Jenseits der Graphikkarte

Wie strömt Erdöl in unterirdischen Seen? Was geschieht mit flüssigem Metall, während ein Bauteil gegossen wird? Die Software PV-4D setzt die gewaltigen Datenmengen solcher komplexen Vorgänge in anschauliche Animationen um und erleichtert so deren Interpretation.

Simulationen helfen, komplexe Vorgänge zu verstehen. Dabei entstehen immense Datenmengen – etliche Giga-, Tera- oder gar Petabyte. Ein Problem ist es, die gewonnenen Daten anschaulich umzusetzen. Perfekte Bilder liefert die Software PV-4D, die gänzlich ohne Graphikhardware auskommt. Entwickelt wurde sie von Carsten Lojewski am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Für seine Arbeiten, die die Visualiserung wesentlich schneller machen und neue Darstellungsformen wie interaktive 3-D-Filme ermöglichen, erhält der Wissenschaftler einen der Joseph-von-Fraunhofer-Preise.

Wenn es darum geht, komplexe Simulationen darzustellen, kommen Graphikkarten, die vorrangig für den Spielemarkt konzipiert sind, an ihr Ende. Anders die Software des ITWM: „Wir verarbeiten volumenorientierte Daten, also Daten mit drei Dimensionen“, erklärt Lojewski. „Das ist dann von Interesse, wenn man nicht nur die Oberfläche eines Objekts betrachten will, sondern sehen will, was darunter liegt und wie sich das verändert. Wichtig ist das beispielsweise beim Gießen von Metallen oder bei der Analyse seismischer Daten für die Erdölexploration.“ PV-4D steht für Parallele Visualisierung in vier Dimensionen und macht Simulationsdaten anschaulich und interpretierbar. Es entstehen Animationen, in denen sich Objekte beliebig drehen, beschneiden und durchfliegen lassen – mit Spezialbrillen sogar stereoskopisch.

Kernstück der Entwicklung sind stark optimierte Algorithmen in der Software. Sie übernehmen die Arbeit der Graphikkarte. Alle Arbeits und Speichereinheiten des Computers werden so für die Visualisierung genutzt. Besonders effektiv arbeitet die Software, wenn sie auf mehreren zusammengeschalteten Rechnern läuft, also im Cluster arbeitet. „Computercluster werden von Unternehmen heute bereits häufig eingesetzt, denn so werden Simulationen schneller und bleiben dennoch kostengünstig“, erläutert Lojewski. Eine solche Grid-Lösung bringt zusätzlich den Vorteil, dass Nutzer an jedem angeschlossenen Computer auf die Daten zugreifen können. Sie brauchen dazu keine eigenen leistungsfähigen Graphikrechner.

Die Software ist das weltweit leistungsfähigste Werkzeug, um die gigantischen Volumendaten schnell und interaktiv darzustellen. Das überzeugt auch Pilotkunden wie DaimlerChrysler, die Shell AG oder die Berkeley Labs in Kalifornien. Neueste Entwicklung: der parallele PV-4D Ray Tracing Kernel für photorealistische Darstellungen. Dieser wurde speziell für den Cell-Prozessor von IBM, Sony und Toshiba entwickelt.