Geometrie- und problemangepaßtes Pre- und Postprocessing für die Lösung von Aufgaben der Kontinuumsmechanik

Ziel:

Ziel des Teilprojektes ist eine problemangepaßte Pre- und Post-Entwicklungsumgebung für eine durchgängige Parallelisierung der numerischen Simulation.

Bearbeiter:

• Dr. Matthias Pester
• Dipl.-Math. Dag Lohse
• Dr. Gerhard Globisch
• Dr. Magdalene Meyer
• Dipl.-Math. Christoph Israel
• Dipl.-Math. Friedmar Lowke

Ausgangspunkt/Grundlagen:

Die Lösung komplexer Simulationsaufgaben auf MIMD-Mehrprozessorsystemen mit verteiltem Speicher erfordert eine durchgängige parallele Behandlung der anfallenden sehr umfangreichen Datenmengen. In engem Zusammenwirken mit anderen Teilprojekten werden spezifische Probleme beim Pre- und Postprocessing für massiv parallele Rechner betrachtet. Die zu behandelnden Teilaufgaben, Pre- und Postprocessing, sind eng miteinander verbunden und bilden Rahmen und technisch-informatische Grundlage f"ur Test- und Entwicklungsarbeiten in anderen Projekten. Sowohl Pre- als auch Postprocessing sind wichtige Bindeglieder für die Kopplung von parallelen Berechnungen und den notwendigerweise sequentiellen Aktionen bei interaktiver Arbeit an der Workstation. Eine wichtige Fragestellung war es daher auch, durch geeignete Schnittstellen einen effektiven Datenfluß von der weitgehend interaktiven Aufbereitung der Testdaten für die Bearbeitung am Parallelrechner bis zur Visualisierung der Ergebnisse, sowohl unmittelbar während der numerischen Tests als auch im separaten Postprocessing als Nachbereitung. Letzteres gilt insbesondere für die zweckmäßige Darstellung zeitabhängiger Lösungen wie in der Strömungssimulation (Tp. D3).

Teilaufgaben:

• Besonderheiten des Pre- und Postprocessings für eine durchgängig parallele numerische Behandlung von Simulationsaufgaben der Kontinuumsmechanik
• Entwicklung von Datenschnittstellen mit zweckmäßiger Verteilung der Arbeitsetappen auf Workstation und Parallelrechner
  (Geometriebeschreibung - Netzgenerierung - Löser - Postprocessing - Visualisierung)
• Partitionierung und Verteilung der Teilgebiete bei variabler Prozessortopologie
• Untersuchung verschiedener Verteilungs- und Kommunikationsstrategien
• Parallele 2D- und 3D-Netzgenerierung
  Beispiel zum geometrieangepaßten 3D-Preprocessing: spezielle Flächengeometrien entstehen wärend der Netzverfeinerung.
• "Quickpost" - schnelle Visualisierung ("on-line"): Lösungsdarstellungen unmittelbar vom Parallelrechner - unentbehrlich für Entwicklung und Test von Lösungsalgorithmen ;
  Preprints: SPC 94_23, SPC 94_24
• Datenschnittstelle zwischen Parallelrechner und Workstation für ein komfortableres Postprocessing mit spezieller Software (z.Zt. wird das am SFB 256 in Bonn und Freiburg entwickelte GRAPE benutzt) ; Preprint: SPC 95_4
• Generierung von Videosequenzen bei Strömungssimulationen, z. B. mittels ImageMagick oder als MPEG-Files. oder auch als animierte Bildfolge im WWW (s.o.)

• SPC-PM Po 3D: in mehreren Teilprojekten entwickeltes und gemeinsam genutztes 3D-FEM-Paket
• SPC-PM CFD 3D: Programmpaket für Strömungs- und Transportprobleme,
  (Teilprojekt D3).
• ähnliche Programme existieren auch für 2D-FEM,
  in allen diesen Programmen ist die X11-basierte Quick-Post-Visualisierung integriert:
• gebgraf: Unterprogramm zur Visualisierung von 2D-FEM-Lösungen vom Parallelrechner aus, (M. Pester)
• draw3d: Unterprogramm zur Visualisierung von 3D-FEM-Lösungen (Schnittebenen und Oberflächen) unter Verwendung des Moduls gebgraf, (S. Meinel, M. Pester)
• gebgrape: Socket-basierte Schnittstelle vom Parallelrechner zur Visualisierung von 3D-FEM-Lösungen; erfordert das zugehörige Programm f3grape auf der lokalen Workstation, (M. Meyer)
• xbc: grafisch interaktive Eingabe von Randbedingungen für 3D-FEM, (Dag Lohse)
• geo_conv: geometrische Transformationen und Merging von FEM-Netzen auf der Basis vorhandener Standard-Eingabefiles, (Dag Lohse)
• parmesh3d: 2D/3D paralleler Netzgenerator, (G. Globisch)
• Konvertierungs- und Renumerierungs-Tools für unterschiedliche Datenfile-Formate, (G. Globisch)
• net.exe: grafisch interaktive 2D-Netz- und Randbedingungseingabe (für PC), M. Seibt
• XXgrab: kopiert Grafikausgaben vom Bildschirm als Bitmap in ein File, ausgelöt durch ein Unterprogramm auf dem Parallelrechner. (M. Seibt, M. Pester)
• XXplot: GNUPLOT-Rahmenprogramm, das Kommandos von einem entfernten (Parallel-)Rechner entgegennimmt und ausführt. Entsprechende Unterprogramme stehen dort zur Verfügung. (T. Hommel, M. Pester)
• ...

• G. Globisch. PARMESH - a parallel mesh generator. Parallel Computing, 21(3) (1995), pp. 509-524.
• G. Globisch. On an automatically parallel generation technique for tetrahedral meshes. Computing, 21(3) (1995), pp. 1979-1995.
• G. Haase, T. Hommel, A. Meyer, M. Pester. Bibliotheken zur {Entwicklung paralleler Algorithmen. Preprint SPC 95_20, TU Chemnitz-Zwickau, Juni 1995.
• M. Meyer. Grafik-Ausgabe vom Parallelrechner für 3D-Gebiete. Preprint SPC 95_4, TU Chemnitz-Zwickau, Januar 1995.
• M. Pester. Grafik-Ausgabe vom Parallelrechner f"ur 2D-Gebiete. Preprint SPC 94_24, TU Chemnitz-Zwickau, November 1994.
• M. Pester. On-line visualization in parallel computations. In: W. Borchers, G. Domick, D. Kröner, R. Rautmann, D. Saupe (eds.), Visualization Methods in High Performance Computing and Flow Simulation, VSP Utrecht, The Netherlands / TEV Vilnius, Lithuania, 1996. pp. 91-98.
• M. Pester. Behandlung gekrümmter Oberflächen in einem 3D-FEM-Programm für Parallelrechner. Preprint SFB393/97-10, TU Chemnitz-Zwickau, April 1997.
  
• URL zur Tabelle der implementierten Face-Geometrien.
• U. Reichel. Partitionierung von Finite-Elemente-Netzen. Preprint SFB393/96-18, TU Chemnitz-Zwickau, November 1996.
• M. Seibt. Dokumentation zu NET.EXE v2.2 - Werkzeug zur Eingabe und Bearbeitung 2-dimensionaler Netze. Belegarbeit, TU Chemnitz-Zwickau, Januar 1994.

Matthias Pester, März 1997