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Optimierung des Programms „Thermos Illumination Module“

Zusammenfassung

 

Diese Arbeit beschreibt die Verbesserungen, welche durchgeführt wurden, um die Rechenleistung des Programms „Thermos Illumination Module“ (TIM) zu erhöhen.

Das TIM ist ein Programm zur Berechnung der Sonnenbeleuchtung der Mondoberfläche, welche für die Einsatzplanung von mobilen Rovern genutzt werden kann. Da die Sonnenbeleuchtung an den Mondpolen sehr dynamisch ist, können lange Schatten entstehen, welche große Berechnungsgebiete erfordern, welche von TIM nicht aufgelöst werden können.

Um größere Netze bei einer angemessenen Berechnungszeit aufzulösen wurden zwei Verbesserungsschritte durchgeführt.

Dabei wird zuerst die Verbesserung der Netzerzeugung, welche durch die Implementierung eines runden anstelle eines eckigen Netzes durchgeführt wurde, beschrieben. Aufbauend auf diesem runden Netz wurde das zu beleuchtende Netz durch die Implementierung eines ausgeschnittenen Netzes in Sonnen-Richtung weiter verkleinert, was ebenfalls erklärt wird.

Messungen mit verschiedenen Parametern ergeben, dass die Netzerzeugung eines runden Netzes mehr Rechenzeit benötigt als die eines eckigen Netz. Das lässt sich auf die bei der Netzerzeugung angewendete Methode der Interpolation, welche die Generierung eines eckigen Netzes benötigt, zurückführen. Auffällig ist, dass das runde Netz aufgrund der kleineren Oberfläche schneller beleuchtet werden sollte als das eckige Netz, was nicht der Fall ist. Zurückführen lässt sich das wahrscheinlich auf eine unterschiedliche Umsetzung der Eingabeparameter bei den beiden Netzen beziehungsweise durch auf die aufwändigere Netzerzeugung.

Ausgeschnittene Netze werden am schnellsten beleuchtet und können zudem größere Netzgrößen beleuchten als runde und eckige Netze.

Da diese Zunahme der Rechenleistung bei den Beleuchtungsberechnungen auf der Netzerzeugung eines runden Netzes basiert, können beide Veränderungen im Programm als Verbesserungen angesehen werden.

Eine weitere Optimierung der Rechenleistung kann bei der Netzerzeugung eines runden Netzes ohne die Methode der Interpolation werden. Zudem werden bei der Ausgabe der beleuchteten, ausgeschnittenen Netze einzelne beleuchtete Netze übereinandergelegt, wodurch Netze, welche zum angegebenen Zeitpunkt nicht beleuchtet werden nicht gelöscht werden, was Aussagen über die Beleuchtung eines Punktes über einen längeren Zeitraum erschweren kann. Eine einzelne Ausgabe der einzelnen Beleuchtungszeiträume kann zu einer Verbesserung der Aussagekraft der Beleuchtungsausgaben führen.

 

 

Abstract

 

This thesis describes the optimization of the program „Thermos Illumination Module “(TIM) in order to increase its computing power.

The program is capable of computing the solar illumination of the lunar surface, which can be used for the determination of traverse Paths for moon rovers. As the solar illumination can be dynamic at the lunar poles, bigger computing nets are needed in order to show the long shadows which TIM is not able to compute.

In order to generate bigger nets within an acceptable computing time, two improvements have been made.

The first part deals with the improvement of the mesh generation of the surface, which was achieved by implementing a round mesh surface instead of an angular one. Based on this, the surface, which will be then illuminated, is further reduced by implementing a cut-out net, which will also be explained.

Measurements with different parameters have shown, that the computing time of a round net increased relative to the computing time of an angular net. This is because of the interpolation method, which is being used for the mesh generation of the round net and requires the generation of an angular net. Additional measurements for the computing time needed to illuminate different surfaces, show, that the illumination of a round net takes the longest, followed by the angular net and the new, cut-out net. This result is surprising, as it had been expected, that the round net should be illuminated faster than the angular net. A reason for the long computing time could be the higher number of single points on the round surface, which can be explained by the different usage of different parameters or the more extensive mesh generation.

As the cut-out nets can be illuminated the fastest relatively to the angular and round nets, and they are based on the implementation of the round nets, both changes of the program can be seen as improvements.

A further optimization of the mesh generation could be a generation without the usage of the interpolation method, making it independent from the generation of an angular net. At this current state, it can also be difficult to determine the illumination of a single point over a larger period of time, as the illuminated cut-out nets are being put on top of each other. This could also be optimised.