Graphisch-Interaktive Strömungsvisualisierung

ISBN-13: 9783540627081 / Niemiecki / Miękka / 1997 / 253 str.

Thomas Fra1/4hauf

Opis

Der Autor beschaftigt sich in diesem Band mit Methoden zur Visualisierung von Ergebnissen numerischer Stromungssimulationen. Er beschreibt die grundlegenden Algorithmen fur eine effiziente Implementierung. Sein besonderes Augenmerk gilt dabei der kritischen Untersuchung von Qualitat und Aufwand alternativer Verfahren. Die Palette der beschriebenen Techniken reicht vom direkten Volumenrendern bis zur Stromungsvisualisierung als virtueller Realitat. In Anwendungsbeispielen aus den Bereichen Maschinenbau, Umweltsimulation und Medizin werden die Visualisierungstechniken demonstriert."

Spis treści

1 Einleitung und Übersicht.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Problemstellung.- 1.3 Zielsetzung und Vorgehens weise.- 1.4 Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse.- 1.5 Gliederung.- 2 Strömungen und Strömungssimulationen.- 2.1 Strömungsmessung und Strömungsberechnung.- 2.2 Strömungsmechanik und numerische Verfahren.- 2.3 Nicht-reguläre Simulationsgitter.- 2.3.1 Taxonomie von Berechnungsgittern.- 2.3.2 Der Berechnungsraum nicht-regulärer Gitter.- 3 Strömungsvisualisierung.- 3.1 Experimentelle StrömungsVisualisierung.- 3.2 Technisch-wissenschaftliche Daten Visualisierung.- 3.2.1 Die Visualisierungspipeline.- 3.2.2 Visualisierungssysteme.- 3.2.3 Interaktion.- 3.3 Graphisch-interaktive Strömungsvisualisierung.- 3.3.1 Filterfunktionen zur Strömungsvisualisierung.- 3.3.2 Mapping- und Renderingtechniken zur Strömungs Visualisierung.- 3.3.3 Visualisierungstechniken für Strömungscharakteristika.- 3.3.4 Klassifikationsschema für Techniken der Strömungsvisualisierung.- 3.3.5 Grundlegende Methoden der graphischen Strömungsvisualisierung.- 4 Voxelisierung — Überführung in ein reguläres Gitter.- 4.1 Verfahren der Überführung in reguläre Gitter.- 4.2 Konsequenzen der Voxelisierung.- 5 Lokale Interpolation in nicht-regulären Gittern.- 5.1 Interpolation im physikalischen Raum.- 5.1.1 Trilineare Interpolation.- 5.1.2 Interpolation mittels „gewichtetem Durchschnitt“.- 5.2 Interpolation im Berechnungsraum.- 5.2.1 Formfunktionen in Finit Element Gittern.- 5.3 Formfunktionen der gebräuchlichsten Elementtypen.- 5.4 Invertierung der Formfunktionen.- 6 Integration von Vektorfeldern.- 6.1 B ahnlinien und Stromlinien.- 6.2 Algorithmen für die graphisch-interaktive Strömungsvisualisierung.- 6.3 Partikelverfolgung in regulären Gittern.- 6.4 Integrationsverfahren.- 6.4.1 Einschrittverfahren.- 6.4.2 Mehrschrittverfahren.- 6.4.3 Vergleich der Integrationsverfahren.- 6.4.4 Automatische Schrittweitensteuerung.- 6.5 Partikelverfolgung in curvilinearen Gittern.- 6.5.1 Integration im physikalischen Raum.- 6.5.2 Integration im Berechnungsraum.- 6.6 Partikelverfolgung in unstrukturierten Gittern.- 6.6.1 Integration im physikalischen Raum.- 6.6.2 Integration im Berechnungsraum.- 6.7 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse.- 7 Extraktion polygonaler Niveauflächen.- 7.1 Verfahren zur Niveauflächenbestimmung.