Graphisch-Interaktive Strömungsvisualisierung

Der Autor beschäftigt sich in diesem Band mit Methoden zur Visualisierung von Ergebnissen numerischer Strömungssimulationen. Er beschreibt die grundlegenden Algorithmen für eine effiziente Implementierung. Sein besonderes Augenmerk 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.

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.- 3 Strömungsvisualisierung.- 3.1 Experimentelle StrömungsVisualisierung.- 3.2 Technisch-wissenschaftliche Daten Visualisierung.- 3.3 Graphisch-interaktive 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.- 5.2 Interpolation im Berechnungsraum.- 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.- 6.5 Partikelverfolgung in curvilinearen Gittern.- 6.6 Partikelverfolgung in unstrukturierten Gittern.- 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.- 7.3 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.- 9.2 Projektion nicht-regulärer Gitter.- 9.3 Raycasting nicht-regulärerGitter.- 10 Interaktion und Interaktivität bei der Strömungsvisualisierung.- 10.1 Interaktion und Navigation.- 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.- 11.2 Das datenflußorientierte Visualisierungssystem apE.- 11.3 Das monolitische Visualisierungssystem IS VAS.- 11.4 Testbett für neue Interaktions- und Visualisierungstechniken: ICV.- 11.5 Das „Virtual Reality“ System Virtual Design II.- 12 Ausblick.