Graphisch-Interaktive Strömungsvisualisierung by Thomas Frühauf

By Thomas Frühauf

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.

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Berechnungsraum" oder auch "computational space" ausgeführt. Der Berechnungsraum eines Elements ist die reguläre geometrische Grundform des jeweiligen Elementtyps, im Falle von Hexaederelementen also ein Würfel. Die Formfunktion repräsentiert nun eine Abbildung f: C ~ V des Berechnungsraums C auf den Funktionsbereich der Datenwerte V. Andererseits wird auch die Koordinatentransformation vom unverzerrten Berechnungsraum zum physikalischen Raum benötigt (siehe Abb. 5). Man unterscheidet nun drei Klassen von Finiten Elementen, je nachdem, wie diese Koordinatentransformation im Vergleich zur Interpolation von <1> ausgeführt wird.

Eine dritte Alternative ergibt sich, wenn die Daten direkt auf graphische Attribute, wie Farbe und Transparenz abgebildet werden, ohne daß Visualisierungsobjekte berechnet werden. In diesem Fall muß das Datenvolumen direkt gerendert werden (s. Kap. 9). Im Renderingprozeß werden Bilder entweder durch konventionelles PolygonScanning der Visualisierungsobjekte erzeugt oder mittels "Direktem Volumenrendem". Das Rendering um faßt die Viewing Transformationen sowie die Verdekkungs-, Beleuchtungs- und Schattierungsberechnung für die Pixel des Bildes.

In beiden Fällen entsteht eine schwarz-weiße Textur von Stromlinienstücken. Die Spot Noise Technik [vWij-9l] basiert auf der Verzerrung zweidimensionaler Basis-Texturen durch den lokalen Geschwindigkeitsvektor, die jeweils auf die Gitterzellen gezeichnet werden. Die Line Integral Convolution (LlC) [CaLe-93] verwendet ein Pixelraster mit grauem Rauschen als Ausgangsbild. Die Farbe eines jeden Pixels wird ein gewisses Stück (rückwärts) entlang der Stromlinie auf die von dieser Linie bedeckten Pixel des resultierenden Bildes übertragen.

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