Fraunhofer-Gesellschaft

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Numerische Simulation und Visualisierung der Dynamik Granularer Materialien unter Verwendung von Computer Grafik-Hardware

 
: Ferreira Gonçalves, P.J.
: Nealen, A.

Darmstadt, 2004, 85 pp.
Darmstadt, TU, Dipl.-Arb., 2004
German
Thesis
Fraunhofer IGD ()
physically based modeling; physically based simulation; graphics hardware; partial differential equation

Abstract
Seit einiger Zeit wird dank der hohen Performance seitens der Hardware vermehrt auf so genannte Physikengines gesetzt, die die Berechnung komplexer Phänomene aus der Natur übernehmen. Dieser unter dem Begriff physics based simulation and modeling genannte Bereich in der Computergrafik hat enorme Fortschritte gemacht und wird teilweise in Spielen oder für Spielfilmanimationen eingesetzt. Dabei konzentrieren sich die meisten Arbeiten darauf, durch Simulation dynamischer Prozesse, wie sie in Strömungs- oder Deformationsproblemen vorkommen, die Umwelt so realitätsnah wie möglich nachzubilden. Auf Grund der komplexen Methoden zur Lösung der meist nichtlinearen, transienten und gekoppelten Gleichungssysteme, bedarf es großer Mengen an Rechenkapazität in Form von Rechenzeit und Speicher. Teilweise sind Mehrprozessorsysteme oder parallele Rechner notwendig, um die Simulationen in einer angemessenen Zeitspanne durchführen zu können. In den letzten Jahren hat sich eine alternative Richtung abgezeichnet, bei der die Modelle zur Lösung der partiellen Differentialgleichungen mit Hilfe der Grafikhardware gelöst werden. Durch programmierbare Grafikkarten und dem Einsatz von Floating-Point-Operationen auf den neuen Grafikkarten bilden die GPUs (Graphics Processing Units) eine interessante Alternative zur konventionellen CPU, denn sie erreichen im Gegensatz zu den heutigen CPUs höhere Rechenoperationen (6 GFlops auf der CPU vs. 40 GFlops auf der GPU). Vorrangiges Ziel ist es, die Anwendung durch eine Auslagerung zeitraubender Berechnungen auf die Grafikkarte - gleichzeitig wird dadurch der Datenverkehr zwischen GPU und CPU weitestgehend minimiert - in der Summe zu beschleunigen. Schnee-, Schlammlawinen, Trümmerhaufen sowie Erdrutsche sind natürliche Phänomene, die hauptsächlich in Gebirgsregionen vorkommen. Die Beschreibung der Bewegung einer Lawine entlang einer komplexen Topographie war lange Zeit ein schwieriges Unterfangen, denn die physikalischen Gesetzmäßigkeiten waren nicht bekannt bzw. wegen der Größe der Lawine und der damit verbundenen Schwierigkeit signifikante Daten aufzunehmen, relativ schwierig. Diese Diplomarbeit stellt eine neue Theorie über die Bewegung von Lawinen entlang eines Hanges einschließlich numerischer Ergebnisse vorstellen und computergrafisch visualisieren.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-25998.html