論文の概要: X-MeshGraphNet: Scalable Multi-Scale Graph Neural Networks for Physics Simulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17164v2
• Date: Fri, 20 Dec 2024 03:48:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-23 16:19:58.958943
• Title: X-MeshGraphNet: Scalable Multi-Scale Graph Neural Networks for Physics Simulation
• Title（参考訳）: X-MeshGraphNet:物理シミュレーションのためのスケーラブルなマルチスケールグラフニューラルネットワーク
• Authors: Mohammad Amin Nabian, Chang Liu, Rishikesh Ranade, Sanjay Choudhry,
• Abstract要約: 我々は、MeshGraphNetのスケーラブルでマルチスケールな拡張であるX-MeshGraphNetを紹介する。 X-MeshGraphNetは、大きなグラフとハローリージョンを組み込むことで、スケーラビリティのボトルネックを克服する。 実験の結果,X-MeshGraphNetは全グラフGNNの予測精度を維持していることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.8363709845608365
• License:
• Abstract: Graph Neural Networks (GNNs) have gained significant traction for simulating complex physical systems, with models like MeshGraphNet demonstrating strong performance on unstructured simulation meshes. However, these models face several limitations, including scalability issues, requirement for meshing at inference, and challenges in handling long-range interactions. In this work, we introduce X-MeshGraphNet, a scalable, multi-scale extension of MeshGraphNet designed to address these challenges. X-MeshGraphNet overcomes the scalability bottleneck by partitioning large graphs and incorporating halo regions that enable seamless message passing across partitions. This, combined with gradient aggregation, ensures that training across partitions is equivalent to processing the entire graph at once. To remove the dependency on simulation meshes, X-MeshGraphNet constructs custom graphs directly from tessellated geometry files (e.g., STLs) by generating point clouds on the surface or volume of the object and connecting k-nearest neighbors. Additionally, our model builds multi-scale graphs by iteratively combining coarse and fine-resolution point clouds, where each level refines the previous, allowing for efficient long-range interactions. Our experiments demonstrate that X-MeshGraphNet maintains the predictive accuracy of full-graph GNNs while significantly improving scalability and flexibility. This approach eliminates the need for time-consuming mesh generation at inference, offering a practical solution for real-time simulation across a wide range of applications. The code for reproducing the results presented in this paper is available through NVIDIA Modulus.
• Abstract（参考訳）: Graph Neural Networks(GNN)は、複雑な物理システムをシミュレートする上で大きな注目を集めており、MeshGraphNetのようなモデルでは、非構造化のシミュレーションメッシュ上で強力なパフォーマンスを示している。 しかし、これらのモデルはスケーラビリティの問題、推論時のメッシュ化の要件、長距離インタラクションを扱う際の課題など、いくつかの制限に直面している。 本稿では、これらの課題に対処するために設計された、スケーラブルでマルチスケールなMeshGraphNetの拡張であるX-MeshGraphNetを紹介する。 X-MeshGraphNetは、大きなグラフを分割し、パーティションを横断するシームレスなメッセージパッシングを可能にするhaloリージョンを統合することで、スケーラビリティのボトルネックを克服する。 これは勾配の集約と組み合わせて、パーティション間のトレーニングがグラフ全体を一度に処理するのと同等であることを保証します。 シミュレーションメッシュへの依存を取り除くため、X-MeshGraphNetは、オブジェクトの表面や体積の点雲を生成し、k-アネレスト近傍を接続することによって、テッセル付き幾何ファイル(例えばSTL)から直接カスタムグラフを構築する。 さらに, このモデルでは, 粗い点雲と細かな点雲を反復的に組み合わせたマルチスケールグラフを構築し, それぞれのレベルが前のレベルを洗練し, より効率的な長距離相互作用を実現する。 実験により,X-MeshGraphNetは全グラフGNNの予測精度を維持しつつ,スケーラビリティと柔軟性を著しく向上することを示した。 このアプローチは、推論時に時間を要するメッシュ生成の必要性を排除し、幅広いアプリケーションにわたるリアルタイムシミュレーションのための実用的なソリューションを提供する。 本論文で提示した結果を再現するためのコードはNVIDIA Modulusで公開されている。

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