Title: The visible vortex - interactive analysis and extraction of vortices in large time-dependent flow data sets
Language: English
Authors: Fuchs, Raphael
Qualification level: Doctoral
Keywords: Visualisierung; Computer Graphik; Strömungsvisualisierung; Wirbelerkennung
Visualization; Computer Graphics; Flow Visualization; Vortex Detection
Advisor: Hauser, Helwig
Issue Date: 2008
Number of Pages: 138
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Computational simulation of physical and chemical processes has become an essential tool to tackle questions from the field of fluid dynamics.
Using current simulation packages it is possible to compute unsteady flow simulations for realistic scenarios. The resulting solutions are stored in large to very large grids in 2D or 3D, frequently time-dependent, with multi-variate results from the numeric simulation.
With increasing complexity of simulation results, powerful analysis and visualization tools are needed to make sense of the computed information and answer the question at hand. To do this we need new approaches and algorithms to locate regions of interest, find important structures in the flow and analyze the behavior of the flow interactively.
The main motives of this thesis are the extension of vortex detection criteria to unsteady flow and the combination of vortex detectors with interactive visual analysis.
To develop an understanding for the simulation results it is necessary to compare attributes of the simulation to each other and to be able to relate them to larger structures such as vortices. It is shown how automatic feature detection algorithms can be combined with interactive analysis techniques such that both detection and analysis benefit.
%A flexible approach that allows to take discuss ho w analysis can take additional flow attributes into account.
By extending and integrating vortex detectors into the process of visual analysis, it becomes possible to understand the impact of vortex structures on the development of the flow. Using real-world examples from the field of engine design we discuss how vortex structures can have critical impact on the performance of a prototype. We illustrate how interactive visual analysis can support prototype design and evaluation.
Furthermore, we show that taking the unsteady nature of the flow into account improves the quality of the extracted structures.

Computersimulation physikalischer und chemischer Prozesse sind ein essentielles Hilfsmittel zum Verständnis von Problemen aus dem Bereich der Strömungslehre geworden. Mit aktuellen Simulationspaketen ist es möglich für realistische Szenarien zeitabhängige Lösungen zu berechnen. Die berechneten Lösungen werden in großen Gitternetzen gespeichert, sind häufig zeitabhängig und enthalten die multivariaten Ergebnisse der numerischen Simulation.
Mit zunehmender Komplexität der Simulationsergebnisse entsteht die Notwendigkeit geeignete Analyse- und Darstellungswerkzeuge zu verwenden, um aus den erzeugten Daten Erkenntnisse zu gewinnen und die gegebene Fragestellung lösen zu können.
Dafür sind neue Methoden und Algorithmen notwendig um wichtige Teile der Daten zu extrahieren, wichtige Strukturen in der Strömung zu erkennen und das Strömungsverhalten interaktiv analysieren zu können.
Das Hauptmotiv dieser Arbeit ist die Erweiterung von Wirbelkriterien auf zeitabhängige Lösungen und die Kombination dieser Wirbelkriterien mit den Methoden der interaktiven visuellen Analyse.
Um ein Verständnis für die Simulationsergebnisse zu entwickeln ist es notwendig Attribute der Simulation miteinander vergleichen und mit größeren Strukturen wie Strömungswirbeln in Verbindung bringen zu können.
Es wird gezeigt, wie automatische Wirbeldetektoren und interaktive Analyse kombiniert werden um sowohl Erkennung als auch Analyse von Wirbelstrukturen zu verbessern.
Indem klassische Wirbeldetektoren erweitert und in die visuelle Analyse integriert werden, ist es möglich die Auswirkung von Wirbeln auf wichtige Attribute der Flussigkeit und die Entwicklung der Strömung zu verstehen. Wir zeigen anhand von praktischen Beispielen aus dem Bereich der Motorentwicklung, dass Wirbel einen entscheidenden Einfluss auf anwendungskritische Variablen der Strömung haben können und demonstrieren wie interaktive visuelle Analyse helfen kann diesen Einfluss einzuschätzen.
Weiterhin besprechen wir wie zeitabhängige Größen in die Wirbelbestimmung einfließen können um die Qualität der gefundenen Merkmale zu verbessern.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-22975
http://hdl.handle.net/20.500.12708/12351
Library ID: AC05038449
Organisation: E186 - Institut für Computergraphik und Algorithmen 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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