LU Visualisierung WS 2005/2006 Beispiel 2

Strömungsvisualisierung

Alexander Haberl 9402830

Helmut Zirknitzer 9820845

1. Aufgabenstellung und Überblick

Für das zweite Beispiel soll eine Strömung visualisiert werden. Dafür werden zwei Files benötigt: Das Strömungsfeld im .dat-Format, und die Beschreibung der Geometrie im .gri-Format. Im .gri File sind die Koordinaten der einzelnen Meßpunkte gespeichert. Für jeden Meßpunkt sind mehrere Werte (Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, usw.) vorhanden, die auf verschiedene Arten und interaktiv visualisiert werden sollen. Der Verlauf der Strömung kann mit Arrow Plots und Streamlines (wobei die Streamlines sowohl mittels Euler-Integration als auch mit Runge-Kutta Integration) dargestellt werden. Außerdem ist es möglich zu Zoomen und Streamlines interaktiv manuell zu setzen. Eine gleichmäßige Verteilung der Streamlines und einige optische Verbesserungen können durch den Algorithmus von Jobard und Lefer (Creating Evenly Spaced Streamlines of Arbitrary Density) erreicht werden. Unser Programm wurde mit Visual Studio 2003 und QT 4.1.0 entwickelt.

2. Programmfeatures

Abb. 1: Links: Das GUI vor dem Öffnen eines Datensatzes (Arrow Plot), Mitte: Streamlines, Rechts: Hintergrund.

Abbildung 1. zeigt Screenshots des GUI. Nachdem das Programm gestartet wurde, kann man über das File-Menü einen Geometriedatensatz (.gri) laden. Das dazugehörige .dat-File wird automatisch geöffnet. Sobald das Datenfile geladen ist, öffnet sich ein neues Fenster, das anfangs noch leer ist. Über die Tabs „Arrow Plot“, „Streamlines“ und „Background“ kann nun eine Darstellungsart ausgewählt werden. Man kann sich natürlich auch alle Features gleichzeitig anzeigen lassen also zum Beispiel einen color-coded Hintergrund, gleichmäßig verteilte Streamlines und je nach Geschwindigkeit skalierte Pfeile.

Beim Arrowplot werden in regelmäßigen Abständen Pfeile gezeichnet, die die Richtung der Strömung wiedergeben. Die Pfeile können in Größe und Farbe abhängig von der Geschwindigkeit, dem Druck oder der Vorticity (Wirbelvektor) variiert werden, außerdem kann die Gesamtanzahl der Pfeile verändert werden.

Streamlines können entweder mit Euler-Integration oder dem Runge-Kutta-Verfahren zweiter Ordnung erzeugt werden. Standardmäßig werden die Seedpoints der Streamlines auf einem regelmäßigen Gitter erzeugt. Die Größe dieses Gitters kann mit dem „Grid Resolution“ Slider verändert werden.

Für die manuelle Platzierung wählt man einen Startpunkt für die Streamline durch Klicken mit der mittleren Maustaste aus.

Bei gleichmäßig verteilten Streamlines kann mit dem Button „New Seed Point“ ein neuer zufälliger Ausgangspunkt für den Algorithmus gewählt werden.

Die Werte dSep und dTest für den Abstand zwischen den Streamlines können interaktiv verändert werden, ebenso wie dt (Abstand der Sample Points auf der Streamline). Alle diese Parameter werden in Prozent der Bildgröße angegeben. Zusätzliche Optionen sind Streamlinedicke und Farbe, sowie die maximale Anzahl der Samplepoints auf einer Streamline.

Der Hintergrund kann abhängig von der Geschwindigkeit, dem Druck oder der Vorticity farbcodiert werden, wie beim Arrowplot könnne drei unterschiedliche Farben ausgewählt werden, zwischen denen dann interpoliert wird.

Durch Klicken und Ziehen mit der linken Maustaste kann man zoomen. Der Zoom-Modus wird durch Klicken mit der rechten Maustaste wieder verlassen.

3.Screenshots

Abb. 2: Arrow Plots mit farbcodierten Pfeilen und Hintergrund

Abb. 3: Streamlines gleichmäßig verteilt (dSep ist 1.5%, 3% bzw. 6% der Bildgröße)

Abb. 4: Der Block Datensatz mit Streamlines und Arrows

4.Download

Das Programm steht hier zum Download bereit (benötigt Qt 4.1.0!).