ВВЕДЕНИЕ 3
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ХОД РАБОТЫ 6
АКТУАЛЬНОСТЬ 9
1. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ БОЛЬШИХ ДАННЫХ 11
1.1 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 13
1.2 ПРИНЦИПЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ДАННЫХ 14
1.3 ОБЗОР ПАКЕТОВ НАУЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ 16
1.4 ПОДРОБНЫЙ ОБЗОР PARAVIEW 18
1.4.1 CИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ В PARAVIEW И ЕЁ АРХИТЕКТУРА 21
1.4.2 СРЕДСТВА ВИЗУАЛИЗАЦИИ В PARAVIEW 23
2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧ МСС 25
2.1 ПРОЦЕСС РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МСС 25
2.2 ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МСС 27
2.2.1 ELMER 28
2.2.2 СТЕК SALOME/CODE_ASTRA/CODE_SATURNE 31
2.2.3 СТЕК OpenFOAM/PARAVIEW 38
3. ПРОЕКТ BIODYNAMO И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОМПЬЮТЕРНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ПОМОЩИ PARAVIEW 43
3.1 ПРОЕКТ BIODYNAMO 45
3.2 ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ В PARAVIEW CATALYST 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 67
ПРИЛОЖЕНИЯ 69
В современном мире в промышленной сфере существует множество задач, решение, которых необходимо путём анализа больших объёмов данных. В промышленности приходится сталкиваться со следующими проблемами. К примеру, почему автомобиль одной компании развивает скорость выше, чем автомобиль другой компании при такой же сборке, но отличающихся внешним видом? За счёт чего, к примеру, гоночные болиды развивают при повороте 4-ёх- 5-тикратную боковую перегрузку? Здесь можем заметить (это связано не только со сферой автомобилестроения), что для достижения лучших результатов нам необходимо решать не только задачи, связанные с “начинкой” или технической составляющей автомобиля. Ответ един - аэродинамика. Современная аэродинамика в автомобилестроении решает разнообразные задачи [1]. При проектировании нужно добиться минимального сопротивления воздуха, а так же отследить распределение по осям и величину подъёмной силы, так как современные автомобили могут достигать тех скоростей, при которых самолёты уже идут на взлёт. Стоит продумать вентиляцию салона, располагая в нужных местах отверстия для вытяжки и забора воздуха. С увеличением скорости не должно меняться качество очистки лобового стекла. Аэродинамика ещё и определяет уровень шума, принимает участие в защите от грязи, захватываемые воздушными потока; от попадания его на зеркала, стёкла, ручки дверей, фонари. И для достижения лучшей аэродинамики конструкторам нужно решать задачи механики сплошной среды.
Сама по себе Механика сплошной среды - это раздел механики, физики
сплошных сред, который посвящён движению деформируемых, жидких и
газообразных тел, силовым взаимодействиям в подобных телах [10]. Но в
широком смысле, его характеризовал член-корреспондент АН СССР А.А.
Ильюшин, как “обширную и разветвлённую науку, которая включает теорию
ползучести, пластичности, упругости, вязкоупругости, гидродинамику, газовую динамику с теорией плазмы, аэродинамику и динамика сред с фазовыми переходами и неравновесными процессами изменения стркутуры”. Таким образом, в механике сплошной среды присутствует множество задач, без решения которых невозможно достигать высоких успехов в разных областях промышленности. Давайте перечислим их:
1. Автомобилестроение
2. Энергомашиностроение
3. Нефтегазовая промышленность
4. Гидродинамика судна
5. Гидравлика русла
6. Двигателестроение
7. Климат контроль
8. Ядерная энергетика
9. Биомеханика
10. Космонавтика
Например, гидродинамика судна решает задачи теории корабля, использующий методы, разработанные применительно к внешней и внутренней задачам гидромеханики несжимаемой жидкости(ГНЖ). Методы решения задачи ГНЖ стали основой для изучения управляемости корабля, его динамики, ходкости, качки и для определения внешних сил при расчёте прочности [4]. Если рассматривать гидродинамику и аэродинамику вцелом, то стоит упомянуть, что уравнения гидродинамики нелинейны. То есть только в редких случаях мы можем найти их аналитическое решение. Это означает, что абсолютно необходимо при решении задач гидродинамики( и аэродинамики) использование численных методов. Быстрый рост компьютерных мощностей привело к бурному развитию вычислительной гидродинамики и дало надежду, что в скором времени расчёты на компьютерах заменят дорогие по стоимости эксперементы в аэродинамических трубах [1]. При проведении численного моделирования решения этих задач генерируются большие объёмы данных, анализ которых необходимо провести, чтобы в дальнейшем сделать какие-либо выводы о проведённых эксперементов.
И важной составной частью качественных систем анализа данных, особенно ориентированных на обработку больших объёмов информации, является посистема визуализации данных. Так как для анализа результатов компьютерного моделирования нам необходимо привести результаты к виду, понятному для человека.
Таким образом мы провели первоначальную итеграцию Paraview в проект BioDynaMo, где в нашем случае симуляцией является простое смещение и рост клеток. На основе этого, можно проводить дальнейшие исследования по визуализации в Paraview полноценного моделирования развития человеческого мозга. А также рассмотрели приёмы визуализации результатов численного моделирования при решении задач механики сплошных сред. Благодаря хорошему сотрудничеству между компаниями, создаются новые расширения для пакетов, занимающиеся численным моделированием, по визуализации, отчего отпадает необходимость в создании собственных инструментов.
