Strömungsmechanik

Towards Interactive CFD Simulations Interactive Sliding Window Visualisation

Heutzutage werden im Ingenieurswesen viele CFD (Computational Fluid Dynamics) Simulationen auf Hoch- und Höchstleitungsrechnern durchgeführt. Ein Teilbereich befasst sich hierbei unter anderem mit Simulationen von Raumluftströmungen in Bürogebäuden, die für eine anschließende Auswertung des menschlichen Komfortbefindens genutzt werden können. Vor allem in frühen Planungsphasen werden solche Komfortaussagen vermehrt auf detaillierte Fragestellungen angewendet, um ein mögliches Optimierungspotenzial frühzeitig zu erkennen und auszuschöpfen.

Typischerweise erzeugen CFD Simulationsläufe ein sehr großes Datenvolumen, so dass eine intuitive, benutzerfreundliche und interaktive Exploration aus technischen Gründen (etwa durch Bandbreitenbegrenzung oder Latenz der Netzverbindung zwischen Großrechner und Visualisierungsumgebung) nicht mehr ohne weiteres möglich ist. Erst durch neue, innovative Konzepte lässt sich hier ein interaktives Hoch- und Höchstleistungsrechnen etablieren, das die Bearbeitung von komplexen Ingenieuranwendungen in Echtzeit erlaubt.

Unser entwickeltes „Sliding Window Data Visualisation“ Konzept umgeht die vorherigen Beschränkungen, indem Daten interaktiv auf verschiedenen Detaillierungsebenen betrachtet werden können. Die Grundidee basiert auf der Beschränkung der maximal möglichen Bandbreite (Window), gekoppelt mit einer neu entwickelten hierarchischen Datenstruktur, die mehrskalige Simulationen unterstützt. Hierdurch wird der Benutzer in die Lage versetzt, entweder das Gesamtgebiet – qualitativ – in einer groben Auflösung zu betrachten oder einzelne Details heranzuzoomen, um eine hoch aufgelöste – quantitative – Sicht auf die Berechnungsergebnisse zu bekommen. Dieser Detailausschnitt kann bei gleichbleibender Bandbreite willkürlich über den gesamten Bereich verschoben werden. Aus Sicht der Simulation wird dabei im Hintergrund durchgängig auf der feinsten Auflösung gerechnet – unabhängig von der gewählten Explorationsmethode. Die Anwendung des „Sliding Window“ Konzepts ermöglicht somit Wissenschaftlern nicht nur eine bessere Analyse und Interpretation der erzeugten Daten, sondern erlaubt diesen darüber hinaus neue Erkenntnisse über die zu Grunde liegende Fragestellung zu gewinnen, die ohne derartige Techniken nicht möglich wäre.

Kontakt

Dipl.-Ing. Jérôme Frisch
PD Dr. rer. nat. Ralf-Peter Mundani
Prof. Dr. rer. nat. Ernst Rank
Lehrstuhl für Computation in Engineering
Technische Universität München
Arcisstraße 21
80333 München
http://www.cie.bgu.tum.de