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等距分析中细分曲面的有效求积规则。 (英语) Zbl 1440.65033号

小结:在等几何分析的背景下,我们介绍了一种基于四边形网格的细分曲面定义的几何体的数值求积新方法。从稀疏控制网格开始,细分过程会生成一系列越来越精细的四边形网格,这些网格在限定范围内定义了一个平滑的细分曲面,可以是任何流形拓扑。在此类曲面上进行求积的传统方法依赖于每四元积分,这不仅效率低下,而且通常在非四元相交的顶点附近也不准确。相反,我们探索了四边形的可能分组空间,并根据所需的正交点数量确定了最佳宏四边形。我们表明,由一个或多个连续细分级别的四元数组成的宏观四元数大大降低了数值积分的成本。我们的规则具有张量积结构,并且基本的单变量规则是高斯的,即它们要求在两个单变量方向上的积分点的数量尽可能少。
最佳四边形分组因特定应用而异。例如,计算曲面面积、体积或解决拉普拉斯问题会导致不同的样条空间在程度和连续性方面具有特定的结构。我们表明,在大多数情况下,最优分组是由四元数组成的四条带,而在某些情况下,跨越多个细分级别的特殊宏观四元数提供了最经济的集成。
此外,我们扩展了细分样条曲线精确积分的现有结果。这使我们能够通过使用已知的精确值计算表面积和体积来验证我们的方法。我们在几个例子中证明,我们的求积比传统求积使用更少的求积点。我们在著名的基于双三次样条的Catmull-Clark方案上说明了我们的细分样条求积方法,但我们的思想也适用于任意双阶的细分方案,包括非均匀变量和层次变量。具体来说,我们解决了计算Catmull-Clark细分曲面的面积和体积的问题,以及在等几何分析的背景下求解在平面非结构化四边形网格上定义的Laplace和Poisson偏微分方程。

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65天30分 数值积分
65D07年 使用样条曲线进行数值计算
65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法

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参考文献:

[1] 彼得斯,约格;Reif,Ulrich,《细分曲面》(2008),Springer Publishing Company,Incorporated·Zbl 1148.65014号
[2] 托尼·德罗斯(Tony DeRose);迈克尔·卡斯(Michael Kass);Tien Truong,《角色动画中的细分曲面》,(SIGGRAPH’98(1998)会议录,ACM:ACM纽约,美国),85-94
[3] Edwin Catmull;Clark,Jim,在任意拓扑网格上递归生成B样条曲面,Comput-辅助设计。,10, 6, 350-355 (1978)
[4] 费赫米·西拉克;迈克尔·奥尔蒂斯(Michael Ortiz);Schröder,Peter,《细分曲面:薄壳有限元分析的新范式》,国际。J.数字。方法工程,47,12,2039-272(2000)·Zbl 0983.74063号
[5] 艾坦·格林斯彭;彼得·克里斯尔(Petr Krysl);Schröder,Peter,CHARMS:自适应仿真的简单框架,ACM-Trans。图表。,21, 3, 281-290 (2002) ·Zbl 1396.65043号
[6] Loop,Charles,《基于三角形的光滑细分曲面》(1987),犹他大学(硕士论文)·Zbl 1036.65021号
[7] Cottrell,J.A。;休斯·T·J·R。;Bazilevs,Y.,《等几何分析:走向CAD和FEA的集成》(2009),John Wiley&Sons·Zbl 1378.65009号
[8] 埃文斯,E.J。;斯科特,医学硕士。;李,X。;Thomas,D.C.,《分层T样条:分析适用性,贝塞尔提取,以及作为等几何分析自适应基础的应用》,计算。方法应用。机械。工程,284,1-20(2015)·Zbl 1425.65025号
[9] 吉安内利(Giannelli),卡洛塔(Carlotta);伯特·Jüttler;Speleers,Hendrik,THB-样条:层次样条的截断基础,计算。辅助Geom。设计,29,7,485-498(2012)·Zbl 1252.65030号
[10] 科萨拉省班达拉;Rüberg,Thomas;Cirak,Fehmi,多分辨率细分曲面和浸入式有限元的形状优化,计算。方法应用。机械。工程,300,510-539(2016)·Zbl 1425.74385号
[11] Barendrecht,Pieter,《细分曲面的等几何分析》(2013),埃因霍温理工大学,(硕士论文)·Zbl 1440.65033号
[12] 潘青;徐国良;徐刚;张永杰,基于扩展Catmull-Clark细分的等几何分析,计算。数学。申请。,71, 1, 105-119 (2016) ·Zbl 1443.65364号
