Teilprojekt D4
Geometrie- und problemangepaßtes Pre- und Postprocessing für
die Lösung von Aufgaben der Kontinuumsmechanik
Ziel:
Ziel des Teilprojektes ist eine problemangepaßte Pre- und
Post-Entwicklungsumgebung
für eine durchgängige Parallelisierung der numerischen
Simulation.
Bearbeiter:
Ausgangspunkt/Grundlagen:
Die Lösung komplexer Simulationsaufgaben auf MIMD-Mehrprozessorsystemen
mit verteiltem Speicher erfordert eine durchgängige parallele Behandlung
der anfallenden sehr umfangreichen Datenmengen.
In engem Zusammenwirken mit anderen
Teilprojekten werden spezifische Probleme beim Pre- und Postprocessing
für massiv parallele Rechner betrachtet.
Die zu behandelnden Teilaufgaben, Pre- und Postprocessing,
sind eng miteinander verbunden
und bilden Rahmen und technisch-informatische Grundlage f"ur
Test- und Entwicklungsarbeiten in anderen Projekten.
Sowohl Pre- als auch Postprocessing sind wichtige Bindeglieder
für die Kopplung von parallelen Berechnungen und den notwendigerweise
sequentiellen Aktionen bei interaktiver Arbeit an der Workstation.
Eine wichtige Fragestellung war es daher auch, durch geeignete
Schnittstellen einen effektiven Datenfluß von der weitgehend
interaktiven Aufbereitung der Testdaten für die Bearbeitung am
Parallelrechner bis zur Visualisierung der Ergebnisse, sowohl unmittelbar
während der numerischen Tests als auch im separaten Postprocessing als
Nachbereitung. Letzteres gilt insbesondere für die
zweckmäßige Darstellung
zeitabhängiger Lösungen wie in der Strömungssimulation
(Tp. D3).
Teilaufgaben:
- Besonderheiten des Pre- und Postprocessings für eine durchgängig
parallele numerische Behandlung von Simulationsaufgaben der Kontinuumsmechanik
- Entwicklung von Datenschnittstellen mit zweckmäßiger Verteilung
der Arbeitsetappen auf Workstation und Parallelrechner
(Geometriebeschreibung - Netzgenerierung - Löser - Postprocessing
- Visualisierung)
- Partitionierung und Verteilung der Teilgebiete bei variabler Prozessortopologie
- Untersuchung verschiedener Verteilungs- und Kommunikationsstrategien
- Parallele 2D- und 3D-Netzgenerierung
Beispiel zum geometrieangepaßten 3D-Preprocessing: spezielle Flächengeometrien
entstehen wärend der Netzverfeinerung.
- "Quickpost" - schnelle Visualisierung ("on-line"):
Lösungsdarstellungen unmittelbar vom Parallelrechner - unentbehrlich
für Entwicklung und Test von Lösungsalgorithmen ;
Preprints: SPC
94_23, SPC
94_24
- Datenschnittstelle zwischen Parallelrechner und Workstation für
ein komfortableres Postprocessing mit spezieller Software (z.Zt. wird das
am SFB 256 in Bonn und Freiburg entwickelte GRAPE
benutzt) ; Preprint: SPC
95_4
- Generierung von Videosequenzen bei Strömungssimulationen, z. B.
mittels ImageMagick oder als MPEG-Files.
oder auch als animierte
Bildfolge im WWW (s.o.)
Anwendungsgebiete:
- numerische Simulation mittels Finite-Elemente-Metoden
- Festkörpermechanik, Potential- und Elastizitätsprobleme
- Strömungssimulation
- 2D- und 3D-Visualisierung auf der Basis von FEM-Daten
selbstentwickelte Programme:
- SPC-PM Po 3D: in mehreren Teilprojekten
entwickeltes und gemeinsam genutztes 3D-FEM-Paket
- SPC-PM CFD 3D: Programmpaket für Strömungs- und Transportprobleme,
(Teilprojekt D3).
