基于水平集快速行进算法的多物理场界面演化MATLAB工具箱

资 源 简 介

该MATLAB工具箱实现了功能全面的水平集快速行进算法，支持二维/三维空间界面演化计算。包含水平集初始化、Eikonal方程高效求解及多种边界条件处理，适用于多物理场界面演化仿真研究。

详 情 说 明

基于水平集快速行进算法的多物理场界面演化仿真工具箱

项目介绍

本项目实现了一个功能全面的水平集快速行进算法工具箱，专门用于多物理场界面演化仿真。工具箱采用水平集方法和快速行进算法，通过数值求解Eikonal方程，高效模拟二维、三维空间中的界面演化过程。项目面向多相流、图像分割、曲面重建等应用场景，提供完整的计算流程和可视化支持。

功能特性

• 多维空间支持：完整支持二维、三维空间中的水平集函数初始化与演化计算
• 高效算法核心：实现快速行进算法，高效求解Eikonal方程
• 稳定性保障：提供多种重新初始化方法，确保水平集函数保持符号距离特性
• 多场景应用：支持多相流模拟、图像分割、曲面重建等典型应用场景
• 实时可视化：包含可视化模块，实时显示水平集演化过程
• 性能优化：具备参数优化与性能分析工具，支持算法精度与效率评估

使用方法

输入数据准备

1. 网格数据：提供结构网格或非结构网格节点坐标（.mat格式）
2. 初始界面：通过显式几何参数或隐式函数表达式定义初始界面
3. 速度场：输入标量速度场或矢量速度场矩阵
4. 边界条件：设置狄利克雷或诺伊曼边界条件
5. 计算参数：配置时间步长、收敛容差、最大迭代次数等参数

运行流程

1. 配置计算参数和输入文件路径
2. 执行主计算程序
3. 查看实时演化过程可视化
4. 获取输出结果和分析报告

输出结果

• 水平集函数演化过程数据
• 界面位置提取（零等值面坐标）
• 计算统计信息（迭代次数、耗时、收敛曲线）
• 可视化结果（演化动画、等值面云图）
• 性能分析报告（精度与效率评估）

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• MATLAB版本：R2018a或更高版本
• 内存要求：至少8GB RAM（三维计算推荐16GB以上）
• 存储空间：至少2GB可用空间

文件说明

主程序文件整合了工具箱的核心功能模块，实现了从数据输入到结果输出的完整计算流程。具体包含水平集函数初始化、快速行进算法执行、Eikonal方程数值求解、重新初始化过程控制、界面位置提取以及可视化显示等关键功能。该文件负责协调各模块间的数据传递，管理计算参数设置，并输出最终的水平集演化结果和性能分析数据。