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Interactive Visualisation of Simulated Nonwoven Fabrics
Carlo Moritz Göllner, Diploma Thesis
Bauhaus University Weimar
Supervisiors:
Dipl.-Inf. Stefan Wundrak, Fraunhofer IGD - A2
Prof. Bernd Fröhlich, Bauhaus-Universität Weimar
Prof. Charles A. Wüthrich, Bauhaus-Universität Weimar
[English Desciption]
- Visualization and analysis of the simulated fibre flight during the production of spunbond nonwoven fabrics.
Computational simulation is widely used in the industry for the optimisation of production processes. The computational simulation of the production of spunbond nonwoven fabrics is a new and emerging field of research. This thesis covers the development of analysis techniques for several aspects of simulated nonwoven fabrics, i.e. fabrics that are made of randomly oriented fibres.
We propose a set of visualisation techniques including colour coding, parallel coordinates, tangent colour mapping, and surface reconstruction for the analysis of the simulation data. Furthermore, we propose a model for realistic rendering of nonwoven fabrics in order to create a virtual preview of the simulated nonwoven fabric. This is a topic that was not addressed before. The rendering model is based solely on the output of the simulation and relies on existing techniques for realistic rendering of fibrous materials -- covering shading, self-shadowing, depth-sorting, and antialiasing.
Both aspects, information visualisation and realistic rendering, are required to run at interactive framerates, thus they are accelerated by exploiting modern programmable graphics hardware.
As a result, we have achieved major improvements over the previously used visualisation approaches, offering a unified solution for the interactive visualisation and exploration of simulated nonwoven fabrics. We had to apply our model for realistic rendering of nonwoven fabrics to artificial datasets due to restrictions of existing datasets. The results are promising, although our model for realistic rendering of nonwovens still has to prove itself on future simulation results.
[Deutsche Beschreibung]
Numerische Simulationen von Produktionsprozessen sind in der Industrie weit verbreitet. Insbesondere die Simulation der Produktion von Spinnvliesstoffen ist ein neues und aktives Forschungsgebiet. Diese Diplomarbeit behandelt die Entwicklung und Implementation von Computer-gestützten Analysetechniken für simulierte Spinnvliesstoffe, also Stoffe welche aus langen, chaotisch ausgerichteten Fäden bestehen.
- Realistic rendering of simulated nonwoven fabrics for a virtual preview (backlighting situation)
Für die Analyse der Simulationsdaten werden eine Reihe von Techniken zur Informationsvisualisierung verwendet: Farbkodierung, parallele Koordinaten, Tangenten-Farbkodierung und Oberflächenrekonstruktionen. Zudem wird ein Modell für die realistische Darstellung von Spinnvliesstoffen konzipiert, um dem Anwender eine virtuelle Vorschau des simulierten Vliesstoffes anzubieten. Die Anwendung von Methoden der realistischen Darstellung für Spinnvliesstoffe wurde zuvor noch nicht erforscht. Das konzipierte Modell fußt direkt auf den Simulationsdaten und passt bestehende Techniken aus dem Bereich der realistischen Darstellung von Fasermaterialen auf Spinnvliesstoffe an. Vier Aspekte fließen in das Modell ein: die Beleuchtung von Spinnvliesfäden, Selbstabschattung, Tiefensortierung und Antialiasing.
Die Verfahren der Informationsvisualisierung und der realistischen Darstellung erfordern, in Verbindung mit der Größe der Simulationsdaten, die Ausnutzung von moderner programmierbarer Grafikhardware, um interaktive Bildwiederholraten zu erreichen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu bisherigen Ansätzen zur Analyse simulierter Spinnvliesstoffe dar. Die Kombination der vorgestellten Verfahren erlaubt eine eingehende Analyse verschiedener Aspekte simulierter Spinnvliesstoffe. Das Modell für die realistische Darstellung von Spinnvliesstoffen musste auf synthetische Simulationsdaten angewendet werden, da existierende Simulationsdaten für diesen Zweck noch ungeeignet sind. Die Resultate sind vielversprechend, allerdings muss sich das Modell für die realistische Darstellung von Spinnvliesstoffen noch auf geeigneten, zukünftig verfügbaren Simulationsdaten bewähren.
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