A high-order quadrature algorithm is presented for computing integrals over curved surfaces and volumes whose geometry is implicitly defined by the level sets of (one or more) multivariate polynomials. The algorithm recasts the implicitly defined geometry as the graph of an implicitly defined, multi-valued height function, and applies a dimension reduction approach needing only one-dimensional quadrature. In particular, we explore the use of Gauss-Legendre and tanh-sinh methods and demonstrate that the quadrature algorithm inherits their high-order convergence rates. Under the action of $h$-refinement with $q$ fixed, the quadrature schemes yield an order of accuracy of $2q$, where $q$ is the one-dimensional node count; numerical experiments demonstrate up to 22nd order. Under the action of $q$-refinement with the geometry fixed, the convergence is approximately exponential, i.e., doubling $q$ approximately doubles the number of accurate digits of the computed integral. Complex geometry is automatically handled by the algorithm, including, e.g., multi-component domains, tunnels, and junctions arising from multiple polynomial level sets, as well as self-intersections, cusps, and other kinds of singularities. A variety of accompanying numerical experiments demonstrates the quadrature algorithm on two- and three-dimensional problems, including randomly generated geometry involving multiple high curvature pieces; challenging examples involving high degree singularities such as cusps; adaptation to simplex constraint cells in addition to hyper-rectangular constraint cells; and boolean operations to compute integrals on overlapping domains.


翻译:高阶二次曲线算法用于计算曲线表面和体积的积分,其几何由(一个或一个以上)多变多元数数的等级组暗含的几何计算。 算法将隐含定义的几何重新投入为隐含定义的多值高度函数图, 并应用一个仅需要一维方位方形的维度降法。 特别是, 我们探索高- Legendre 和 tanh- sinh 方法的使用, 并显示二次方位算法继承了它们的高度趋同率。 在以美元( 一个或一个以上)的多变数组中, 二次方位法计划产生2q$的精确度, 其中美元是一维值的高度值高度函数数; 数字实验显示到22nd顺序。 在以 $- reformormation 的动作下, 将美元值翻番至更精确的直方位数组数。 复杂的几何测法由三个算法( e. groal- deal deal deal deal destrational destration) listrations deal deal deal deal deal deal) 中自动处理, ex dismod 包括: rodustrutal dislations dislations dislationslations 等等的多个数,, 。

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