Geometrische Struktur kleinskaliger Turbulenz
Final Report Abstract
Aufgrund immer schneller wachsender Datenmengen, die durch heutige, simulations-basierte Untersuchungen auf Hochleistungsrechnern generiert werden, kommt Verfahren zur skalierbaren, visuellen Analyse dieser Daten eine immer größere Bedeutung zu. Merkmals-basierte Visualisierungsverfahren abstrahieren große Rohdatenmengen, indem sie die Untersuchung auf spezifische, wohldefinierte Objekte fokussieren. Im vorliegenden Projekt wurde die Definition der Dissipationselemente als “Merkmal” verwendet. Von besonderem Interesse waren dabei einerseits deren visuelle Repräsentation und andererseits die Verfolgung von Dissipationselementen über mehrere Simulationszeitschritte. Zur effizienten Speicherung und Visualisierung von Dissipationselementen wurde ein Verfahren entwickelt, das die Form eines Elements mit Hilfe ellipsoider Querschnitte approximiert. Die anschließende Anzeige erfolgt interaktiv mittels Raytracing. Das zentrale Ziel des Projekts bestand in der Ermöglichung zeitvarianter Untersuchungen von Dissipationselementen. Die wesentliche Herausforderung in diesem Zusammenhang ergab sich aus der Tatsache, dass Dissipationselemente – im Unterschied zu bisher mit Hilfe von Tracking-Verfahren verfolgten Strukturen – volumenfüllend sind. Daraus resultiert eine deutlich größere Anzahl möglicher Zuordnungen, die sich gleichzeitig gegenseitig ausschließen können. Die Zuordnung von Dissipationselementen, die aus zwei aufeinanderfolgenden Zeitschritten extrahiert wurden, mittels zweier graph-theoretischer Optimierungsprobleme modelliert. Auf diese Weise wird eine effiziente, algorithmische Lösung möglich. Basierend auf der Annahme, dass eine lineare Fortführung eines Elements die bei weitem häufigste Form der Zuordnung ist, wurde zunächst ein gewichtetes, bipartites Matching gelöst, das 1:1 Zuordnungen identifiziert. Um auch nicht-lineare Ereignisse, z.B. Splits und Merges, zu identifizieren, wurde auf Basis des errechneten Matchings ein Independent Set Problem formuliert. Es umfasst die Menge aller auf Basis des Matchings noch möglichen Erklärungen für die lokale zeitliche Entwicklung der Dissipationselemente. Die Lösung ergibt eine konfliktfreie Zuordnung von Elementen zwischen den beiden untersuchten Zeitschritten. Durch die sukkzessive, paarweise Anwendung dieses Verfahrens auf die Zeitschritte eines Simulationsdatensatzes erhält man so eine Zuordnung von Elementen über den gesamten Simulationszeitverlauf. Das Verfahren wurde anhand einer Reihe unterschiedlicher Datensätze erfolgreich evaluiert. In Summe ermöglichen die im Rahmen dieses Projekts entwickelten Verfahren die zeitliche Verfolgung, visuelle Abstraktion und interaktive Anzeige von Dissipationselementen.
Publications
- “Packet-Oriented Streamline Tracing on Modern SIMD Architectures”. In: Proceedings of the Eurographics Symposium on Parallel Graphics and Visualization. 2015, S. 43–52
B. Hentschel, J. H. Göbbert, M. Klemm, P. Springer, A. Schnorr und T. W. Kuhlen
(See online at https://dx.doi.org/10.2312/pgv.20151154) - “Tracking Space-Filling Structures in Turbulent Flows”. In: Proceedings of the IEEE Symposium on Large Data Analysis and Visualization. 2015, S. 143–144
Andrea Schnorr, Jens-Henrik Göbbert, Torsten W. Kuhlen und Bernd Hentschel
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/ LDAV.2015.7348089) - “Formal Evaluation Strategies for Feature Tracking”. In: Proceedings of the IEEE Symposium on Large Data Analysis and Visualization. 2016, S. 103–104
Andrea Schnorr, Sebastian Freitag, Dirk Helmrich, Torsten W. Kuhlen und Bernd Hentschel
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/LDAV.2015.7348089) - “Tracking Space-Filling Features by Two-Step Optimization”. In: Poster Proceedings of EuroVis 2016. Hrsg. von Tobias Isenberg und Filip Sadlo. The Eurographics Association, 2016, S. 77–79. ISBN: 978-3-03868-015-4
Andrea Schnorr, Sebastian Freitag, Torsten W. Kuhlen und Bernd Hentschel
(See online at https://dx.doi.org/10.2312/eurp.20161146) - “Interactive Exploration of Dissipation Element Geometry”. In: Proceedings of the Eurographics Symposium on Parallel Graphics and Visualization. 2017
T. Vierjahn, A. Schnorr, B. Weyers, D. Denker, I. Wald, C. Garth, T. W. Kuhlen und B. Hentschel
(See online at https://dx.doi.org/10.2312/pgv.20171093)