[13] 魏晓东;张永杰;托马斯·J·R·休斯。;Scott,Michael A.,截断分层Catmull-Clark细分与局部细化,计算。方法应用。机械。工程,291,1-20(2015)·Zbl 1425.65028号
[14] 魏晓东;张永杰杰西卡;托马斯·J·R·休斯。;Scott,Michael A.,《扩展截断层次catmull-clark细分》,计算。方法应用。机械。工程,299316-336(2016)·Zbl 1425.65037号
[15] 沈晶晶;吉日科辛卡;马尔科姆·萨宾;Neil Dodgeson,《修剪NURBS曲面到Catmull-Clark细分曲面的转换》,计算。辅助Geom。设计,31,7-8,486-498(2014)·Zbl 1364.65046号
[16] 沈晶晶;吉·科辛卡;马尔科姆·萨宾;Neil Dodgeson,《将CAD模型转换为非均匀细分曲面》,计算。辅助Geom。设计,48,17-35(2016)·Zbl 1366.65032号
[17] 彼得斯,J。;Wu,X.,关于广义细分函数的局部线性独立性,SIAM J.Numer。分析。,44, 6, 2389-2407 (2006) ·Zbl 1131.65020号
[18] 乌尔什卡·佐尔;伯特·Jüttler;Kosinka,Jiří,关于截断层次生成系统的线性独立性,J.Compute。申请。数学。,306, 200-216 (2016) ·Zbl 1359.65027号
[19] 伯特·Jüttler;Angelos Mantzaflaris公司;里卡多·波尔;Rumpf,Martin,《关于曲面上PDE的等几何细分方法中的数值积分》,计算。方法应用。机械。工程,302131-146(2016)·兹比尔1425.65033
[20] 阮、阮;卡奇亚乌斯卡斯,凯斯图提斯;Peters,Jörg,《求解圆盘上泊松方程的几种经典离散微分和等几何方法的比较研究》,《公理》,3,2,280-299(2014)·Zbl 1311.68175号
[21] 安娜·沃瑞泽克(Anna Wawrzink);Polthier,Konrad,Catmull-Clark曲面上广义B样条函数的奇点积分,计算。辅助设计。,78, 60-70 (2016)
[22] 阮、阮;Peters,Jörg,不规则四边形布局的可精化(C^1)样条元素,计算。辅助Geom。设计,43,123-130(2016)·Zbl 1418.65026号
[23] 迈克尔·斯科特(Michael A.Scott)。;Robert N.Simpson。;约翰·埃文斯(John A.Evans)。;斯科特·利普顿;Stephane P.A.博达斯。;托马斯·J·R·休斯。;Sederberg,Thomas W.,使用非结构化T样条的等几何边界元分析,计算。方法应用。机械。工程,254197-221(2013)·Zbl 1297.74156号
[24] 托什尼瓦尔,迪普什;亨德里克·斯佩利尔斯;Hughes,Thomas J.R.,非结构化四边形网格上的光滑三次样条空间,特别强调特殊点:几何设计和等几何分析考虑,计算。方法应用。机械。工程,327,411-458(2017)·Zbl 1439.65017号
[25] 米切利,C.A。;Pinkus,A.,《弱切比雪夫系统的矩理论及其在单样条线、求积公式和通过带固定节点的样条函数的最佳单边(L^1)逼近中的应用》,SIAM J.Math。分析。,8, 206-230 (1977) ·兹比尔0353.41003
[26] M.巴托。;Calo,V.M.,通过同伦延拓的样条曲线高斯求积:(C^2)三次样条曲线的规则,J.Compute。申请。数学。,296, 709-723 (2016) ·Zbl 1342.65097号
[27] M.巴托。;Calo,V.M.,奇数阶样条空间的最优求积规则及其在基于张量的等几何分析中的应用,计算。方法应用。机械。工程,305,217-240(2016)·Zbl 1425.65039号
[28] M.巴托。;Calo,V.M.,二次和三次样条空间的Gauss-Galerkin求积规则及其在等几何分析中的应用,计算。辅助设计。,82,57-67(2017)
[29] 雷内·R·希姆斯特拉。;弗朗西斯科·卡拉布罗;Dominik Schillinger;Hughes,Thomas J.R.,等几何分析中张量积和层次细化样条的最优和简化求积规则,计算。方法应用。机械。工程,316966-1004(2017)·Zbl 1439.65170号
[30] Auricchio,F。;卡拉布罗,F。;休斯·T·J·R。;Reali,A。;Sangalli,G.,为基于NURBS的等几何分析获取近似最优求积规则的简单算法,计算。方法应用。机械。工程,249-252,1,15-27(2012)·Zbl 1348.65059号
[31] 休斯·T·J·R。;Reali,A。;Sangalli,G.,基于NURBS的等几何分析的有效求积,计算。方法应用。机械。工程,199,5-8,301-313(2010)·Zbl 1227.65029号
