Viracocha. The distributed framework architecture relieves the visualization host by moving all time-consuming computation tasks to the parallelization backend. This makes it easier to guarantee real-time interaction within virtual environments. Additionally, the response time a user has to wait before requested post-processing results are visualized can be substantially reduced by optimized extraction algorithms adapted to parallel environments.Two further aspects are discussed in more detail. A considerable bottleneck in parallelization of CFD post-processing is the time needed to load large data sets. Therefore, a first extension of Viracocha aims at the reduction of the loading time, by implementing strategies mainly based on data caching and prefetching. The second aspect concerns an approach called data streaming, which minimizes the time a user has to wait for first results of a requested extraction. In order to achieve this, Viracocha sends back coarse intermediate data to the virtual environment before the final result is available. Some implemented streaming strategies also make use of multi-resolution data structures.

OpenAccess:
PDF
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