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

Introduction Computational Fluid Dynamics (CFD) is the computed aided analysis of the behaviour of Introduction Computational Fluid Dynamics (CFD) is the computed aided analysis of the behaviour of flow parameters in a fluid continuum. CFD simulations are highly dependent on the correct setting of initial conditions. Virtual Wind Tunnel January 21/09

The gap generated by the solving process, creates a considerable delay before any assessment 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. Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

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

Real time visualisation: Motivation Understanding the variation of parameters in a simulation is an 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. Virtual Wind Tunnel January 21/09

CFD Simulation Flow CAD Model CAD Conversion Scanned Object Boundary Conditions Mesh Generation Mesh CFD Simulation Flow CAD Model CAD Conversion Scanned Object Boundary Conditions Mesh Generation Mesh to Open. FOAM Solution Server Virtual Wind Tunnel Open. FOAM January 21/09

Visualization Toolkit - VTK • Allow 3 D vis & image processing • Hundreds Visualization Toolkit - VTK • Allow 3 D 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 Virtual Wind Tunnel January 21/09

Objectives To build a software and hardware infrastructure that allow scientific experimentation in a 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 3 D Interaction immerse environments Collaborative visualisation environment Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

Interactive CFD Methodology Non Interactive CFD User needs Set • • • Pre-processing: – Interactive CFD Methodology Non Interactive CFD User needs Set • • • 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 Interactive CFD User needs Set • Geometrical: – – – • Physical: – Fluid Properties – Boundary Conditions – Timestep of the Simulation. Control mean Virtual Wind Tunnel Positioning Orientation Size Shape modifications Addition-Subtraction • Starting/Stopping of the Simulation. January 21/09

Pre-processor development Paraview Plugin for interactive scenario definition (Solution server application) Process: User scenario Pre-processor development Paraview Plugin for interactive scenario definition (Solution server application) Process: User scenario definition/VWT preprocessor integration. Results: Graphical scenario set-up and preprocessing VWT file. Voxel based pre-processor implementation/adaption. Pre: Netgen and Para. Voxel software. Process: Open. FOAM-Para. Voxel integration. Results: Full hexa-skewed meshes. Skewed-Hexa Mesh boundary morphing. Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

Virtual Wind Tunnel January 21/09 Virtual Wind Tunnel January 21/09

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Virtual Wind Tunnel January 21/09 Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

Elementos usados en al solución • Bu. GLe • FFMpeg • Felix • Feng Elementos usados en al solución • Bu. GLe • FFMpeg • Felix • Feng Virtual Wind Tunnel January 21/09

Bu. GLe Utilidad para depurar programas Open. GL Su arquitectura permite “interceptar” los llamados Bu. GLe Utilidad para depurar programas Open. GL Su arquitectura permite “interceptar” los llamados entre la aplicación y el API de Open. GL Es open source y puede ser extendido mediante “plugins” Web: http: //www. opengl. org/sdk/tools/Bu. GLe/ Virtual Wind Tunnel January 21/09

FFMpeg Utilidad que permite convertir entre formatos de video Funciona por línea de comandos. 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: http: //ffmpeg. org/ Virtual Wind Tunnel January 21/09

Feng y Felix Feng es un servidor de streaming de video diseñado para cumplir 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 10 (H. 264), H. 263, Theora Felix es un “multiplexador” de streams de audio y video en tiempo real Web: http: //live. polito. it/projects Virtual Wind Tunnel January 21/09

Solución integrada Virtual Wind Tunnel January 21/09 Solución integrada Virtual Wind Tunnel January 21/09

Estado actual y futuras mejoras Se utlilizó la última versión de FFMpeg con soporte Estado actual y futuras mejoras Se utlilizó la última versión de FFMpeg con soporte de h 264. 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. Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

Plan de trabajo 1. Arquitectura de la aplicación 2. Tecnologías Usadas 1. Access. Grid Plan de trabajo 1. Arquitectura de la aplicación 2. Tecnologías Usadas 1. Access. Grid 2. VTK 3. Para. View 3. Proceso de ejecución aplicaciones 1. Para. View 2. Cliente Access. Grid 4. Demostraciones Virtual Wind Tunnel January 21/09

Arquitectura de la Aplicación Basada en Para. View Virtual Wind Tunnel January 21/09 Arquitectura de la Aplicación Basada en Para. View Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

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

Tecnologías Usadas Todas las tecnologías usadas son de código abierto y disponibles gratuitamente Access. Tecnologías Usadas Todas las tecnologías usadas son de código abierto y disponibles gratuitamente Access. Grid: Herramienta colaborativa que permite transmisión de audio y vídeo Para. View: Herramienta de Visualización gratuita basada en VTK: Visualization Toolkit, herramienta para visualización de datos gráficos Virtual Wind Tunnel January 21/09

Proceso ejecución aplicaciones: Para. View 1. Correr el servidor paralelo de Para. View con Proceso ejecución aplicaciones: Para. View 1. Correr el servidor paralelo de Para. View 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 Para. View al servidor Para. View Virtual Wind Tunnel January 21/09

Proceso ejecución aplicaciones: Para. View 3. Cargar el lector de archivos de Open. FOAM Proceso ejecución aplicaciones: Para. View 3. Cargar el lector de archivos de Open. FOAM Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

Proceso ejecución aplicaciones: Para. View 5. Distribuir la carga entre los distintos procesadores con Proceso ejecución aplicaciones: Para. View 5. Distribuir la carga entre los distintos procesadores con los filtros Merge Blocks y D 3 Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

Proceso ejecución aplicaciones: Para. View 7. El resultado de Stream. Tracer es la visualización Proceso ejecución aplicaciones: Para. View 7. El resultado de Stream. Tracer es la visualización con líneas. Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

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

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

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

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

Proceso ejecución aplicaciones: Access Grid Simulación tomada del Server. Manager Virtual Wind Tunnel January Proceso ejecución aplicaciones: Access Grid Simulación tomada del Server. Manager Virtual Wind Tunnel January 21/09

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

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

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