aula de bioquímica bioquímica dos carboidratos.ppt
Fluids pt
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Modelos Computacionais de Simulacao de
L´quidos
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Goncalo Amador
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e-mail:gamador@it.ubi.pt
January, 2011
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Introducao
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Metodos Procedimentais
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Metodos baseados nas equacoes de Navier-Stokes
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Metodos Lagrangianos
´
Metodos Eulerianos
4 ´ ˆ
Metodo do Reticulado de Boltzmann (em ingles LBM)
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Conclusoes
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Referencias
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Introducao
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Visao Geral
´ ¸˜
Duas areas que estudam a simulacao de fluidos:
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Computacao da Dinamica dos Fluidos
ˆ
(em ingles CFD)
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Introducao
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Visao Geral (Cont.)
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Computcao Grafica (em ingles CG)
(tempo-real ≥ 30 fps) (nao-em-tempo-real ≤ 30 fps)
˜
´
Metodos usados em CG [1, 2, 3, 4]:
´
Metodos Procedimentais.
´ ¸˜
Metodos baseados nas equacoes de Navier-Stokes.
´ ˆ
Metodo do Reticulado de Boltzmann (em ingles LBM).
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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´
Metodos Procedimentais
´
Metodos Procedimentais
¸˜ ´
Funcao Parametrica:
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x distancia a origem
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C velocidade de propagacao
f (x, t) = A cos 2π(x−Ct) A amplitude da onda
L
t instante de tempo
L comprimento da onda
´ ´ ˜ ı
Unico metodo nao f´sico usado em CG.
´ ´
Mais rapido de todos os metodos usados em CG.
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Grande n´vel de detalhe para resolucoes distintas.
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Integrado na maioria das ferramentas de modelacao e
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animacao 3D.
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Metodos baseados nas equacoes de Navier-Stokes
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Equacoes de Navier-Stokes para fluidos incompress´veis
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→
−
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Conservacao de Massa: u =0
¸˜ ˜
Relacao entre forcas externas, pressao, temperatura, e
¸
densidade de um fluido viscoso em movimento:
→
−
∂u →
− → 1
− → →
− −
=− u · u − p+v 2u + f
∂t ρ
→
−
u : campo de velocidade
v : viscosidade do fluido
ρ: densidade do fluido
→
−
f : forcas externas
¸
∂ ∂ ∂
= , , : gradient
∂x ∂y ∂z
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Metodos baseados nas equacoes de Navier-Stokes
´
Metodos Lagrangianos
´
Metodos Lagrangianos
´
Part´culas = conjuntos de moleculas de fluidos.
ı
Movemo-nos com as part´culas.
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ˆ ¸˜
Part´culas tem posicao, velocidade, massa, fase, etc.
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Permitem splash, spray, espuma, fervedura, etc.
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Metodos baseados nas equacoes de Navier-Stokes
´
Metodos Eulerianos
´
Metodos Eulerianos
¸ ´ ´
Espaco e discretizado numa grelha de celulas finita.
¸˜ ˜ ´
Variacoes sao analisadas em cada celula.
´ ´
Consomem mais memoria que os metodos
procedimentais ou Lagrangianos.
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Metodos baseados nas equacoes de Navier-Stokes
´
Metodos Eulerianos
´
Metodos Eulerianos (Cont.)
Dois tipos de grelhas: “coarse” e “Marker-and-Cell”
(MAC).
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Metodos baseados nas equacoes de Navier-Stokes
´
Metodos Eulerianos
¸˜ ´ ˆ
Equacoes de Aguas de Baixa Profundidae (do ingles SWE)
˜
Versao simplificada (2D) das equac oes de NS em
¸
3D (e.g., superf´cie costeira do oceano, rios , etc).
ı
Usadas em CG e CFD.
´
Exigem menos memoria e processamento que as
equac de NS em 3D.
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¸˜
an aceleracao vertical
∂η
+ ( η) v = −η · v h altura acima do n´vel 0
ı
∂t ˜
η altura acima do chao
∂v v velocidade horizontal
+ ( v ) v = an h t instante de tempo
∂t
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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´ ˆ
Metodo do Reticulado de Boltzmann (em ingles LBM)
LBM
´
Metodo de grelha de CFD.
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Evolucao do (LGA), um modelo que descreve gases
no espaco (i.e., locais sem atmosfera).
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¸˜ ¸˜
Discretizacao da equacao de Boltzmann.
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Aproxima com boa precisao as equacoes de NS.
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Metodo do Reticulado de Boltzmann (em ingles LBM)
LBM (Cont.)
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Conclusoes
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Conclusoes
CFD simula fluidos de forma a resolver problemas de
engenharia.
CG simula fluidos para gerar efeitos aparentemente
realistas, para as industrias de filmes e jogos.
´
Existem 4 metodos usados para simular fluidos em
CG.
´ ´
O LBM e o metodo que consome mais memoria. ´
´ ˜
Os metodos procedimentais sao os que consomem
menos recursos computacionais.
´ ˜
Metodos h´bridos (Eulerianos+Lagrangianos) sao a
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solucao que permite mais efeitos.
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Conclusoes
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Conclusoes (Cont.)
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Existem versoes CUDA e em ”shading languages´´
´
de todos os metodos de CG.
˜ ´
Existem versoes CUDA de todos os metodos de CG.
´ ´
Metodos de NS e o LBM ja existem em MPI e em
OpenMP.
O surgimento do CUDA aumentou a pesquisa em
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CFD de super-computacao em paralelo.
Aparentemente, existem somente trabalhos em CFD
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usando em simultaneo OpenMP ou CUDA e MPI.
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Modelos Computacionais de Simulacao de L´quidos
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Referencias
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Referencias
J. Tessendorf, “Simulating Ocean Water,” in ACM
SIGGRAPH 2004 Course Notes.
R. Bridson, M. F. Muller, E. Guendelman, and R. Fedkiw,
¨
“Fluid simulation,” in ACM SIGGRAPH 2006 Course Notes.
R. Bridson and M. F. Muller, “Fluid simulation,” in ACM
¨
SIGGRAPH 2007 Course Notes.
M. F. Muller, J. Stam, D. James, and N. Thurey, “Real time
¨ ¨
physics,” in ACM SIGGRAPH 2008 Course Notes.