Virtual Wind Tunnel January 21/09 Túnel de Viento Virtual Grupo de Investigación Mecánica Aplicada (Universidad EAFIT), Grupo de Investigacion IMAGINE

Virtual Wind Tunnel January 21/09

Túnel de Viento Virtual

Grupo de Investigación Mecánica Aplicada (Universidad EAFIT),

Grupo de Investigacion IMAGINE (Universidad de Los Andes),

Advance Man Machine Interface (AMMI)

Laboratory (University of Alberta),

Grupo de Investigación en Realidad Virtual (Universidad EAFIT)


Introduction

CFD simulations are highly dependent on the correct setting of initial conditions.

Computational Fluid Dynamics (CFD) is the computed aided analysis of the behaviour of flow parameters in a fluid continuum.


The gap generated by the solving process, creates a considerable delay before any assessment is done on the design.

The user could not determine if an error had occurred before the whole simulation was finished.


Motivation

Initial design processP

ositiv

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t of

de

sign

mo

dific

ation

s ($, T

ime

)

Conceptualphase

Detaileddesign

Finalcharacterization

ResourceMaximization

Good decisions taken

...About available resources.


Virtual Wind Tunnel

The virtual wind tunnel is a joint effort of several research groups around the world working in a true collaborative fashion.


Real time visualisation: Motivation

Understanding the variation of parameters in a simulation is an interactive task.

Long simulation times (from minutes, hours or days) restrict interaction to a minimum.

“What if” scenarios will allow designers and scientist to explore new design possibilities.

Construction of real-time visualisation system will help interpretation of field structures.


CFD Simulation Flow

CAD Model CAD Conversion

Mesh GenerationScanned Object

Mesh to OpenFOAM

OpenFOAMSolution Server

Boundary Conditions


Visualization Toolkit - VTK

• Allow3D vis & image processing

• Hundreds of algorithms• Object oriented (C++)• Other language bindings for

RPD (Tcl/Tk, Python, Java)• Unix/Linux, Windows• Threads, MPI support• Active user community• Open source• www.kitware.com/vtk.html


Objectives

To build a software and hardware infrastructure that allow scientific experimentation in a collaborative virtual environment over complex

CFD simulations.

Specific Objectives

Fluid flow simulations Parallel mesher. Strategy for the interactive control and steering of the simulation Infrastructure in terms of computers, networks, software, and

communication 3D Interaction immerse environments Collaborative visualisation environment


Interactive CFD Methodology

CFD User needs vs. Interactive CFD User needs.

“Control” is the Key!


• Geometrical:– Positioning– Orientation– Size– Shape modifications– Addition-Subtraction

• Physical:– Fluid Properties– Boundary Conditions– Timestep of the Simulation.

• Starting/Stopping of the Simulation.

• Pre-processing:– Geometry Definition– Discretization Information– Boundary Conditions– Selected physical Model– Selected numerical methods– Solver Constrains

• Solving:– An adequate and accurate

solver• Post-Processing:

– Selected data for display– Viewpoint and Scales

Non Interactive CFD User needs Set Interactive CFD User needs Set

Control mean

Interactive CFD Methodology


Pre-processor development

Paraview Plugin for interactive scenario definition (Solution server application) Process: User scenario definition/VWT pre-processor integration. Results: Graphical scenario set-up and preprocessing VWT file.

Voxel based pre-processor implementation/adaption. Pre: Netgen and ParaVoxel software. Process: OpenFOAM-ParaVoxel integration. Results: Full hexa-skewed meshes.

Skewed-Hexa Mesh boundary morphing. Pre: OpenFOAM non structured Hexa mesh. Process: Boundary adaption. Results: Full hexa-geometry adapted meshes.


Pre-processor development









The pipeline structure and the geometrical data is transformed into a preprocessing file suitable for the VWT application.


Elementos usados en al

solución

•BuGLe•FFMpeg•Felix•Feng


BuGLeUtilidad para depurar programas OpenGLSu arquitectura permite “interceptar” los

llamados entre la aplicación y el API de OpenGL

Es open source y puede ser extendido mediante “plugins”

Web: http://www.opengl.org/sdk/tools/BuGLe/


FFMpegUtilidad que permite convertir entre formatos

de videoFunciona por línea de comandos. Estos

puede leer de streams y escribir a un destino rtp

Web: http://ffmpeg.org/


Feng y FelixFeng es un servidor de streaming de video

diseñado para cumplir con los estándares de la IETF.

Soporta: Audio: MPEG-1/2 Layer I/II/III, Vorbis, AAC Video: MPEG-1/2, MPEG-4 Part 2, MPEG-4 Part

10 (H.264), H.263, TheoraFelix es un “multiplexador” de streams de

audio y video en tiempo realWeb: http://live.polito.it/projects


Solución integrada


Estado actual y futuras mejoras

Se utlilizó la última versión de FFMpeg con soporte de h264. La calidad del streaming generado es impresionante.

La latencia es aceptable (alrededor de ½ seg)Algunas cosas por mejorar:

Los FPS alcanzados son bajos (15-25) Cuando suben los FPS sube la latencia, y lo que

es peor, el flujo de video se descincroniza. FFMpeg es el cuello de botella.


Trabajo en Uniandes: aplicación Trabajo en Uniandes: aplicación colaborativa y Render paralelocolaborativa y Render paralelo


Plan de trabajo

1. Arquitectura de la aplicación2. Tecnologías Usadas

1. AccessGrid2. VTK3. ParaView

3. Proceso de ejecución aplicaciones1. ParaView2. Cliente AccessGrid

4. Demostraciones


Arquitectura de la Aplicación

Basada en ParaView



Basada en VTK



Caso de Uso


Tecnologías Usadas

Todas las tecnologías usadas son de código abierto y disponibles gratuitamente

AccessGrid: Herramienta colaborativa que permite transmisión de audio y vídeo

ParaView: Herramienta de Visualización gratuita basada en VTK

VTK: Visualization Toolkit, herramienta para visualización de datos gráficos


Proceso ejecución aplicaciones: ParaView

1. Correr el servidor paralelo de ParaView con el siguiente comando: mpirun –np NUM_PROC –mca btl ^openib,udapl –mca btl_tcp_if_exclude lo –hostfile /hosts.file pvserver –server-port=1100

2. Conectar la GUI de ParaView al servidor ParaView



3. Cargar el lector de archivos de OpenFOAM



4. Cargar archivo .foam



5. Distribuir la carga entre los distintos procesadores con los filtros Merge Blocks y D3



6. Usar un filtro para visualización de los datos vectoriales. En este caso usaremos Stream Tracer



7. El resultado de StreamTracer es la visualización con líneas.



8. Si se añade un filtro Glyph, se pueden ver las normales de los vectores de desplazamiento



9. El resultado del filtro Glyph son las normales de los vectores que describen el flujo.


Proceso ejecución aplicaciones: Access Grid

Control de Venues



Ventana de Vídeo



Ventana de control de simulación



Simulación tomada del ServerManager


Proceso ejecución aplicaciones: VTK

Lanzar Aplicación



Aplicación lanzada sin cargar objeto



Aplicación lanzada objeto cargado

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