[32] 卡拉布罗,F。;桑加利,G。;Tani,M.,通过加权求积快速形成等几何Galerkin矩阵,计算。方法应用。机械。工程,316,606-622(2017)·Zbl 1439.65012
[33] Mantzaflaris,A。;Jüttler,B.,探索等几何分析中的矩阵生成策略,(曲线和曲面数学方法国际会议(2012),Springer),364-382·Zbl 1356.74209号
[34] Mantzaflaris,A。;Jüttler,B.,基于伽辽金等几何分析的插值和查找积分,计算。方法应用。机械。工程,284,373-400(2015)·Zbl 1425.65169号
[35] 马克·霍尔斯特德(Mark Halstead);迈克尔·卡斯(Michael Kass);Tony DeRose,《使用Catmull-Clark曲面的高效、公平插值》(SIGGRAPH’93(1993),ACM:美国纽约州纽约市ACM),35-44
[36] Carlos Gonzalez-Ochoa;斯科特·麦卡蒙德;Peters,Jörg,计算由分段多项式曲面包围的对象的矩,ACM Trans。图表。,17, 3, 143-157 (1998)
[37] 哈肯伯格,简;Reif,Ulrich,关于可加细函数所限定的集的体积,Appl。数学。计算。,272, 2-19 (2016) ·兹比尔1410.65063
[38] 彼得斯,约格;Nasri,Ahmad,递归细分曲面包围的实体体积计算,(计算机图形论坛,第16卷(1997),威利在线图书馆)
[39] Stam,Jos,关于推广任意次均匀B样条曲面的细分方案,计算。辅助Geom。设计,18,5,383-396(2001)·Zbl 0970.68184号
[40] Thomas J.Cashman,NURBS兼容细分曲面。技术报告UCAM-CL-TR-773,剑桥大学计算机实验室,2010年(博士论文)。
[41] 托马斯·J·现金男。;乌苏拉·H·奥格斯多费尔。;Neil A.Dodgeson。;Sabin,Malcolm A.,具有非寻常点的NURBS:高阶、非均匀、有理细分方案,ACM Trans。图表。,28, 3, 1 (2009)
[42] Stam,Jos,任意参数值下Catmull-Clark细分曲面的精确评估,(第25届计算机图形与交互技术年会论文集(1998),ACM),395-404
[43] Schwald,Bernd,Exakte Volumenerechnung von durch Doo-Sabin-Flächen begrenzten Körpern(1999),斯图加特大学
[44] 乌尔里希·赖夫(Ulrich Reif);Schröder,Peter,细分曲面的曲率可积性,高级计算。数学。,14, 2, 157-174 (2001) ·Zbl 0986.65009号
[45] 塔马拉·科尔达(Tamara G.Kolda)。;Bader,Brett W.,张量分解与应用,SIAM Rev.,51,3,455-500(2009)·Zbl 1173.65029号
[46] Schoenberg,I.J.,样条函数,凸曲线和机械求积,布尔。阿默尔。数学。《社会学杂志》,64(6),352-357(1958)·Zbl 0085.33701号
[47] 科恩,E。;里森菲尔德,R.F。;Elber,G.,《用样条线进行几何建模:简介》(2001年),A.K.Peters·Zbl 0980.65016号
[48] de Boor,C.,《关于B样条函数的计算》,J.近似理论,6,1,50-62(1972)·兹伯利0239.41006
[49] M.巴托。;艾特·哈杜,R。;Calo,V.M.,五次样条的高斯求积规则,J.Compute。申请。数学。,322, 57-70 (2017) ·Zbl 1365.65061号
[50] Jan Hakenberg、Ulrich Reif、Scott Schaefer、Joe Warren,《细分曲面包围的体积》,2014年。
[51] Arden,Greg,《细分曲面的近似特性》(2001),华盛顿大学(博士论文)
[52] Scott,Michael Andrew,T样条曲线作为一种设计贯穿分析技术(2011),德克萨斯大学奥斯汀分校(博士论文)
[53] Schweitzer,Jean E.,《细分曲面的分析与应用》(1996),华盛顿大学(博士论文)
[54] 吉·科辛卡;马尔科姆·萨宾;Dodgeson,Neil,细分曲线的折痕和边界条件,Graph。型号,76、5240-251(2014)
[55] 张巧玲;马尔科姆·萨宾;Cirak,Fehmi,等距分析细分曲面,适用于细化权重,计算-辅助设计。(2018),正在出版。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001044851830229X
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