We propose a data-driven mean-curvature solver for the level-set method. This work is the natural extension to $\mathbb{R}^3$ of our two-dimensional strategy in [DOI: 10.1007/s10915-022-01952-2][1] and the hybrid inference system of [DOI: 10.1016/j.jcp.2022.111291][2]. However, in contrast to [1,2], which built resolution-dependent neural-network dictionaries, here we develop a pair of models in $\mathbb{R}^3$, regardless of the mesh size. Our feedforward networks ingest transformed level-set, gradient, and curvature data to fix numerical mean-curvature approximations selectively for interface nodes. To reduce the problem's complexity, we have used the Gaussian curvature to classify stencils and fit our models separately to non-saddle and saddle patterns. Non-saddle stencils are easier to handle because they exhibit a curvature error distribution characterized by monotonicity and symmetry. While the latter has allowed us to train only on half the mean-curvature spectrum, the former has helped us blend the data-driven and the baseline estimations seamlessly near flat regions. On the other hand, the saddle-pattern error structure is less clear; thus, we have exploited no latent information beyond what is known. In this regard, we have trained our models on not only spherical but also sinusoidal and hyperbolic paraboloidal patches. Our approach to building their data sets is systematic but gleans samples randomly while ensuring well-balancedness. We have also resorted to standardization and dimensionality reduction and integrated regularization to minimize outliers. In addition, we leverage curvature rotation/reflection invariance to improve precision at inference time. Several experiments confirm that our proposed system can yield more accurate mean-curvature estimations than modern particle-based interface reconstruction and level-set schemes around under-resolved regions.


翻译:我们为水平定置方法建议了一个数据驱动的平均值- 直率偏差解析系统。 这项工作是我们在[ DOI: 10. 107/ s10915-02- 202- 1952-2] 1 和[ DOI: 10. 1016/ j. jcp. 20222.111291][ 2] 的双维战略的自然延伸, 与建立基于分辨率的现代神经网络字典的[ 1 2 相比, 我们在这里开发了一套以 $\mathb{ R ⁇ 3$( 不论间距大小) 的直线性直线性直线性直线性直线性直径直线性解析模型。 我们的直线性直线性直线性直线性直线性直线性直线性网络, 直线性直线性直径直径直径直径直径直径直径直径直径的直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直的直的直径直径直向下。

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