We present algorithms for solving high-frequency acoustic scattering problems in complex domains. The eikonal and transport partial differential equations from the WKB/geometric optic approximation of the Helmholtz equation are solved recursively to generate boundary conditions for a tree of eikonal/transport equation pairs, describing the phase and amplitude of a geometric optic wave propagating in a complicated domain, including reflection and diffraction. Edge diffraction is modeled using the uniform theory of diffraction. For simplicity, we limit our attention to domains with piecewise linear boundaries and a constant speed of sound. The domain is discretized into a conforming tetrahedron mesh. For the eikonal equation, we extend the jet marching method to tetrahedron meshes. Hermite interpolation enables second order accuracy for the eikonal and its gradient and first order accuracy for its Hessian, computed using cell averaging. To march the eikonal on an unstructured mesh, we introduce a new method of rejecting unphysical updates by considering Lagrange multipliers and local visibility. To handle accuracy degradation near caustics, we introduce several fast Lagrangian initialization algorithms. We store the dynamic programming plan uncovered by the marcher in order to propagate auxiliary quantities along characteristics. We introduce an approximate origin function which is computed using the dynamic programming plan, and whose 1/2-level set approximates the geometric optic shadow and reflection boundaries. We also use it to propagate geometric spreading factors and unit tangent vector fields needed to compute the amplitude and evaluate the high-frequency edge diffraction coefficient. We conduct numerical tests on a semi-infinite planar wedge to evaluate the accuracy of our method. We also show an example with a more realistic building model with challenging architectural features.


翻译:我们展示了在复杂域中解决高频声波散射问题的算法。 从 WKB / Geology 直线边界和恒定声音速度, 电离和传输部分差异方程式会循环解决, 以生成eikonal/ transport 方程式树的边界条件, 描述光波在复杂域中传播的几何光波的相位和振幅, 包括反射和偏差。 电离偏差是用统一的分解理论模拟的。 为了简单起见, 我们把注意力限制在有线直线线边界和恒定声音速度的域。 域也分解成符合四面线网格的网格近光近线性线性线性线性线性线性。 对于电离子方程式的立法, 我们将喷出喷射方法扩展到直径直径直径平面的平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面。 我们通过快速平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面,,,, 直, 平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面

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