欧拉vs拉格朗日vs基于网格的vs无网格/无网格方法

计算科学 有限元 无网格方法
2021-12-21 05:49:33

来自 scicomp 社区,最近涉足计算机图形学,我注意到 scicomp 社区谈论 FDM、FVM、FEM 等基于网格的方法,与 SPH 等无网格或无网格方法(尽管我喜欢称它们为虚拟粒子)方法),但我从未听过他们谈论欧拉方法与拉格朗日方法,我在涉及计算物理/力学的计算机图形社区中听到很多,他们从不谈论无网格或无网格的术语,很少提及有限元。

说欧拉方法是基于网格的模拟的另一个名称,而拉格朗日方法是无网格/无网格的同义词,是否正确?

如果没有,任何人都可以澄清或提供有关该主题的良好阅读吗?(无需引用船的类比,其中拉格朗日就像坐在河中的船,而欧拉就像从河岸看船。我已经听过/读过/看过这个比喻十几次了,它有与 FEM、无网格、无网格的零比较,因此在回答我的问题时无用)。

谢谢。

1个回答

好吧,我并不声称自己是该主题的专家,因为我仍然是一名早期的研究生,但我​​确实有在这两个领域完成长期项目的经验,所以我想我可能可以在以下背景下提出答案流体力学。

正如保罗在评论中指出的那样,拉格朗日/欧拉指的是参考框架,船类比:P。严格来说,您不能直接将它们与网格/无网格方法相关联。FEM、FVM 通常被视为网格方法,因为它们依赖于无限的、微小的控制体积构成更大体积的假设;通常人们依靠连续统假设来保持流体具有均匀的性质。但是解决粒子的内部。在这种情况下,它仍然是一种无网格方法,但由于我们正在跟踪粒子轨迹,它不再是一个纯粹的欧拉问题。但是,如果粒子是可显着变形的,并且使用 FEM 来计算其内应力,那么我们就处于欧拉跟踪领域。

作为另一个例子,分子动力学模拟——我认为它有助于形成计算机图形模拟背后的基础技术——纯粹是拉格朗日方法,在空间中跟踪粒子。但是在 couette/poiseuille 流上使用 MD 来计算整个通道的进入/退出速度,瞧!您突然处于欧拉状态(在控制体积上跟踪平均属性)

我的观点是,虽然这些方法已经基于广泛研究中的大量应用而形成了差异化,但在计算机图形学中,我主要关心的是让它看起来像我想要的那样。因此,讨论通常可能会将液滴/粒子跟踪归结为拉格朗日,将水面动画和其他内容归结为欧拉。但它们不可互换。