Entwurf eines integrierten Systems zur Visualisierung von Ergebnissen numerischer Berechnungsverfahren für massiv parallele Rechnerarchitekturen

Abstract

In dieser Arbeit wird ein Visualisierungsprogrammsystem, bestehend aus parallelen und interaktiven Komponenten vorgestellt. Das Anwendungsgebiet der Software ist neben der numerischen Strömungsmechanik vor allem die Strukturmechanik. Das Programmsystem erlaubt es, zahlreiche unabhängige Software-Einheiten (Moduln) individuell zu gruppieren und zu benutzerspezifischen Anwendungen zusammenzubinden. Die Software-Einheiten umfassen Eingabe, Ausgabe, Import und Export von Daten ebenso wie eine Bandbreite an Visualisierungstechniken zum sequentiellen und parallelen Gebrauch. Als Beispiele seien Kontur- und Isoflächen, Stromlinien, die Verfolgung von Partikeln, Flächen und Kugeln genannt. Das Modulpaket läuft auf einer leistungsfähigen UNIX-Graphik-Workstation unter dem Application Visualization System (AVS) und erlaubt die Anbindung eines Parallelrechners der MIMD-Klasse als Back-End, zum einen, um Berechnungsaufwände umzuverteilen und zu minimieren (Lastenausgleich ) und zum anderen, um visuelle Ergebnisdaten aus einer laufenden parallelen CFD-Simulation heraus zu erhalten. Ein besonderer Fokus liegt auf dem Austausch von Daten und Anweisungen über das Netzwerk zwischen verschiedenen Prozessen der wichtigsten Komponenten des Systems. Der Datenaustausch wird direkt über eine neuentwickelte, auf den Sockets der Interprozeßkommunikation basierende Transmitter-Software abgewickelt, die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auf Anforderung anbietet, die nicht bereits im Vorhinein spezifiziert und aufgebaut werden müssen.

An integrated visualization programming system comprising both parallel and interactive components is presented in this work. The software is best suited for computational fluid dynamics and structure mechanics. The programming system allows numerous independent software entities (modules) to be individually grouped and linked together to user-specific applications. The software entities cover input and output, import and export facilities as well as a range of visualization techniques for sequential and parallel demands, such as contour planes, isosurfaces, streamlines, the tracing of particles, surfaces and spheres and many others. The module package runs on an powerful UNIX graphics workstation under the Application Visualization System (AVS) and permits the connection of parallel machines of MIMD architecture as the back end, in order to distribute and minimize computational effort (load balancing) and to receive visual output during the run of a parallelized CFD simulation. A focal point of discussion is the exchange of data and instructions over the network between different processes of the main components of the system. Data exchange is effected directly by a newly developed transmitter software based on the sockets of the inter process communication. Transmitters are able to offer point-to-point connections whenever needed which neither have to be specified nor set up in advance.