Параллельные алгоритмы сжатия результатов численного моделирования трехмерных задач гидродинамики

• Автор: Муравьев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Глава 1. Обтекание усеченной сферы

Постановка задачи и математическая модель.

Численная реализация

Глава 2. Сжатие сеточных данных.

Особенности входных и выходных данных.

Обзор существующих методов сжатия.

Аппроксимация сеточных данных.

Общая схема многоэтапного сжатия

Глава 3. Визуализация трехмерных скалярных данных.

Изоповерхности и сечения
Сжатие триангулированных поверхностей.
Однопроцессорное сжатие.
Параллельное сжатие.
Интерактивная система распределенной визуализации.
Сжатие трехмерных скалярных данных.
Ресурсоемкость алгоритмов.
Глава 4. Результаты
Моделирование обтекания усеченной сферы
Сжатие поверхностей.
Однопроцессорное сжатие
Параллельное сжатие
Сжатие трехмерных скалярных данных.
Заключение.
Основные результаты работы.
Литература


Для данных большого объема, как правило, требуется выполнить их сжатие с допустимой потерей точности. Третья задача - реализация выбранного способа просмотра данных с использованием технических средств машинной графики [-]. Задача просмотра должна быть решена таким образом, чтобы исследователь мог рассмотреть данные, как в целом, так и подробно изучить их произвольный участок. Желательно, чтобы просмотр, будучи наглядным, являлся достаточно простым и быстрым. Корректность визуализации чрезвычайно важна, поскольку от нее зависит правильность интерпретации физических явлений, описываемых данными. Рассматриваемая задача включает в себя несколько подзадач, представленных ниже. Отображение - трансляция цифровых данных в подходящие визуальные примитивы и атрибуты. Отображение включает в себя так называемый визуализационный «дизайн» - определение того, что мы хотим увидеть, и как именно это визуализировать. Абстрактным цифровым данным ставятся в соответствие видимые формы, цвета, освещенность и другие оптические свойства. Экранизация - подготовка двумерной проекции изучаемого объекта. Типичные стадии экранизации включают вычисление вида из конкретной точки наблюдения (видовое преобразование), вычисление освещенности, удаление невидимых линий, фильтрацию (устранение дефектов дискретности и сглаживание движения). Вывод - отображение вычисленных образов на экран. Вывод может быть непосредственным выполнением процесса экранизации или являться результатом загрузки графического файла в экранный буфер. Также вывод может включать в себя и другие операции, такие как преобразование формата графического файла, (де)компрессию данных, манипуляции с палитрой. При анимации в память компьютера может загружаться ряд заранее обработанных изображений, отображаемых затем последовательно на экране. Обычно результаты трехмерного моделирования задач гидродинамики представляют собой трехмерные скалярные данные. Для визуализации подобных данных можно использовать различные методы [-]. Например, можно выделять плоскость (или срез) из исследуемого объема. Полученная таким образом информация является уже двумерной и может быть непосредственно выведена на экран, «отражая» значение исследуемой функции, например - цветом. Рассматривая набор срезов между границами области, можно получить представление о распределении значений исследуемой функции в трехмерном объеме. Недостатком подобного подхода является то, что пользователь одновременно видит лишь небольшую часть данных - их плоский срез. Другим возможным подходом для визуализации трехмерных данных является использование методов объемной экранизации []. Использование данного метода ограничивается невозможностью применения стандартных средств мультимедиа: стандартные средства не поддерживают воксельную графику, а средства, обладающие такой функциональностью, в настоящее время не являются общедоступными. В данной работе в качестве основного способа визуализации трехмерных скалярных данных выбрано отображение с помощью изоповерхностей1. При этом из трехмерного поля выделяются и отображаются на экране поверхности, соответствующие постоянному (заданному пользователем) значению исследуемой скалярной функции. Выбор в пользу изоповерхностей был, в частности, сделан для использования разработанных методов в программном пакете в1ММ []. Таким образом, в качестве основных типов обрабатываемых данных рассматриваются «поверхности» (изоповерхности некоторого скалярного физического параметра) и трехмерные скалярные данные (непосредственно само распределение исследуемого физического параметра). Сжатие данных. Современное моделирование различных задач гидродинамики обычно выполняется на высокопроизводительных МВС с распределенной памятью. Увеличение числа вычислительных модулей МВС позволяет выполнять расчеты на все больших сетках. В настоящее время обычным является использование сеток порядка 8 -9 узлов. Результаты подобных вычислений - трехмерные сеточные данные - занимают объем, превышающий размер оперативной памяти персонального компьютера, который обычно используется для анализа результатов расчетов.