Resumo
Este
trabalho é uma aplicação do método de
partículas para problemas de escorregamento de fluido, aplicando
ferramentas de visualização 3D e interação
interativa em tempo real, para o melhoramento do estudo das
simulações de partículas.
Para este fim nós usamos o código Particle Simulation using CUDA, feito pelo Prof. Simon Green, onde em este trabalho propõe-se sua modificação em uma nova simulação de partículas fazendo uma formulação própria do método Dissipative Particle Dynamics (DPD) e a alteração de sua visualização no OpenGL, acrescentando a implementação de novos exemplos de estudo como escorregamento continuo de partículas, queda de coluna de fluido e fluido-estrutura, além da implementação da visualização da grandeza da velocidade em cada partícula.
O entorno de visualização é desenvolto usando a biblioteca de OpenGL GLUT e a ferramenta de visualizador por fragmentos de Point Sprites desenvolvida para a texturização em um ponto onde se usa a textura 2D, nosso caso em questão uma esfera no espaço para a representação de cada partícula.
Este trabalho realizado para IA369E - Tópicos em Engenharia de Computação VI, que foi orientado à estudo de sistema interativo de visualização de dados volumétricos, dirigido pela Professora Wu, Shin - Ting.
Onde a conclusão más destacada foi conseguir a estabilização do método DPD usando a visualização da velocidade de cada partícula, e a alteração de alguns parâmetros da simulação.
Para este fim nós usamos o código Particle Simulation using CUDA, feito pelo Prof. Simon Green, onde em este trabalho propõe-se sua modificação em uma nova simulação de partículas fazendo uma formulação própria do método Dissipative Particle Dynamics (DPD) e a alteração de sua visualização no OpenGL, acrescentando a implementação de novos exemplos de estudo como escorregamento continuo de partículas, queda de coluna de fluido e fluido-estrutura, além da implementação da visualização da grandeza da velocidade em cada partícula.
O entorno de visualização é desenvolto usando a biblioteca de OpenGL GLUT e a ferramenta de visualizador por fragmentos de Point Sprites desenvolvida para a texturização em um ponto onde se usa a textura 2D, nosso caso em questão uma esfera no espaço para a representação de cada partícula.
Este trabalho realizado para IA369E - Tópicos em Engenharia de Computação VI, que foi orientado à estudo de sistema interativo de visualização de dados volumétricos, dirigido pela Professora Wu, Shin - Ting.
Onde a conclusão más destacada foi conseguir a estabilização do método DPD usando a visualização da velocidade de cada partícula, e a alteração de alguns parâmetros da simulação.
Contribuições
Este
trabalho tem como objetivo mostrar as vantagens de usar as ferramentas
de visualização e iteração usando OpenGL e
GLUT para o estudo de simuladores de partículas DPD
[1], em simulações em tempo real. No entanto, este resume
a ideia básica de uma formulação que
propõe-se de DPD, sua
implementação no código CUDA e sua
visualização usando OpenGL e GLUT. Além, da
implementação da ferramenta de visualização
para processamento de fragmentos para desenho de partículas de Point Sprite para representar elas
como esperas.
Para este efeito, este trabalho se consegue modificando o código feito pelo Prof. Simon Green, no que usa-se como método de simulação de partículas DEM [2], realizado em seu trabalho Particle Simulation using CUDA [3]. Portanto, usando esse código, mudamos ele para as novas formulações propostas com DPD, e os novos requisitos de visualização dos problemas a implementar. Esses consistem em visualizar a magnitude da velocidade das partículas usando una faixa de cores que delimite entre a velocidade máxima e mínima do problema, usando uma função que transforma os valores das grandeza das velocidades das partículas em cores RGBA (red green blue alpha) [4], como se pode olhar na Fig. 1 do lado esquerdo. Onde a máxima velocidade fica de cor vermelho e a mínima velocidade de cor azul.
Assim, modifica-se a iteração de OpenGL e CUDA, já que uma variável atualizada constantemente deve ser visualizada agora, o código anterior só visualizava as partículas com cores arbitrários definidos nos passos iniciais da simulação, como se mostra na Fig. 1 no lado direito.
como esperas.
Para este efeito, este trabalho se consegue modificando o código feito pelo Prof. Simon Green, no que usa-se como método de simulação de partículas DEM [2], realizado em seu trabalho Particle Simulation using CUDA [3]. Portanto, usando esse código, mudamos ele para as novas formulações propostas com DPD, e os novos requisitos de visualização dos problemas a implementar. Esses consistem em visualizar a magnitude da velocidade das partículas usando una faixa de cores que delimite entre a velocidade máxima e mínima do problema, usando uma função que transforma os valores das grandeza das velocidades das partículas em cores RGBA (red green blue alpha) [4], como se pode olhar na Fig. 1 do lado esquerdo. Onde a máxima velocidade fica de cor vermelho e a mínima velocidade de cor azul.
Assim, modifica-se a iteração de OpenGL e CUDA, já que uma variável atualizada constantemente deve ser visualizada agora, o código anterior só visualizava as partículas com cores arbitrários definidos nos passos iniciais da simulação, como se mostra na Fig. 1 no lado direito.
Figura 1.
Visualização de partículas por Point Sprites. Na esquerda da figura,
partículas coloreadas em relação com suas velocidades máximas e
mínimas; Na direita visualizaçãooriginal, feito pelo Prof.Prof. Simon Green
Com essas novas ferramentas e a visualização pronta, novos exemplos de estudo de interação fluidos-estrutura como são:
Figura 2. Condição de fronteira, duas variações do orifício para escorregamento de fluido, modificando menu ativado pelo teclado.
Figura 3. Passos de tempo no exemplo de coluna de partículas, até elas atingir todos as paredes frontais.
Figura 4. Interação com obstaculo em queda de coluna de partículas.
Como efeito da novos exemplos e visualizações se consegue achar o estado de estabilidade do problema e se mostra um estado de estabilidade que só, posso-se conseguir com a nova implementação no modelo.
- Escorregamento continuo de partículas (Fig. 2).
Figura 2. Condição de fronteira, duas variações do orifício para escorregamento de fluido, modificando menu ativado pelo teclado.
- Queda de coluna de partículas (Fig. 3).
Figura 3. Passos de tempo no exemplo de coluna de partículas, até elas atingir todos as paredes frontais.
- Interação com obstaculo em queda de coluna de partículas (Fig. 4).
Figura 4. Interação com obstaculo em queda de coluna de partículas.
Como efeito da novos exemplos e visualizações se consegue achar o estado de estabilidade do problema e se mostra um estado de estabilidade que só, posso-se conseguir com a nova implementação no modelo.