In recent decades, the main focus of computer modeling has been on supporting the design and development of engineering prototyes, but it is now ubiquitous in non-traditional areas such as medical rehabilitation. Conventional modeling approaches like the finite element~(FE) method are computationally costly when dealing with complex models, making them of limited use for purposes like real-time simulation or deployment on low-end hardware, if the model at hand cannot be simplified in a useful manner. Consequently, non-traditional approaches such as surrogate modeling using data-driven model order reduction are used to make complex high-fidelity models more widely available anyway. They often involve a dimensionality reduction step, in which the high-dimensional system state is transformed onto a low-dimensional subspace or manifold, and a regression approach to capture the reduced system behavior. While most publications focus on one dimensionality reduction, such as principal component analysis~(PCA) (linear) or autoencoder (nonlinear), we consider and compare PCA, kernel PCA, autoencoders, as well as variational autoencoders for the approximation of a structural dynamical system. In detail, we demonstrate the benefits of the surrogate modeling approach on a complex FE model of a human upper-arm. We consider both the models deformation and the internal stress as the two main quantities of interest in a FE context. By doing so we are able to create a computationally low cost surrogate model which captures the system behavior with high approximation quality and fast evaluations.


翻译:近几十年来,计算机建模的主要重点是支持工程原型的设计和开发,但如今在医疗康复等非传统领域,计算机建模的主要重点是支持工程原型的设计和开发,但如今这种原型在医学康复等非传统领域无处不在。在处理复杂模型时,诸如有限元素~(FE)的常规建模方法在计算上成本很高,在处理复杂模型时,如果手头模型无法以有用的方式简化,则其用于诸如实时模拟或部署低端硬件等目的的用途有限,如果手头模型无法简化,则其使用有限用途。因此,采用非传统方法,例如使用数据驱动的模型进行低端建模,使复杂的高纤维化模型更加普及。它们通常涉及一个高维度降级步骤,其中高维系统状态被转换为低维子空间或多维体,以及一种回归方法,以捕捉系统减少系统行为。尽管大多数出版物侧重于单维度的减少,例如主要组件分析~(PCA)(线性)或自动标度模型(非线性),我们考虑和比较五氯苯甲醚、内流质定、自动解变形系统,以及两个变形的自动自动解变形模型,以显示结构动态系统结构结构结构结构的升级的高级系统的最高级化模型。我们既能、又在模拟系统上层系统上展示一个结构化的模型。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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