Efficient indexing and view dependent ranking in CFD databases

• Effiziente Indexierung und blick-abhängige Ranking-Methoden in CFD Datenbanken

Brochhaus, Christoph; Seidl, Thomas (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2008)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Kurzfassung

Methoden der numerischen Strömungsmechanik (engl.: computational fluid dynamics, CFD) ermöglichen die Simulation der Interaktion von Gasen oder Flüssigkeiten mit komplexen Oberflächen, beispielsweise beim Entwurf von Verbrennungsmotoren oder Flugzeugen. Aufgrund immer leistungsfähigerer Computer können diese Berechnungen mit stark wachsender Genauigkeit durchgeführt werden. Dem höheren Detailreichtum stehen aber immer größer werdende Rohdatenmengen gegenüber, auf die wiederholt während der interaktiven Nachverarbeitung (engl.: post-processing) und Auswertung (z.B. Isoflächenextraktion) zugegriffen werden muss. Durch Techniken der virtuellen Realität (engl.: virtual reality) wird die Effizienz der Auswertung signifikant gesteigert, da der Endbenutzer komplett in die visualisierten Ergebnisse "eintauchen" kann. Die Speicherung der CFD-Datensätze im Hauptspeicher der eingesetzten Computer gewährleistet einen effizienten Zugriff auf Strömungsmerkmale. Da die Zugriffe auf Sekundärspeicher (z.B. Festplatten) um Größenordnungen langsamer sind, sind geeignete Sekundärspeicherzugriffmethoden unerlässlich, um Datensätze verarbeiten zu können welche die Hauptspeicherkapazität überschreiten. In dieser Dissertation werden Methoden vorgestellt, welche die CFD-Datensätze geeignet auf Sekundärspeichern anordnen, um einen schnellen Zugriff während der Auswertung zu gewährleisten. Die blickabhängige Extraktion von Strömungsmerkmalen steigert die Effizienz der Auswertung, da die kontinuierliche Extraktion und Visualisierung von Ergebnissen in der Nähe oder im Blickfeld des Endbenutzers schon während der Bearbeitungsdauer der Anfrage einen ersten Eindruck des Gesamtergebnisses zulassen. Zusätzlich ermöglichen unsere Techniken ein dyna- 5 misches Anpassen der laufenden Anfragebearbeitung, während sich der Benutzer frei in der Virtual-Reality-Umgebung bewegt. Durch geeignetes Prefetching werden zusätzlich Ergebnisdaten anderer Zeitschritte der CFD-Datensätze extrahiert und bei Bedarf visualisiert. Zur Veranschaulichung unserer Indexierungs- und Anfrageansätze wurde der index-gestützte Grafikdatenserver IndeGS für den Einsatz in beliebigen Virtual-Reality-Frameworks entwickelt. Relationale Datenbankmanagementsysteme (RDBMS) ermöglichen die komfortable und effiziente Integration eigener Indexmethoden. Diese Arbeit stellt eine Weiterentwicklung des relationalen Intervallbaums (RI-tree) vor und ermöglicht somit approximative, blickabhängige Datenextraktion auf CFD-Daten. Abschließend werden effiziente Methoden zur Nächste-Nachbar-Berechnung auf hochdimensionalen Daten präsentiert. Hierzu wird die Vorberechnung von Nächste-Nachbar-Information mit einer zwei-stufigen Dimensionsreduktion kombiniert, um einen sehr hohen Anfragedurchsatz auf Hauptspeicherdaten zu ermöglichen. Diese Dissertation ist wie folgt aufgebaut: Teil I gibt einen Überblick über die Grundlagen der bearbeiteten Themen. Teil II und Teil III stellen die Sekundärspeicherindexierungsmethoden und die dynamische blickabhängige Anfragebearbeitung auf CFD-Daten vor. Teil IV befasst sich mit den RI-Baum-Erweiterungen für die blickabhängige Datenextraktion. In Teil V werden Dimensionsreduktionsmethoden für effiziente Nächste-Nachbar-Anfragen erörtert. Teil VI schließt diese Dissertation mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf zukünftige Forschungsrichtungen ab.

Einrichtungen

• Fachgruppe Informatik [120000]
• Lehrstuhl für Informatik 9 (Process and Data Science) [122510]