- ähnliche Programme existieren auch für 2D-FEM,
in allen diesen Programmen ist die X11-basierte
Quick-Post-Visualisierung integriert:
- gebgraf: Unterprogramm zur Visualisierung von 2D-FEM-Lösungen
vom Parallelrechner aus,
(M. Pester)
- draw3d: Unterprogramm zur Visualisierung von 3D-FEM-Lösungen
(Schnittebenen und Oberflächen) unter Verwendung des Moduls
gebgraf,
(S. Meinel, M. Pester)
- gebgrape: Socket-basierte Schnittstelle vom Parallelrechner
zur Visualisierung von 3D-FEM-Lösungen;
erfordert das zugehörige Programm
f3grape auf der lokalen Workstation,
(M. Meyer)
- xbc: grafisch interaktive Eingabe von Randbedingungen für
3D-FEM,
(Dag Lohse)
- geo_conv: geometrische Transformationen und Merging von
FEM-Netzen auf der Basis vorhandener Standard-Eingabefiles,
(Dag Lohse)
- parmesh3d: 2D/3D paralleler Netzgenerator,
(G. Globisch)
- Konvertierungs- und Renumerierungs-Tools für unterschiedliche
Datenfile-Formate, (G. Globisch)
- net.exe: grafisch interaktive 2D-Netz- und Randbedingungseingabe
(für PC), M. Seibt
- XXgrab: kopiert Grafikausgaben vom Bildschirm als Bitmap in ein
File, ausgelöt durch ein Unterprogramm auf dem Parallelrechner.
(M. Seibt, M. Pester)
- XXplot: GNUPLOT-Rahmenprogramm, das Kommandos von einem
entfernten (Parallel-)Rechner entgegennimmt und ausführt.
Entsprechende Unterprogramme stehen dort zur Verfügung.
(T. Hommel, M. Pester)
- ...
Literatur:
- G. Globisch.
PARMESH - a parallel mesh generator.
Parallel Computing, 21(3) (1995), pp. 509-524.
- G. Globisch.
On an automatically parallel generation technique for
tetrahedral meshes.
Computing, 21(3) (1995), pp. 1979-1995.
- G. Haase, T. Hommel, A. Meyer, M. Pester.
Bibliotheken zur {Entwicklung paralleler Algorithmen.
Preprint SPC 95_20,
TU Chemnitz-Zwickau, Juni 1995.
- M. Meyer.
Grafik-Ausgabe vom Parallelrechner für 3D-Gebiete.
Preprint SPC 95_4,
TU Chemnitz-Zwickau, Januar 1995.
- M. Pester.
Grafik-Ausgabe vom Parallelrechner f"ur 2D-Gebiete.
Preprint SPC 94_24,
TU Chemnitz-Zwickau, November 1994.
- M. Pester.
On-line visualization in parallel computations.
In: W. Borchers, G. Domick, D. Kröner, R. Rautmann,
D. Saupe (eds.),
Visualization Methods in High Performance Computing and Flow
Simulation, VSP Utrecht, The Netherlands / TEV Vilnius, Lithuania,
1996. pp. 91-98.
- M. Pester.
Behandlung gekrümmter Oberflächen in einem
3D-FEM-Programm für Parallelrechner. Preprint
SFB393/97-10, TU Chemnitz-Zwickau, April 1997.
- URL zur Tabelle der implementierten
Face-Geometrien.
- U. Reichel.
Partitionierung von Finite-Elemente-Netzen. Preprint
SFB393/96-18, TU Chemnitz-Zwickau, November 1996.
- M. Seibt.
Dokumentation zu NET.EXE v2.2 -
Werkzeug zur Eingabe und Bearbeitung 2-dimensionaler Netze.
Belegarbeit, TU Chemnitz-Zwickau, Januar 1994.
Matthias Pester, März 1997