基于体素的方法用于模拟土壤中微生物分解：与 LBM 的比较及形貌模型的改进
计算机视觉与模式识别
2024-06-07 v1
摘要
本研究提出了一种新的计算方法，用于从土壤的三维微型计算机断层扫描（micro-CT）图像中模拟微生物对有机物的分解。该方法采用连接体素的加权图来模拟微生物分解过程中涉及的转化与扩散过程。最终得到的模型可用于模拟孔隙介质中任何扩散-转化过程。我们实现了并行化策略，并探索了包括隐式、显式、同步和异步方案等不同的数值方法。为验证我们的方法，本文将仿真输出结果与 LBioS 以及 Mosaic 模型的结果进行比较。LBioS 使用基于格子玻尔兹曼方法进行扩散，而 Mosaic 则利用基于孔隙网络几何建模（PNGM）的几何原始部件（如球体和椭圆体）实现模拟。该方法在计算时间上仅为传统基于 LBM 的仿真的四分之一，同时也达到了相当好的效果。相较于 Mosaic 模拟，本方法虽较慢，但更准确且无需任何校准。此外，我们还提出了一套理论框架和应用示例，用于增强基于 PNGM 的仿真，通过使用随机梯度下降近似扩散传递系数，并利用本方法生成的数据。
引用
@article{arxiv.2406.04177,
title = {A Voxel-based Approach for Simulating Microbial Decomposition in Soil: Comparison with LBM and Improvement of Morphological Models},
author = {Mouad Klai and Olivier Monga and Mohamed Soufiane Jouini and Valérie Pot},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.04177},
year = {2024}
}
备注
Preprint submitted to IEEE Access