Utilisation de l'IBM Blue Gene/P de
l'IDRIS :
Analyse TomoPIV (TIPV)
Analyse TomoPIV (TIPV)
Responsable :
Sébastien COUDERT
CORIA (UMR CNRS 6614) : B. Lecordier
LEA (UMR CNRS 6609) :
L. Thomas, V. Grulier, P. Braud, B.
Tremblais, L. David
LML (UMR CNRS 8107)
: C. Atkinson, S. Coudert,
J.M. Foucaut, M. Stanislas, J. Soria
Résumé du projet
Dans le cadre de
l'ANR Vive3D, 3 laboratoires UMR CNRS : CORIA, LEA et LML
implémentent conjointement des logiciels afin de
développer de la technique de 'Tomographic PIV' (TPIV) pour
leurs applications en mécanique des fluides.
Actuellement, seul un logiciel commercial existe dans le monde de la
Recherche ; le challenge est de réaliser un
deuxième logiciel (écrit par des scientifiques du
domaine public) en ajoutant une capacité de traitement,
inexistante à ce jour, par l'exécution du code
sur une machine massivement parallèle.
L'utilisation de la machine BlueGene/P concerne 3 aspects:
- le développement de la technique de TPIV sur des
machines à mémoire distribuée.
- l'analyse d'images acquises lors de campagnes d'essais
expérimentaux en TPIV.
- le post-processing des résultats de 'Tomographic
PIV'
Objet de la recherche, problématique scientifique
Les 3 laboratoires :
CORIA, LEA et LML développent depuis plus d'une dizaine
d'années les méthodes de mesures
expérimentales (PIV, SPIV) dans divers
écoulements selon leurs thématiques de recherche
spécifiques en mécanique des fluides. Ces
méthodes permettent de mesurer des champs de vitesses
à deux ou trois composantes dans un plan à partir
d'images enregistrées sur une ou deux cameras.
Aujourd'hui, ces laboratoires implémentent conjointement des
logiciels afin de développer la technique de 'Tomographic
PIV' (TPIV) pour leurs applications au sein de l'ANR VIVE3D
(Vélocimétrie Instantanée Volumique
pour les Ecoulements Tridimensionnels).
Cette méthode consiste à enregistrer des images
sur un grand nombre de cameras afin de déduire les trois
composantes de la vitesse d'un fluide dans un volume. Une configuration
standard est l'utilisation d'un laser et de 4 cameras. Deux
acquisitions sont nécessaires pour mesurer le
déplacement des particules ensemencées dans le
fluide étudié. A partir de chaque acquisition, le
volume est reconstruit par méthode tomographique puis les 2
volumes sont inter-corrélés pour
déterminer le déplacement en
différents points d'une grille du volume
étudié (processing) (cf.
figure 1).
Enfin, les résultats sont analysés principalement
de manière statistique (post-processing).
Caractéristique du code et de
l'implémentation sur la Blue Gene/P
Code TPIV (processing)
Le code TPIV
réalise tout d'abord la reconstruction de 2 volumes
(tomographie à partir de multiples vues) puis la
corrélation de ceux-ci au points d'une grille 3D (mesure de
déplacement).
En entrée, sont les images acquises (matrice de pixel) ainsi
que des fichiers de paramètres de configuration et
d'analyse, en temporaire (optionnellement en sortie), sont les volumes
(matrice de voxel) et enfin en sortie, sont les matrices 3D des
vecteurs vitesse (matrice 3D de composantes de vecteurs vitesses). Le
rapport de données entre l'entrée et la sortie
est de l'ordre de 10 à 100.
Code PPlml (post-processing)
Le code PPlml
réalise principalement des analyses statistiques des volumes
de vecteur vitesse. Les traitements sont réalisés
en prenant en compte la validité de la mesure et des
directions homogènes.
En entrée, sont les matrices de vecteurs vitesses et en
sortie, des volumes de taille le plus souvent inférieure
(par exemple, des moyennes (ordre de 1000 fois
inférieure), des corrélations en 2 point (ordre
de 100 fois inférieure), ...).
Description des résultats obtenus
L'analyse TPIV (processing) est une analyse tomographique
de reconstruction suivi d'une analyse en corrélation
à multiple passes.
- Reconstruction 3D de type ART, mais avec la
particularité de n'avoir que très peu de vues
(4 cameras).
- Corrélation 3D de type FFT ou directe sur des
petits volumes (ordre 64x64x64 voxels).
Les processus sont relativement indépendant, travaillant sur
de petits volumes de données, mais en grand nombres.
Cependant, à certains moments clefs rares, les processus
doivent échanger leurs données. La plate-forme
BlueGene est idéale pour ce code. Actuellement,
l'efficacité de ce code est de l’ordre de 0.90
avec 4096 cores (cf. figure 2).
L'analyse TPIV (post-processing) est une analyse
statistique avec validation de la mesure (flag) et avec directions
d'homogènéités. Les algorithmes
actuellement disponibles et parallélisés sont :
moments statistiques centrés et corrélation en 2
points.
Les processus sont indépendant jusqu'au résultat
final qu'il faut échanger. La plate-forme BlueGene est
idéale pour ce code. Actuellement, l'efficacité
de ce code est de l’ordre de 0.90 avec 2048 cores.
| Echantillon : multiple vue |
Reconstruction 3D |
Corrélation 3D
|
 |
 |
 |
8 images de 4 caméras
aux temps t et t+dt |
2 volumes t et t+dt |
1 champ de vitesse 3D3C |
Figure 1 : Annalyse d'un
échantillon
Figure 2 :
courbe d'accélération du code TPIV
Références et publications
associées
- "An efficient simultaneous reconstruction technique for
tomographic particle image velocimetry"
C. Atkinson and J. Soria
Experiments in Fluids, DOI 10.1007/s00348-009-0728-0, 2009
-
"Comparison of algebraic reconstruction and laser sheet scanning for
tomography PIV"
L. Thomas, V. Grulier, P. Braud, B.
Tremblais, A. Germaneau, J.C. Dupré, P. Doumalin adn L.
David
8th International Symposium on Particle
Image Velocimetry,Melbourne, Australia, 25–28
August, 2009
-
"Thick and Thin Volume Measurements of a Turbulent Boundary Layer using
Tomographic Particle Image Velocimetry "
C. Atkinson, S. Coudert , J.M. Foucaut , M. Stanislas and J. Soria
8th International Symposium on Particle Image Velocimetry,Melbourne,
Australia, 25–28 August, 2009
Acronymes
- 3D3C: trois Dimensions, trois Composantes
- ANR VIVE3D: Vélocimétrie
Instantanée Volumique pour les Ecoulements Tridimensionnels
- CORIA: COmplexe de Recherche Interprofessionnel en
Aérothermochimie (UMR CNRS 6614)
- LEA: Laboratoire d'Etudes Aérodynamiques (UMR
CNRS 6609)
- LML: Laboratoire de Mécanique de Lille (UMR CNRS
8107)
- PIV: Particle
Image Velocimetry
- SPIV: Stereoscopic
PIV
- TPIV: Tomographic
PIV
© CNRS - IDRIS, 13/01/2012