在辐射转移模拟中使用三维 Voronoi 网格

探测复杂天体物理结构的结构需要对相关辐射转移 (RT) 过程进行有效的三维 (3D) 数值模拟。与任何数值模拟代码一样，选择合适的离散化方法至关重要。具有立方体单元的自适应网格（如八叉树）已被证明非常流行，然而最近引入的几种流体动力学和 RT 代码基于空间域的 Voronoi 剖分。这种非结构化网格在 RT 代码中铺设光线（直线路径）方面提出了新的挑战。我们表明，在 3D Voronoi 网格上实现准确且高效的 RT 是直接的。我们提出了一种在 RT 代码背景下计算穿过 3D Voronoi 网格的任意两点之间直线路径的方法。我们在我们的 RT 代码 SKIRT 中实现了此类网格，使用开源库 Voro++ 仅基于生成点获取 Voronoi 网格单元的相关属性。我们将通过 Voronoi 网格获得的结果与通过八叉树网格为两个合成模型生成的结果进行了比较，并使用 Voronoi 网格执行了著名的 Pascucci RT 基准测试。所提出的算法为我们的测试模型产生了正确的结果。在几何上复杂得多的 3D Voronoi 网格中发射光子包，其速度仅比具有相同单元数的八叉树网格中的等效过程慢约三倍，而实际上对于同等良好的密度场表示，Voronoi 网格单元的总数可能更少。我们得出结论，在 RT 模拟代码中使用 Voronoi 网格的优势通常将超过其稍慢的性能。