Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
YurkinPhD.pdf
Скачиваний:
67
Добавлен:
28.03.2016
Размер:
4.03 Mб
Скачать

размерность Т-матрицы составляет 2N0(N0 + 2). Простейшим способом вычислить Т- матрицу с помощью МДД является независимое моделирование светорассеяния для различных падающих сферических волн (т.е. для разных строк Т-матрицы) [173]. Тогда можно использовать различные способы оптимизации повторных вычислений, но в целом время вычислений N02 N[O(Niter ln N ) + O(N02 )], где первый член в сумме соответствует решению линейной системы, а второй – вычислению значений в строке Т-матрицы. Маковски [173] предложил более совершенный метод прямого вычисления Т-матрицы из матрицы взаимодействия МДД, который требует вычисления двух сумм сложности O(N02 N ln N ) и O(N04 N ) . В частности, для x = 5 этот метод на порядок быстрее чем стандартный.

Недавно Муйнонен (Muinonen) и Зубко [175] предложили способ усреднения результатов МДД по размерам и показателям преломления, основанный на вычислении «хорошего» начального вектора для итерационного метода, используя результаты для задач с близкими параметрами. Подобный же подход может быть использован при вычислении набора частиц немного отличающейся формы или для усреднения по ориентации.

В разделе 2.3 повторные вычисления применяются для улучшения точности МДД через экстраполяцию.

2.1.5. Сравнение МДД с другими методами

Ховенир (Hovenier) и др. [176] сравнили МДД, МРГУ и МРП для моделирования светорассеяния сфероидами, конечными цилиндрами и бисферами с параметрами: m = 1.5 + 0.01i, объёмный размерный параметр x = 5, y = 0.6. Вычислялась угловая зависимость матрицы Мюллера. МРГУ и МРП были практически точны, а МДД имел небольшую погрешность за исключением углов вблизи направления назад, где ошибки были до 10-20%.

Рид и Комберг (Comberg) [29] сравнили МДД, МРГУ и КРВО для куба с m = 1.33, 1.5 и x = 2.9, 4.9, 9.7. При x = 2.9 и 4.9 МДД и МРГУ показали хорошую точность в вычислении индикатрисы рассеяния, при этом МДД был в 2-5 раз быстрее, но требовал в 8-16 раз больше памяти (y был в интервале 0.3-0.5). КРВО потреблял примерно столько же вычислительных ресурсов как и МДД, но был менее точен. При x = 9.7 МДД единственный показал приемлемую точность при заданных вычислительных ресурсах.

Комберг и Рид [30] сравнили МДД, ОММЧ и обобщённый метод мультиполей (ОММ, generalized multipole technique) для кластеров из нескольких шаров, каждый из

57

которых имел x в интервале 4–20 и m = 1.33, 1.5. Все методы показали хорошую точность, но ОММЧ был на порядок (а для больших x на несколько порядков) быстрее чем другие два. Также моделировалось светорассеяние кластером из двух сплющенных сфероидов с x = 5 и m = 1.33 с помощью МДД и ОММ – первый был менее точен и требовал в 4 раза больше памяти, но был в 6 раз быстрее чем последний.

Рид и др. [177] сравнили МДД, КРВО, ОММ и МДИ для моделирования светорассеяния эритроцитом с x = 35 и m = 1.06. Точность всех методов была близка, при этом МДД и ОММ требовали примерно одинаковое время, они были в 7 раз быстрее чем КРВО и в 12 раз медленнее МДИ. Но следует заметить, что последний использует осесимметричность эритроцита.

Вразделе 2.6 МДД и КРВО сравниваются для шаров с m от 1.02 до 2 и x от 10 до 100, в зависимости от m.

Главным преимуществом МДД является то, что это один из самых общих методов, его применимость ограничена лишь доступными вычислительными ресурсами. Но есть и обратная сторона медали – практически никак не используется возможная симметрия частицы, поэтому МДД сильно уступает МРГУ для однородных осесимметричных рассеивателей. Для однородных неосесимметричных частиц эффективность МДД сравнима с МРГУ для частиц в одной ориентации, но последний намного быстрее при усреднении по ориентации. С другой стороны, МРГУ практически неприменим к неоднородным рассеивателям, а МДД применим без какихлибо изменений. Следует отметить, что КРВО является даже более общим чем МДД, так как легко применим к негармоническому внешнему электрическому полю. Более того, моделирование падающей волны в виде импульса может дать решение сразу для спектра падающих гармонических волн, правда с ограниченной точностью.

2.1.6.Заключительные замечания

Вданном разделе был проведён обзор МДД в рамках общей формулировки, основанной на интегральном уравнении для электрического поля. Хотя основные алгоритмы МДД, которые используются в нескольких широко используемых компьютерных программах, мало изменились с 1994 г., было предложено много улучшений, которые ещё не общеприняты. Создаётся впечатление, что накапливается критическая масса улучшений, которая может привести к значительному прорыву.

Наиболее перспективными направлениями для значительного улучшения эффективности компьютерных программ на основе МДД являются:

58

1)Уменьшение ошибок формы путём использования взвешенной дискретизации или похожих методов.

2)Разработка методов аналогичных итегрированию тензора Грина и подходу Пелтониеми для вычисления поляризуемости и члена взаимодействия.

3)Исследование различных предобуславливателей для матрицы МДД, либо проверяя уже известные варианты, либо разрабатывая новые на основе специальной структуры матрицы.

Пункт (1) должен в целом улучшить точность МДД, особенно в тех случаях, когда основными являются ошибки формы, пункт (2) – расширить практические границы применимости МДД в сторону бóльших показателей преломления, а пункт (3) – в целом улучшить эффективность метода, особенно при больших размерах и/или показателях преломления.

59

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]