Für die Visualisierung von Geschwindigkeitsverteilungen aus Strömungssimulationen haben sich verschiedene Methoden etabliert. Dazu gehören die Darstellung der Informationen mittels kleiner Pfeile, farbcodierte Strom- und Bahnlinien sowie Schlierenbilder. All diese Methoden haben ihre Stärken und Schwächen. Vor allem aber sind sie ohne Vorwissen zu den betrachteten Daten schwer zu interpretieren. Aus diesem Grund ist in einer Zusammenarbeit zwischen der delta h Ingenieurgesellschaft mbH und dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) in Kaiserslautern die Software STRING entstanden, die einen intuitiven Zugang zu den Ergebnissen von Strömungssimulationen bietet.

Visualisierungsbeispiel

Das Programm ermöglicht es, stationäre und instationäre Strömungen in zwei Raumdimensionen als Video zu visualisieren. Die relevanten Richtungs- und Geschwindigkeitsinformationen werden durch sich mit der Strömung bewegende Streamlets dargestellt. Als Streamlet bezeichnet man ein kurzes Liniensegment einer Stromlinie. Die Bewegungsrichtung eines Streamlets steht für die Richtung der Strömung und die Länge korreliert mit der Geschwindigkeit.

Die Software ermöglicht den Import von Strömungsdaten aus SPRING und das Abspeichern der einzelnen berechneten Bilder für ein Video. Diese Bilder können auch mit einem transparenten Hintergrund versehen sein, damit man in einem nachgeschalteten Arbeitsschritt beliebige zusätzliche Daten in das Video einblenden kann. Um dies zu erleichtern, wird zusammen mit den Einzelbildern ein Worldfile gespeichert, dass die Georeferenzierung des Videos in einem beliebigen Geoinformationssystem (GIS) ermöglicht.

Für das Erzeugen eines Videos werden aus SPRING Informationen zur Geometrie und den Geschwindigkeiten der Strömung innerhalb dieses Gebietes benötigt. Für die initiale Verteilung der Streamlets wird auf eine bewährte Methode zurück gegriffen, die am ITWM schon seit langem im Rahmen der dort entwickelten Finite Poinset Method (FPM) angewendet wird. Die Bewegungsgleichungen der Streamlets werden mittels eines adaptiven Runge-Kutta-Verfahrens höherer Ordnung gelöst. Die Fehlertoleranz ist dabei beliebig einstellbar. Zum Interpolieren der Geschwindigkeiten aus den in SPRING berechneten Daten wird die Moving Least Squares Methode verwendet. Dabei werden auch Sonderfälle im Zusammenhang mit komplizierten Geometrien berücksichtigt. Im Laufe der Animation kann es vorkommen, dass sich in Senken des Strömungsgebietes sehr dichte Ansammlungen von Streamlets bilden bzw. von Quellen alle Streamlets weg fließen. Beides führt dazu, dass in diesen Gebieten keine Beurteilung der vorherrschenden Strömung mehr möglich ist. Um dies zu vermeiden, ist ein Management der lokalen Verteilung der Streamlets nötig. Das ITWM kann zur Lösung solcher Probleme auf eine langjährige Erfahrung aus dem Bereich der FPM zurückgreifen. Aus diesem Umfeld wurden in STRING verschiedene Algorithmen implementiert.

Das Programm STRING ist mittels einer grafischen Benutzeroberfläche steuerbar und die Ausgabe der einzelnen Bilder für das Video lässt sich frei anpassen. Parameter sind z.B. gegeben durch die Auflösung und die Laufzeit des fertigen Videos. Aber auch das Aussehen der einzelnen Streamlets lässt sich sehr detailliert anpassen.

So lassen sich klare Eindrücke über Flussrichtung, Verlauf, Geschwindigkeit sowie zeitliche Entwicklung der Gewässerströmung erhalten. Im Zusammenspiel mit SPRING 5 entfaltet STRING seine volle Leistungsfähigkeit

Ergebnisse für Zwischenzeitpunkte der instationären Strömungsberechnung