In this paper we present a novel algorithm for simulating geometrical flows, and in particular the Willmore flow, with conservation of volume and area. The idea is to adapt the class of diffusion-redistanciation algorithms to the Willmore flow in both two and three dimensions. These algorithms rely on alternating diffusions of the signed distance function to the interface and a redistanciation step, and with careful choice of the applied diffusions, end up moving the zero level-set of the distance function by some geometrical quantity without resorting to any explicit transport equation. The constraints are enforced between the diffusion and redistanciation steps via a simple rescaling method. The energy globally decreases at the end of each global step. The algorithms feature the computational efficiency of thresholding methods without requiring any adaptive remeshing thanks to the use of a signed distance function to describe the interface. This opens their application to dynamic fluid-structure simulations for large and realistic cases. The methodology is validated by computing the equilibrium shapes of two- and three-dimensional vesicles, as well as the Clifford torus.


翻译:在本文中,我们提出了一个用于模拟几何流的新型算法,特别是威尔摩尔流,该算法保存体积和面积。其想法是使扩散-远距算法的等级在两个和三个维度上适应威尔摩尔流。这些算法依靠将已签字的距离函数交替扩散到接口和再离线步骤,并仔细选择应用的传播,最终以某些几何数量移动距离函数的零层,而不诉诸任何明确的运输方程。这些限制是通过简单调整法在扩散和离岸步骤之间施加的。全球能量在每一全球步骤的结尾处减少。这些算法的特点是阈值方法的计算效率,而不需要由于使用已签字的距离函数来描述界面而有任何调整性再显示。这为大型和现实案例的动态流体结构模拟打开了它们的应用。通过计算二维和三维输卵管的平衡形状以及克里夫德断流体来验证这一方法。

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