論文の概要: Geometry Matters: Benchmarking Scientific ML Approaches for Flow Prediction around Complex Geometries

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.01453v1
• Date: Tue, 31 Dec 2024 00:23:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-06 15:10:53.883550
• Title: Geometry Matters: Benchmarking Scientific ML Approaches for Flow Prediction around Complex Geometries
• Title（参考訳）: Geometry Matters: 複雑なジオメトリ周辺のフロー予測のための科学的MLアプローチのベンチマーク
• Authors: Ali Rabeh, Ethan Herron, Aditya Balu, Soumik Sarkar, Chinmay Hegde, Adarsh Krishnamurthy, Baskar Ganapathysubramanian,
• Abstract要約: 複雑な地形周辺の流体力学の迅速かつ正確なシミュレーションは、様々な工学的・科学的応用において重要である。 科学機械学習(SciML)は将来性を示しているが、ほとんどの研究は単純な測地に制約されている。 本研究では,複雑な地形上の流動予測のための多様なSciMLモデルをベンチマークすることで,このギャップを解消する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.111935712144277
• License:
• Abstract: Rapid yet accurate simulations of fluid dynamics around complex geometries is critical in a variety of engineering and scientific applications, including aerodynamics and biomedical flows. However, while scientific machine learning (SciML) has shown promise, most studies are constrained to simple geometries, leaving complex, real-world scenarios underexplored. This study addresses this gap by benchmarking diverse SciML models, including neural operators and vision transformer-based foundation models, for fluid flow prediction over intricate geometries. Using a high-fidelity dataset of steady-state flows across various geometries, we evaluate the impact of geometric representations -- Signed Distance Fields (SDF) and binary masks -- on model accuracy, scalability, and generalization. Central to this effort is the introduction of a novel, unified scoring framework that integrates metrics for global accuracy, boundary layer fidelity, and physical consistency to enable a robust, comparative evaluation of model performance. Our findings demonstrate that foundation models significantly outperform neural operators, particularly in data-limited scenarios, and that SDF representations yield superior results with sufficient training data. Despite these advancements, all models struggle with out-of-distribution generalization, highlighting a critical challenge for future SciML applications. By advancing both evaluation methodologies and modeling capabilities, this work paves the way for robust and scalable ML solutions for fluid dynamics across complex geometries.
• Abstract（参考訳）: 複雑な地形周辺の流体力学の迅速かつ正確なシミュレーションは、空気力学や生物医学的な流れを含む様々な工学的・科学的応用において重要である。 しかし、科学機械学習(SciML)は将来性を示しているが、ほとんどの研究は単純な幾何学に制約されており、複雑な現実世界のシナリオは未探索のままである。 本研究では,ニューラルネットワークや視覚変換器に基づく基礎モデルを含む多種多様なSciMLモデルを,複雑なジオメトリ上での流動予測のためにベンチマークすることで,このギャップを解消する。 種々の地形をまたいだ定常流れの高忠実度データセットを用いて, モデル精度, 拡張性, 一般化に対する幾何学的表現, 符号付き距離場 (SDF) と二値マスクの影響を評価する。 この取り組みの中心は、グローバルな精度、境界層忠実度、物理的一貫性のメトリクスを統合して、モデルパフォーマンスの堅牢で比較可能な評価を可能にする、新しい統一的なスコアリングフレームワークの導入である。 以上の結果から,基礎モデルは,特にデータ制限シナリオにおいて,ニューラルネットワークよりも優れており,SDF表現は十分なトレーニングデータで優れた結果が得られることが示唆された。 これらの進歩にもかかわらず、全てのモデルは配布外一般化に苦慮し、将来のSciMLアプリケーションにとって重要な課題を浮き彫りにした。 評価手法とモデリング機能の両方を進化させることで、複雑な地形をまたいだ流体力学のための堅牢でスケーラブルなMLソリューションの道を開くことができる。

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