- 7.2 Extraktion polygonaler Niveauflächen in nicht-regulären Gittern.- 7.2.1 Berechnung der Niveauflächennormalen.- 7.2.2 Zerlegung der Finiten Elemente in Primitive.- 7.2.3 Extraktion von Dreiecksflächen.- 7.2.4 Einpassen höherwertiger Flächensegmente.- 7.3 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse.- 8 Data Probing.- 8.1 Punkt-Proben und Linien-Proben.- 8.2 Flächen-Proben und Volumen-Proben.- 8.3 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse.- 9 Direktes Volumenrendern.- 9.1 Verfahren des Direkten Volumenrenderns.- 9.1.1 Projektions verfahren.- 9.1.2 Raycasting.- 9.1.3 Entwicklungstendenzen beim Direkten Volumenrendern.- 9.2 Projektion nicht-regulärer Gitter.- 9.2.1 Gouraud Projektion von Zellflächen.- 9.2.2 Gewichtete Projektion von sortierten Zellflächenteilen.- 9.2.3 Diskussion.- 9.3 Raycasting nicht-regulärer Gitter.- 9.3.1 Raycasting curvilinearer Gitter.- 9.3.2 Raycasting unstrukturierter Gitter.- 9.3.3 Bildmischung.- 9.3.4 Previewing und Animation.- 9.3.5 Effizienz und Genauigkeit beim Raycasting.- 9.3.6 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse.- 10 Interaktion und Interaktivität bei der Strömungsvisualisierung.- 10.1 Interaktion und Navigation.- 10.1.1 Semantische Interaktion.- 10.1.2 Räumliche Orientierung.- 10.1.3 Exakte räumliche Navigation bei der Datenvisualisierung.- 10.2 Parallelisierung rechenaufwendiger Visualisierungstechniken.- 10.3 Parallelisierung auf „Multi Processor Shared Memory“ Systemen.- 10.3.1 Parallelisierung in Netzwerken.- 10.4 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse.- 11 Implementierungen und Anwendungen.- 11.1 Simulation der Atemströmung in der menschlichen Nase.- 11.1.1 Ziele der Arbeit.- 11.1.2 Realisierung.- 11.1.3 Diskussion der erzielten Ergebnisse.- 11.2 Das datenflußorientierte Visualisierungssystem apE.- 11.2.1 Ziele der Arbeit.- 11.2.2 Realisierung.- 11.2.3 Diskussion der erzielten Ergebnisse.- 11.2.4 Evaluierung anderer datenflußorientierter Visualisierungssysteme.- 11.3 Das monolitische Visualisierungssystem IS VAS.- 11.3.1 Ziele der Arbeit.- 11.3.2 Realisierung.- 11.3.3 Diskussion der erzielten Ergebnisse.- 11.4 Testbett für neue Interaktions- und Visualisierungstechniken: ICV.- 11.4.1 Ziele der Arbeit.- 11.4.2 Realisierung.- 11.4.3 Diskussion der erzielten Ergebnisse.- 11.5 Das „Virtual Reality“ System Virtual Design II.- 11.5.1 Ziele der Arbeit.- 11.5.2 Realisierung.- 11.5.3 Diskussion der erzielten Ergebnisse.- 12 Ausblick.

Blurb

Der Autor beschäftigt sich in diesem Band mit Methoden zur Visualisierung von Ergebnissen numerischer Strömungssimulationen. Er beschreibt die grundlegenden Algorithmen für eine effiziente Implementierung. Das besondere Augenmerk des Autors gilt dabei der kritischen Untersuchung von Qualität und Aufwand alternativer Verfahren. Die Palette der beschriebenen Techniken reicht vom direkten Volumenrendern bis zur Strömungsvisualisierung als virtueller Realität. In Anwendungsbeispielen aus den Bereichen Maschinenbau, Umweltsimulation und Medizin werden die Visualisierungstechniken demonstriert.