Partikel-basierte Modellierung: ein Simulationswerkzeug mit Anwendungsschwerpunkt im Umweltbereich
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Düsseldorf
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1995
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| adam_text | Titel: Partikel-basierte Modellierung
Autor: Kühn, Volker
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis 1. Kapitel: Einführung..........................................................................1 1.1. Thema der Dissertation..........................................................................................1 1.2. Motivation.............................................................................................................1 1.3. Leitfaden der Dissertation.....................................................................................5 1.4. Historie..................................................................................................................8 1.5. Zusammenfassung der Ergebnisse der Arbeit.....................................................11 1.5.1. Partikel-basiertes Modellieren.....................................................................11 1.5.2. Ergebnisse im Umweltbereich.....................................................................13 2. Kapitel: Computergraphische Simulation....................................16
2.1. Anforderungen an die Computersimulation ........................................................17 2.2. Simulationspipeline.............................................................................................18 2.3. Simulations verfahren...........................................................................................19 2.4. Strukturierungselemente für Computersimulation ..............................................23 2.4.1. Konzepte der Simulationsstrukturierung.....................................................25 2.4.1.1. Agenten................................................................................................25 2.4.1.2. Umgebungen........................................................................................26 2.4.1.3. Controller.............................................................................................27 2.4.2. Kooperation der Strukturierungselemente...................................................29 2.4.3. Objektorientierte
Eigenschaften..................................................................29 2.5. Zusammenfassung von Kapitel 2........................................................................30 3. Kapitel: Partikelsysteme.................................................................31 3.1. Partikel.................................................................................................................31 3.2. Partikelsysteme....................................................................................................32 3.3. Interaktionen zwischen Partikeln........................................................................32 3.3.1. Optimierte Interaktionsauswertung..............................................................35 3.3.2. Partikel/Partikelsystem-Interaktionen..........................................................35 3.4. Raumbezogene, baumartige Datenstrukturen......................................................36 3.4.1. Quadtree .......................................................................................................36
3.4.2. Octree ...........................................................................................................38 3.4.3. Staircase-Tree ..............................................................................................39 3.4.3.1. Kollisionserkennung und -Vermeidung................................................42 3.5. Algorithmen für Partikelsimulationen.................................................................43 3.5.1. Die Clockworks-Implementierung..............................................................45 3.5.1.1. Das Simulationsmodul.........................................................................45 3.5.1.2. Anwendungen......................................................................................48 3.5.2. Der Greengard- Algorithmus........................................................................52 3.5.2.1. Verfahrensoptimierungen.....................................................................56 3.5.2.2. Anwendungen......................................................................................62 3.6. Gegenüberstellung der Partikelverfahren............................................................63 3.7. Zusammenfassung von Kapitel 3........................................................................65 4. Kapitel: Partikelsimulation im Umweltbereich............................67 4.1. Atmosphärische Umweltforschung: Ausbreitung von Schadstoffen...................67 4.1.1. Meteorologische Windmodelle....................................................................70 4.1.1.1. Das prognostische mesoskalige Windmodell.......................................72 4.1.1.2. Das diagnostische mikroskalige Windmodell......................................77 4.1.2. Luftchemische Modelle...............................................................................82 V
4.1.2.1 Chemische Reaktionen von Spurengasen.............................................83 4.1.2.2. Chemie der Stratosphäre......................................................................84 4.1.2.3. Chemie der Troposphäre......................................................................86 4.1.2.4. Reaktionsverhalten von Schwefeldioxid SO 2 ......................................87 4.1.2.5. Reaktionsverhalten von Stickstoffoxid NO x .......................................88 4.1.2.6. Schadstofftransport..............................................................................88 4.1.3. Modelle zur Ausbreitungssimulation...........................................................90 4.1.3.1. Das Gauß-Modell.................................................................................92 4.1.3.2. Das Box-Modell...................................................................................92 4.1.3.3. Das Lagrange-Modell (Trajektorien-Modell).......................................93
4.1.3.4. Das Euler-Modell (Gittermodell).........................................................93 4.1.4. Integration der Modelle...............................................................................96 4.2. Das Umweltinformationssystem TERRA...........................................................96 4.2.1. Datenakquisition und Szenenmodellierung.................................................98 4.2.2. Bildklassifikation.........................................................................................98 4.2.3. Das Visualisierungsmodul...........................................................................98 4.2.4. Benutzungsoberfläche für Umweltsimulationen.........................................99 4.2.5. Anwendungen von TERRA.......................................................................100 4.3. Parallelisierungsaspekte....................................................................................104 4.3.1. Massiv-parallele Rechnerarchitekturen.....................................................105
4.4. Zusammenfassung von Kapitel 4......................................................................106 5. Kapitel: Ausblick...........................................................................108 Anhang A: Literaturliste...................................................................110 VI
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