Ein integrierter Softwareansatz zur interaktiven Exploration und Steuerung von Strömungssimulationen auf Many-Core-Architekturen
Dissertation, Technische Universität Braunschweig, 2011
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Zusammenfassung
Traditionell werden numerische Strömungssimulationen in einer zyklischen Sequenz autonomer Teilschritte durchgeführt. Seitens Wissenschaftlern existiert jedoch schon lange der Wunsch nach mehr Interaktion mit laufenden Simulationen. Seit dem maßgeblichen Report der National Science Foundation im Jahre 1987 wurden daher neue Formen der wissenschaftlichen Visualisierung entwickelt, die sich grundlegend von den traditionellen Verfahren unterscheiden. Insbesondere hat der sogenannte Computational Steering-Ansatz reges Interesse bewirkt. Damals wie heute ist die Anwendung des Verfahrens jedoch eher die Ausnahme denn die Regel. Ursächlich dafür sind zu großen Teilen Komplexität und Restriktionen traditioneller Hochleistungssysteme. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher als Alternative zu dem traditionellen Vorgehen die immense Leistungsfähigkeit moderner Grafikkartengenerationen für die Berechnungen herangezogen. Das sogenannte GPGPU-Computing eignet sich insbesondere für die Anwendung der Lattice-Boltzmann-Methode im Bereich numerischer Strömungssimulationen. Auf Grundlage des LBM-Verfahrens wird im Rahmen dieser Arbeit prototypisch eine interaktive Simulationsumgebung basierend auf dem Computational Steering-Paradigma entwickelt, das alle Prozesse zur Lösung von Strömungsproblemen innerhalb einer einzelnen Anwendung integriert. Durch die Konvergenz der hohen massiv parallelen Rechenleistung der GPUs und der Interaktionsfähigkeiten in einer einzelnen Anwendung kann eine erhebliche Steigerung der Anwendungsqualität erzielt werden. Dabei ist es durch Einsatz mehrerer GPUs möglich, dreidimensionale Strömungsprobleme mit praxisrelevanter Problemgröße zu berechnen und gleichzeitig eine interaktive Manipulation und Exploration des Strömungsgebiets zur Laufzeit zu ermöglichen. Dabei ist der erforderliche finanzielle Aufwand verglichen mit traditionellen massiv parallelen Verfahren verhältnismäßig gering.
Highly interactive computational steering for coupled 3D flow problems utilizing multiple GPUs
Towards intuitive desktop environments for interactive 3D fluid structure interaction
Technische Universität Braunschweig, 2011
DOI: 10.1007/s00791-010-0151-3
Videos
Auftritt auf der CeBIT 2012
Technologien
Programmiersprache: C/C++
Bibliotheken: Qt, boost, VTK, HDF 5, CUDA
Plattformen: Windows, OS X, Linux
Interaktive Simulationsumgebung für 2D-Probleme
Applying Modern Soft- and Hardware Technologies for Computational Steering Approaches in Computational Fluid Dynamics
Technische Universität Braunschweig, 2007
DOI: 10.1109/CW.2007.8
Abstract
In this article we present an educational simulation tool, FlowSim 2007 CUDA edition, a computational steering application for interactive 2D flow simulation based on the Lattice Boltzmann Method. The application combines a comfortable user interface as well as a convenient development platform on the one hand and a high performance flow solver on the other hand. The user interface is implemented using the Microsoft .NET Framework whereas the Lattice Boltzmann kernel is based on the Compute Unified Device Architecture (CUDA) by nVIDIA running on GeForce 8 series featuring G8X GPUs. The gap between the managed intermediate language (IL) code and the hardware specific native code is filled using the recently introduced C++/CLI programming language. We demonstrate that this integrated desktop approach can deliver a performance that exceeds that of a high end PC by at least an order of magnitude. In our conclusion we will focus on extensions to three dimensions and clusters of GPUs.
Microsoft .NET: Eine neue Entwicklungsplattform - auch für numerische Probleme?
Technische Universität Braunschweig, 2004
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Technologien
Programmiersprachen: C#, C/C++
Bibliotheken: .NET, Qt, CUDA
Plattform: Windows
Immersives Modellieren in einer Virtual-Reality-Umgebung
Ein Prototyp zur immersiven Betrachtung und interaktiven Manipulation räumlicher Objekte
Technische Universität Braunschweig, 2005
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Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Prototyp eines immersiven Werkzeugs entwickelt, um dem Ingenieur das Modellieren innerhalb einer Virtual-Reality- Umgebung zu ermöglichen. Diese bietet dem Betrachter neben einer räumlichen Darstellung mit echter Tiefeninformation zusätzlich die Möglichkeit, sich innerhalb der Szene zu bewegen und Objekte zu manipulieren. Dem Ingenieur wird so ein intuitives Arbeiten ermöglicht. Insbesondere werden Aspekte der Implementierung erläutert, die für eine Darstellung und Interaktion innerhalb einer VR-Umgebung von Bedeutung sind.
TU-DAY Braunschweig, 2006
Technologien
Stereoskopische Darstellung im Rückprojektionsverfahren
Magnetresonanz Tracking
Programmiersprache: C++
Bibliotheken: Qt, VTK
Plattform: Windows