Interactive parallel post-processing of simulation results on unstructured grids

Numerical simulations and the assessment of their results are constantly gaining importance in product design and optimization workflows in many different fields of engineering. The availability of massively parallel manycore computing resources enables simulations to be executed with accuracies posing very high requirements on the methods for interactive post-processing of the simulation results. A traditional post-processing of such large-scale simulation datasets on single workstations is often no longer possible due to the limited resources such as main memory, the low number of compute cores and the available network bandwidth to the simulation cluster. In this work, concepts and solutions are presented that enable interactive post-processing of large-scale datasets generated by fluid dynamic simulations on unstructured grids through the use of parallel manycore environments. A software architecture the parallel post-processing and visualization, as well as specific optimizations of frequently used methods for post-processing are introduced that enable the interactive use of parallel manycore resources. The implementation of the methods and algorithms is based on existing manycore devices in the form of programmable graphics hardware, which are no longer solemnly usable for computer graphics applications, but are getting increasingly interesting for general purpose computing. It will be shown, that methods for visualization of fluid simulation data such as the interactive computation of cut-surfaces or particle traces is made possible even for large-scale unstructured data. Additionally, an algorithm for the dense texture-based visualization of flow fields will be introduced that combines the presented methods for the extraction of cut-surfaces, isosurfaces and particle tracing. This algorithm for line integral convolution enables the interactive post-processing of flow fields on partitioned and distributed unstructured grids. The methods introduced in this thesis are evaluated using several large-scale simulation datasets from different fields of engineering in scientific and industrial applications. Numerische Simulationen und deren Auswertung gewinnen in Produktdesign und Produktoptimierung im ingenieurwissenschaftlichen Umfeld stetig an Bedeutung. Durch die Verfugbarkeit massiv paralleler Manycore Rechenressourcen werden diese Simulationen in einer Genauigkeit ermoglicht, welche sehr hohe Anforderungen an die Methoden der interaktiven Nachbearbeitung der jeweiligen Ergebnisse stellt. So ist wegen des hohen Datenaufkommens oft eine herkommliche Nachbearbeitung auf einzelnen Workstations, aufgrund der dort vorhandenen Ressourcen wie Speichermenge, Anzahl an Prozessorkernen sowie der verfugbaren Netzwerkbandbreite zum Simulationscluster, nicht mehr moglich. In dieser Arbeit werden Konzepte und Losungen vorgestellt, mit denen eine interaktive Nachbearbeitung groser Datenmengen aus Stromungssimulationen auf unstrukturierten Gittern durch den Einsatz paralleler Manycore Rechenressourcen ermoglicht wird. Hierbei wird sowohl eine Softwarearchitektur fur die parallele Nachbearbeitung und Visualisierung vorgestellt, als auch konkrete Optimierungen haufig genutzter Methoden der Nachbearbeitung fur den interaktiven Einsatz in parallelen Manycore Umgebungen beschrieben. Fur die Implementierung und Evaluation der verwendeten Methoden und Algorithmen kommt programmierbare Graphikhardware, die nicht mehr ausschlieslich fur computergraphische Anwendungen, sondern zunehmend auch fur generelle Berechnungen eingesetzt wird, als aktuell verfugbare parallele Manycore Ressource zum Einsatz. Es wird gezeigt, dass durch die Verwendung paralleler Graphikhardware Auswertungsmethoden fur Stromungssimulationsdaten, wie die Berechnung von Schnitten und Partikelbahnen, auch fur sehr grose Datensatze auf unstrukturierten Gittern mit interaktivem Antwortzeitverhalten ausgefuhrt werden konnen. Auserdem wird ein Verfahren fur die texturbasierte Visualisierung von Stromungsfeldern vorgestellt, welches die gezeigten Verfahren zur Schnitt- und Partikelberechnung kombiniert. Dieses Verfahren zur Linienintegralfaltung ermoglicht erstmalig eine interaktive Nachbearbeitung auf verteilten unstrukturierten Gittern. Die Evaluierung der vorgestellten Verfahren erfolgt mittels der Nachbearbeitung groser Simulationsdatensatze aus Forschnung und industrieller Nutzung in verschiedenen ingenieurwissenschaftlichen Anwendungsgebieten.