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Big Splash: Efficient Simulation of Natural Phenomena at Extremely Large Scales

Description du projet

Des simulations informatiques innovantes de phénomènes naturels

Les simulations informatiques sont essentielles dans différents domaines. Il est toutefois impossible de calculer des simulations détaillées à grande échelle, car les phénomènes importants dépendent du couplage complexe entre les détails à petite échelle et le comportement à grande échelle. Le calcul par force brute de ces phénomènes n’est pas pratique, et les techniques adaptatives actuelles sont trop coûteuses, rudimentaires ou délicates pour saisir les instabilités subtiles à petite échelle. Le projet Big Splash, financé par l’UE, propose deux méthodes. La première associe la numérisation et la forme pour examiner le découplage prudent entre la dynamique et la géométrie, et développer des techniques pour fusionner des solutions analytiques à petite échelle avec des algorithmes numériques à grande échelle. La seconde manipule des données de simulation à grande échelle en accélérant considérablement les calculs grâce à de nouvelles approches de réduction des dimensions et de compression des données.

Objectif

Computational simulations of natural phenomena are essential in science, engineering, product design, architecture, and computer graphics applications. However, despite progress in numerical algorithms and computational power, it is still unfeasible to compute detailed simulations at large scales. To make matters worse, important phenomena like turbulent splashing liquids and fracturing solids rely on delicate coupling between small-scale details and large-scale behavior. Brute-force computation of such phenomena is intractable, and current adaptive techniques are too fragile, too costly, or too crude to capture subtle instabilities at small scales. Increases in computational power and parallel algorithms will improve the situation, but progress will only be incremental until we address the problem at its source.

I propose two main approaches to this problem of efficiently simulating large-scale liquid and solid dynamics. My first avenue of research combines numerics and shape: I will investigate a careful de-coupling of dynamics from geometry, allowing essential shape details to be preserved and retrieved without wasting computation. I will also develop methods for merging small-scale analytical solutions with large-scale numerical algorithms. (These ideas show particular promise for phenomena like splashing liquids and fracturing solids, whose small-scale behaviors are poorly captured by standard finite element methods.) My second main research direction is the manipulation of large-scale simulation data: Given the redundant and parallel nature of physics computation, we will drastically speed up computation with novel dimension reduction and data compression approaches. We can also minimize unnecessary computation by re-using existing simulation data. The novel approaches resulting from this work will undoubtedly synergize to enable the simulation and understanding of complicated natural and biological processes that are presently unfeasible to compute.

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Coordinateur

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Contribution nette de l'UE
€ 1 500 000,00
Adresse
Am campus 1
3400 Klosterneuburg
Autriche

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Région
Ostösterreich Niederösterreich Wiener Umland/Nordteil
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 500 000,00

Bénéficiaires (1)