Approximating wind flows using computational fluid dynamics (CFD) methods can be time-consuming. Creating a tool for interactively designing prototypes while observing the wind flow change requires simpler models to simulate faster. Instead of running numerical approximations resulting in detailed calculations, data-driven methods and deep learning might be able to give similar results in a fraction of the time. This work rephrases the problem from computing 3D flow fields using CFD to a 2D image-to-image translation-based problem on the building footprints to predict the flow field at pedestrian height level. We investigate the use of generative adversarial networks (GAN), such as Pix2Pix [1] and CycleGAN [2] representing state-of-the-art for image-to-image translation task in various domains as well as U-Net autoencoder [3]. The models can learn the underlying distribution of a dataset in a data-driven manner, which we argue can help the model learn the underlying Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations from CFD. We experiment on novel simulated datasets on various three-dimensional bluff-shaped buildings with and without height information. Moreover, we present an extensive qualitative and quantitative evaluation of the generated images for a selection of models and compare their performance with the simulations delivered by CFD. We then show that adding positional data to the input can produce more accurate results by proposing a general framework for injecting such information on the different architectures. Furthermore, we show that the models performances improve by applying attention mechanisms and spectral normalization to facilitate stable training.


翻译:使用计算流体动态( CFD) 方法来估计风流流可能很费时。 在观察风流变化的同时为交互式设计原型创建一个工具, 需要更简单的模型来更快速地模拟。 运行数字近似, 而不是进行详细计算, 数据驱动的方法和深层次学习也许能在一小部分时间里产生类似的结果。 这项工作将问题从使用计算流体动态( CFD) 计算 3D 流域到 2D 图像到 图像翻译, 以预测行人高度的流场。 我们调查了使用基因化对抗网络( GAN) 的情况, 例如 Pix2Pix [ 1] 和 CyopleGAN [2], 需要更快速地模拟。 模型可以以数据驱动的方式了解数据集的基本分布, 从而帮助模型从建筑中学习基本的 Reynolds- serveald Navier- Stokes (RANS) 等式 。 我们实验的是, 将新的模拟数据转换到显示性能的模型, 和我们用不同的质量模型 来显示的模型, 展示。

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