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

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1 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)

2 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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.

3 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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.

4 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Motivation Initial design process Positive Impact of design modifications ($, Time ) Conceptual phase Detailed design Final characterization Resource Maximization Good decisions taken...About available resources.

5 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Virtual Wind Tunnel The virtual wind tunnel is a joint effort of several research groups around the world working in a true collaborative fashion.

6 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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.

7 Virtual Wind Tunnel January 21/09 CFD Simulation Flow CAD ModelCAD Conversion Mesh Generation Scanned Object Mesh to OpenFOAM OpenFOAM Solution Server Boundary Conditions

8 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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

9 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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

10 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Interactive CFD Methodology CFD User needs vs. Interactive CFD User needs. Control is the Key!

11 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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

12 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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.

13 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Pre-processor development

14 Virtual Wind Tunnel January 21/09

15 Virtual Wind Tunnel January 21/09

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17 Virtual Wind Tunnel January 21/09

18 Virtual Wind Tunnel January 21/09

19 Virtual Wind Tunnel January 21/09

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21 Virtual Wind Tunnel January 21/09 The pipeline structure and the geometrical data is transformed into a preprocessing file suitable for the VWT application.

22 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Elementos usados en al solución BuGLe FFMpeg Felix Feng

23 Virtual Wind Tunnel January 21/09 BuGLe Utilidad para depurar programas OpenGL Su arquitectura permite interceptar los llamados entre la aplicación y el API de OpenGL Es open source y puede ser extendido mediante plugins Web:

24 Virtual Wind Tunnel January 21/09 FFMpeg Utilidad que permite convertir entre formatos de video Funciona por línea de comandos. Estos puede leer de streams y escribir a un destino rtp Web:

25 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Feng y Felix Feng 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, Theora Felix es un multiplexador de streams de audio y video en tiempo real Web:

26 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Solución integrada

27 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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.

28 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Trabajo en Uniandes: aplicación colaborativa y Render paralelo

29 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Plan de trabajo 1.Arquitectura de la aplicación 2.Tecnologías Usadas 1.AccessGrid 2.VTK 3.ParaView 3.Proceso de ejecución aplicaciones 1.ParaView 2.Cliente AccessGrid 4.Demostraciones

30 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Arquitectura de la Aplicación Basada en ParaView

31 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Arquitectura de la Aplicación Basada en VTK

32 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Arquitectura de la Aplicación Caso de Uso

33 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Tecnologías Usadas Todas las tecnologías usadas son de código abierto y disponibles gratuitamente AccessGrid: Herramienta colaborativaque permite transmisión de audio y vídeo ParaView: Herramienta de Visualización gratuita basada en VTK VTK: Visualization Toolkit, herramienta para visualización de datos gráficos

34 Virtual Wind Tunnel January 21/09 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= Conectar la GUI de ParaView al servidor ParaView

35 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: ParaView 3.Cargar el lector de archivos de OpenFOAM

36 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: ParaView 4.Cargar archivo.foam

37 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: ParaView 5.Distribuir la carga entre los distintos procesadores con los filtros Merge Blocks y D3

38 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: ParaView 6.Usar un filtro para visualización de los datos vectoriales. En este caso usaremos Stream Tracer

39 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: ParaView 7.El resultado de StreamTracer es la visualización con líneas.

40 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: ParaView 8.Si se añade un filtro Glyph, se pueden ver las normales de los vectores de desplazamiento

41 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: ParaView 9.El resultado del filtro Glyph son las normales de los vectores que describen el flujo.

42 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: Access Grid Control de Venues

43 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: Access Grid Ventana de Vídeo

44 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: Access Grid Ventana de control de simulación

45 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: Access Grid Simulación tomada del ServerManager

46 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: VTK Lanzar Aplicación

47 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: VTK Aplicación lanzada sin cargar objeto

48 Virtual Wind Tunnel January 21/09 Proceso ejecución aplicaciones: VTK Aplicación lanzada objeto cargado


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