Modellbasierte Analyse von (3+1)D-Biokonvektionsvorgängen

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Westermann
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5407692

Ziel des beantragten Forschungsprojektes ist es, Konzepte und Verfahren zur modellbasierten Analyse und Visualisierung von dynamischen Partikelsequenzen zu entwickelt und diese in der praktischen Anwendung zu erproben. Forschungsschwerpunkte in diesem Projekt sind adaptive und hierarchische Verfahren zur Rekonstruktion von Strömungsgeschwindigkeiten aus 2D und 3D Bildsequenzen gemessener Tracer-Partikel und zur direkten Analyse und echtzeitfähigen grafischen Repräsentation strömungsrelevanter Information aus Skalar- und Vektorfeldern. In diesem Kontext soll untersucht werden, in wie weit zur Analyse und Darstellung von experimentell bestimmten Strömungsphänomenen die Rekonstruktion von Geschwindigkeiten notwendig ist. Die Beantragung des Projektes wird durch die Beobachtung motiviert, dass aktuelle Verfahren zur Rekonstruktion von Strömungsgeschwindigkeiten aus Bildsequenzen rechen- und speicherintensiv sind und aufgrund der angewendeten Techniken des Partikel-Tracing und der Auto- bzw. Cross-Korrelation mit großen Unsicherheiten behaftet sind. Zur Bearbeitung hochaufgelöster, evtl. zeitabhängiger Sequenzen scheinen diese Verfahren aufgrund ihrer intrinsisch flachen und nicht adaptiven Struktur nur sehr bedingt einsetzbar zu sein. Die Frage nach effizienten Methoden zur qualitativen und quantitativen Analyse und zur Visualisierung hochaufgelöster instationärer Messergebnisse wurde bisher nicht ausreichend diskutiert. In den meisten Verfahren spielen modellbasierte Annahmen nur eine untergeordnete Rolle. In besonders enger Zusammenarbeit mit den Antragstellern im Paketantrag "Mikro-PIV" sollen die zu entwickelnden Verfahren an konkreten Anwendungen aus dem Bereich der Biologie und der Medizin erprobt werden. Diese Zusammenarbeit äußert sich im Austausch von Datenmaterial und modellspezifischen Charakteristiken der verwendeten Messapparaturen, in der Rekonstruktion von Geschwindigkeiten aus stereoskopischen Mikro-PIV-Sequenzen (Prof. Leder), in der direkten Analyse instantaner Dichteänderungen und bewegungsgefilterter Daten zur Gewinnung von Geschwindigkeitsinformation und strömungsspezifischen Merkmalen (Prof. Denz, Prof. Delgado), in der Beschleunigung von Verfahren zur Mustererkennung mittels Neuronaler Netze und der Darstellung dünner Gitter durch den Einsatz von Grafikhardware (Prof. Delgado), und in der Analyse und echtzeitfähigen Darstellung vektorieller, evtl. instationärer 2D und 3D Daten, wie sie auch in anderen Teilprojekten des Schwerpunktprogramms experimentell oder numerisch bestimmt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1147: Bildgebende Messverfahren für die Strömungsanalyse