[發(fā)明專利]一種在有限視圖下的氣體場(chǎng)景端到端快速重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011230511.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112380764B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱晟;李晨;王長(zhǎng)波;秦洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06F18/214;G06N3/0464;G06N3/084;G06F113/08
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

1.一種在有限視圖下的氣體場(chǎng)景端到端快速重建方法，其特征在于氣體場(chǎng)景端到端快速重建方法，具體包括以下步驟：

(一)、基于生成模型的密度場(chǎng)初步估計(jì)

a、設(shè)置隨機(jī)的初始煙源、速度場(chǎng)，通過(guò)歐拉法生成并采集仿真流體的密度場(chǎng)，以及對(duì)應(yīng)的前視圖、側(cè)視圖作為訓(xùn)練樣本并生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

b、構(gòu)建并訓(xùn)練條件生成網(wǎng)絡(luò)；

c、利用訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)輸入流體動(dòng)畫(huà)的前視圖、側(cè)視圖序列進(jìn)行密度場(chǎng)生成，得到初步的密度場(chǎng)重建結(jié)果；

(二)、基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度場(chǎng)重建

a、采集歐拉法生成的氣體場(chǎng)景數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本并生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，所述氣體場(chǎng)景數(shù)據(jù)主要包括相鄰幀的速度場(chǎng)和密度場(chǎng)；

b、基于長(zhǎng)期機(jī)制，構(gòu)建并訓(xùn)練速度估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

c、利用訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)對(duì)(一)步驟重建的密度場(chǎng)進(jìn)行速度場(chǎng)估計(jì)，從而得到可用于歐拉平流的速度場(chǎng)；

(三)、基于重建的速度場(chǎng)和前一幀的密度場(chǎng)，通過(guò)高階的MacCormack平流方法優(yōu)化當(dāng)前幀的密度場(chǎng)結(jié)果；

(四)、輸入重建的密度和速度場(chǎng)，應(yīng)用細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法獲得高分辨率的密度場(chǎng)和速度場(chǎng)；

所述(一)步驟中的構(gòu)建并訓(xùn)練條件生成網(wǎng)絡(luò)包括：密度生成器和判別器，所述密度生成器按下述步驟進(jìn)行密度生成的：

1)輸入層的節(jié)點(diǎn)數(shù)與輸入數(shù)據(jù)維度相同，每組樣本的輸入數(shù)據(jù)中各個(gè)維度的值與輸入層對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的值相同；

2)通過(guò)三次線性插值方法上采樣輸入數(shù)據(jù)，并將上采樣結(jié)果作為下一層的輸入；

3)前視圖和側(cè)視圖分別連接六個(gè)殘差塊結(jié)構(gòu)，提取各自特征；

4)連接前視圖和側(cè)視圖的特征，并連接四個(gè)殘差塊結(jié)構(gòu)，得到輸出；

5)得到輸出層誤差后，利用反向傳播算法，得到內(nèi)部隱含層中的節(jié)點(diǎn)誤差，并利用梯度下降算法調(diào)整節(jié)點(diǎn)間的權(quán)值，提高非線性擬合能力；

所述判別器按下述步驟進(jìn)行判別的：

1)輸入層的節(jié)點(diǎn)數(shù)與輸入數(shù)據(jù)維度相同，每組樣本的輸入數(shù)據(jù)中各個(gè)維度的值與輸入層對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的值相同；

2)截面圖和相鄰幀密度場(chǎng)分別連接四個(gè)殘差塊結(jié)構(gòu)，提取各自特征；

3)連接壓平層與全連接層，輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為1；

4)得到輸出層誤差后，利用反向傳播算法，得到內(nèi)部隱含層中的節(jié)點(diǎn)誤差，并利用梯度下降算法調(diào)整節(jié)點(diǎn)間的權(quán)值，提高非線性擬合能力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述在有限視圖下的氣體場(chǎng)景端到端快速重建方法，其特征在于所述歐拉法采用下述a式不可壓縮納維-斯托克斯方程描述的流體運(yùn)動(dòng)：

其中：u表示流體速度；t表示動(dòng)畫(huà)模擬時(shí)間；ρ表示流體密度；p表示流體壓強(qiáng)；f表示流體所受外力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述在有限視圖下的氣體場(chǎng)景端到端快速重建方法，其特征在于所述(一)步驟中的生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集具體包括：

1)記錄第t幀的前視圖信息以及側(cè)視圖信息生成網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)，仿真流體的密度場(chǎng)數(shù)據(jù)ρ^t作為生成器輸出數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)組成一組樣本；

2)記錄第t幀的前視圖信息以及側(cè)視圖信息和相鄰三幀仿真流體的密度場(chǎng)數(shù)據(jù)ρ^t-1,ρ^t,ρ^t+1作為判別器的輸入數(shù)據(jù)；

3)收集若干組樣本作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述在有限視圖下的氣體場(chǎng)景端到端快速重建方法，其特征在于所述密度生成器的輸出層誤差由下述b式計(jì)算：

其中：Gr代表格拉姆矩陣計(jì)算；F代表特征矩陣；L代表特征層數(shù)；IN_x代表判別器的輸入，其構(gòu)成為其中，代表平流得到的密度場(chǎng)結(jié)果。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述在有限視圖下的氣體場(chǎng)景端到端快速重建方法，其特征在于所述判別器的輸出層誤差由下述c式計(jì)算：

-∑logD(IN_y)-∑log(1-D(IN_x)) (c)；

其中：IN_y的構(gòu)成為