TY  - THES
A3  - Kolb, Andreas
AB  - Partikelbasierte Flüssigkeitssimulation mit der Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Methode hat in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erfahren. Aufgrund ihrer flexiblen Diskretisierung, ihrer inhärenten Masseerhaltung und ihrer Stärke, Strömungen an freien Oberflächen und komplexe Fluid-Struktur-Kopplung stabil zu simulieren, hat die SPH-Methode Einzug in viele Forschungsbereiche gehalten. Während viele Phänomene wie der Transport von Substanzen wie Salz oder Farbstoff und das Schmelzen und Erstarren bereits in SPH umgesetzt werden, werden Wechselwirkungen mit der umgebenden Luftphase im Allgemeinen vernachlässigt. Üblicherweise werden nur Oberflächenrenderings von SPH-basierten Flüssigkeiten zur Darstellung verwendet. Mit der wachsenden Komplexität von Simulationen geht allerdings auch der Bedarf an entsprechenden Techniken des Renderings und der Visualisierung einher, die auch den Transport von Substanzen miteinbeziehen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, sowohl die Fluidanimation von Oberflächenprozessen als auch das Rendering und die Visualisierung von Fluidtransportphänomenen weiterzuentwickeln.
Zuerst wird eine Simulation der Verdunstung und Kondensation SPH-basier\-ter Flüssigkeiten vorgestellt. Dazu wird die Luftphase auf einem groben Gitter simuliert, über das ein Masseaustausch mit der partikelbasierten Flüssigkeitsphase erfolgt. Kondensation findet ausschließlich an Oberflächen von Festkörpern statt und wird mittels Texturen realisiert, in die Masse kondensieren kann und von der Partikel erzeugt werden können. Um kondensierte Flüssigkeit in hoher visueller Auflösung zu erreichen, wird ein implizites Oberflächenmodell entwickelt, das es ermöglicht, sich bewegende Partikel in Subpartikelauflösung mit dynamischen Kontaktwinkeln darzustellen.
Zweitens wird ein effizientes adaptives Volumen-Raycasting für SPH-basierte Skalarfelder entwickelt. Um dabei schnellen räumlichen Zugriff auf Partikeldaten zu erhalten, werden Partikel auf Zellen eines perspektivischen Gitters abgebildet, das mit dem Sichtfrustum ausgerichtet ist. Durch eine Analyse des Samplingfehlers der Volumenrenderinggleichung innerhalb jeder Gitterzelle kann die Samplingrate lokal an eine benutzerdefinierte Bildfehlertoleranz angepasst werden. Dadurch lässt sich eine große Beschleunigung erreichen, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen.
Drittens wird in dieser Arbeit eine Vektorfeldvisualisierung von advektiv-diffusiven Flüssen von skalaren Größen vorgestellt. Dazu werden der advektive, der diffusive und der totale Fluss jeweils in eine skalare und eine Geschwindigkeitskomponente des Transports zerlegt. Mit Hilfe der neuen graphischen Metapher der Stream Feathers können alle Komponenten von Flüssen gleichzeitig dargestellt werden, was einen intuitiven Zugang zu komplexen Flussszenarien erlaubt.
AU  - Hochstetter, Hendrik
DA  - 2019
DO  - 10.25819/ubsi/607
KW  - Computergrafik
KW  - Fluidsimulation
KW  - Computer graphics
KW  - Fluid simulation
KW  - Volume rendering
KW  - Computer animation
KW  - Visualization
LA  - eng
PY  - 2019
TI  - Efficient rendering and simulation of fluid transport and phase transitions in SPH-based fluids
TT  - Effiziente Darstellung und Simulation von Transportprozessen und Phasenübergängen in SPH-basierten Flüssigkeiten
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-15348
Y2  - 2024-12-26T20:42:03
ER  -