Coupling Conduction, Convection and Radiative Transfer in a Single Path-Space: Application to Infrared Rendering
Coupling Conduction, Convection and Radiative Transfer in a Single Path-Space: Application to Infrared Rendering
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单路径空间中的耦合传导、对流和辐射传输：在红外渲染中的应用
DOI：
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发表时间：
2023
影响因子：
6.2
通讯作者：
B. Piaud
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mégane Bati;S. Blanco;C. Coustet;V. Eymet;Vincent Forest;R. Fournier;J. Gautrais;Nicolas Mellado;M. Paulin;B. Piaud
在过去的几十年中，蒙特卡罗方法已经展示了其求解偏微分方程的能力，无论积分域的维数如何，并且适用于不同的用例（例如光传输、几何处理、物理模拟）。具体来说，传输方程的路径空间公式是定义易于处理且可扩展的求解器的关键要素，我们观察到当今人们对基于蒙特卡罗算法的模拟系统的定义产生了浓厚的兴趣。我们还观察到，在模拟组合物理场（例如传热模拟的热渲染）时，缺乏允许在同一路径空间中一次性求解所有物理场的耦合蒙特卡罗算法，而不是组合多个独立的 MC 估计器，这种组合将使全局求解器对每个模拟空间的复杂性极其敏感。这带来了我们的建议：用于高效解决多物理问题的耦合单路径空间蒙特卡罗算法。在这项工作中，我们结合对物理和计算机图形学的理解和知识来演示如何将不同的模拟空间制定和安排到单个路径空间中。我们使用蒙特卡罗为耦合传热模拟定义了一种易于处理的形式，并利用路径空间构造在同一场景中根据边界条件和观察时间交互式计算不同条件下的多个模拟。我们在红外渲染的背景下使用不同的热模拟场景验证了我们的建议：例如，室温模拟、材料内热路径的可视化（热桥检测）、热交换器的热扩散能力。我们期望我们的理论框架将促进合作和多学科研究。该框架所提出的观点是详细的，我们提出了一个研究议程，以解决物理和计算机图形学接口处的耦合偏微分方程。
In the past decades, Monte Carlo methods have shown their ability to solve PDEs, independently of the dimensionality of the integration domain and for different use-cases (e.g. light transport, geometry processing, physics simulation). Specifically, the path-space formulation of transport equations is a key ingredient to define tractable and scalable solvers, and we observe nowadays a strong interest in the definition of simulation systems based on Monte Carlo algorithms. We also observe that, when simulating combined physics (e.g. thermal rendering from a heat transfer simulation), there is a lack of coupled Monte Carlo algorithms allowing to solve all the physics at once, in the same path space, rather than combining several independent MC estimators, a combination that would make the global solver critically sensitive to the complexity of each simulation space. This brings to our proposal: a coupled, single path-space, Monte Carlo algorithm for efficient multi-physics problems solving. In this work, we combine our understanding and knowledge of Physics and Computer Graphics to demonstrate how to formulate and arrange different simulation spaces into a single path space. We define a tractable formalism for coupled heat transfer simulation using Monte Carlo, and we leverage the path-space construction to interactively compute multiple simulations with different conditions in the same scene, in terms of boundary conditions and observation time. We validate our proposal in the context of infrared rendering with different thermal simulation scenarios: e.g., room temperature simulation, visualization of heat paths within materials (detection of thermal bridges), heat diffusion capacity of thermal exchanger. We expect that our theoretical framework will foster collaboration and multidisciplinary studies. The perspectives this framework opens are detailed and we suggest a research agenda towards the resolution of coupled PDEs at the interface of Physics and Computer Graphics.
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DOI：
10.1145/3272127.3275053
发表时间：
2018-12
期刊：
ACM Transactions on Graphics (TOG)
影响因子：
--
作者：
Yu Guo;Miloš Hašan;Shuang Zhao
通讯作者：
Yu Guo;Miloš Hašan;Shuang Zhao
星上行走：具有诺伊曼边界条件的偏微分方程的无网格蒙特卡罗方法
影响因子：
6.2
作者：
Sawhney, Rohan;Miller, Bailey;Gkioulekas, Ioannis;Crane, Keenan
通讯作者：
Crane, Keenan
影响因子：
2.5
作者：
Qi, Yang;Seyb, Dario;Bitterli, Benedikt;Jarosz, Wojciech
通讯作者：
Jarosz, Wojciech
用于具有空间变化系数的偏微分方程的无网格蒙特卡罗
影响因子：
6.2
作者：
Sawhney, Rohan;Seyb, Dario;Jarosz, Wojciech;Crane, Keenan
通讯作者：
Crane, Keenan
影响因子：
6.2
作者：
Ament, Marco;Bergmann, Christoph;Weiskopf, Daniel
通讯作者：
Weiskopf, Daniel