Interaktive Visualisierung von Bearbeitungsprozessen als komplexe Geometrie-Modelle mit High Performance Computing (skalierbare paralleler Algorithmen).

Visualisierungen in der Automatisierung und im Maschinenbau für Simulation und Modellierung gestalten sich als sehr komplex. Geometriemodelle mit erheblicher Datengröße bedürfen leistungsfähiger Verfahren um diese zu berechnen und darzustellen. Ziel des Projektes „Enlight“ ist die Entwicklung und Implementierung eines neuen Verfahrens in Form eines heterogenen Frameworks zur Unterstützung moderner Hardware-Architekturen wie Multi-/Many-Core Central Processing Units (CPUs) und General Purpose
Graphic Processing Units (GPGPUs), welches die komplex-en Geometriedaten in Echtzeit modifiziert und visualisiert.

Die Anwendungsbereiche liegen in der Konstruktion (CAD) und Fertigungssimulation (CAM), sowie in der Medizin. CAM Modelle sehr detailreicher Werkstücke bestehen heute aus mehreren hundert Millionen Oberflächenelementen. Entscheidend für technisch-naturwissenschaftliche Anwendungen ist dabei nicht nur eine interaktive sondern auch eine exakte Darstellung der Geometrie. Voraussetzung für eine zuverlässige Simulation und Überwachung des gesamten Fertigungsprozesses ist eine lückenlose und exakte Modellierung der Geometrie des Werkstücks, welche in mehreren tausend Bearbeitungsschritten verändert wird.

• Modellierung: Geometriemodelle werden entsprechend einem Raumpartitionierungsschema verwaltet. Beim Hinzufügen von Abzugsvolumen (resultierend aus den Werkzeugpfaden der Bearbeitungsschritte) wird eine geometrische Boolesche Subtraktion durchgeführt. Eine intelligente Auslöschungsstrategie sorgt dafür, dass nicht zur Oberfläche beitragende Geometrieteile entfernt werden können.
• Visualisierung: Verwendung eines hinsichtlich der geometrischen Booleschen Subtraktion angepassten Raycasting Verfahrens.

Eine prototypische Implementierung nutzt das Parallelisierungspotential moderner Hardware-Architekturen und konnte die Leistungsfähigkeit des Verfahrens anhand der Fertigungssimulation eines Impellers unter Beweis stellen: Die Ausgangsgeometrie und die 2493 Abzugsvolumen bestehen aus ca. 21 Millionen Dreiecken (Gesamtdreiecken). Die Visualisierung erfolgte auf einer Intel Core i7 Quad Core CPU bei einer Bildschirmauflösung von 800 mal 600. In nachfolgender Abbildung ist die gute Skalierbarkeit hinsichtlich der Laufzeit (Raycasting Zeit) und Speichereffizienz (Gesamtdreiecke reduziert auf Modelldreiecke durch Auslöschungsstrategie) in Bezug zur Anzahl der Abzugsvolumen ersichtlich.

Dieses Projekt wurde im Rahmen des Programms Regionale Wettbewerbsfähigkeit OÖ 2007-2013 aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung sowie aus Mitteln des Landes OÖ gefördert.