Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.8
no.7
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pp.1453-1463
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2004
The conventional image segmentation method using level set has been disadvantage since level set function in the gradient-based model evolves depending on the local profile of the edge. In this paper, a new model is introduced by hybridizing level set formulation and complementary smooth function in order to smooth the driving force. We consider an alternative way of getting the complementary function(CF) which is much easier to simulate and makes sense for most cases having no triple junctions. The rule of thumb is that CF must be computed such that the difference between their average and the original CF function should be able to introduce a reliable driving force for the evolution of the level set function. This proposed hybrid method tries to minimize drawbacks the conventional level set method.
The computation of moving interface by the level set method typically requires reinitializations of level set function. An inaccurate estimation of level set function ${\phi}$ results in incorrect free-surface capturing and thus errors such as mass gain/loss. Therefore, accurate and robust reinitialization process is essential to the free-surface flows. In the present paper, we pursue further development of the reinitialization process, which evaluates directly level set function ${\phi}$ using a normal vector in the interface without solving the re-distancing equation of hyperbolic type. The Taylor-Galerkin approximation and P1P1splitting FEM are adopted to discretize advection equation of the level set function and the Navier-Stokes equation, respectively. Advection equation of free surface and re-initialization process are validated with benchmark problems, i.e., a broken dam flow and time-reversed single vortex flow. The simulation results are in good agreement with the existing results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.10
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pp.754-760
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2008
Computation of moving interface by the level set method typically requires the reinitialization of level set function. An inaccurate estimation of level set function $\phi$ results in incorrect free-surface capturing and thus errors such as mass gain/loss. Therefore, an accurate and robust reinitialization process is essential to the simulation of free-surface flows. In the present paper, we pursue further development of the reinitialization process, which evaluates level set function directly using a normal vector on the interface without solving there-distancing equation of hyperbolic type. The Taylor-Galerkin approximation and P1P1 splitting/SUPG (Streamline Upwind Petrov-Galerkin) FEM are adopted to discretize advection equation of the level set function and the incompressible Navier-Stokes equation, respectively. Advection equation and re-initialization process of free surface capturing are validated with benchmark problems, i.e., a broken dam flow and timereversed single vortex flow. The simulation results are in good agreement with the existing results.
We apply a partitioned-solution (iterative-staggered) coupling method based on a fixed Eulerian mesh with the level set function to a large-deformation fluid-structure interaction (FSI) problem where a large-deformable thin structure moves in a high-speed flow field, as an airbag does during deployment. This method combines advanced fluid and structure solvers-specifically, the constrained interpolation profile finite element method (CIP-FEM) for fluid Eulerian mesh and large-deformable structural elements for Lagrangian structural mesh. We express the large-deformable interface as a zero isosurface by the level set function, and introduce virtual nodes with level sets and structural normal velocities to generate the level set function according to the large-deformable interfacial geometry and enforce the kinematic condition at the interface. The virtual nodes are located in the direction normal to the structural mesh. It is confirmed that application of the method to unfolded airbag deployment simulation shows the adequacy of the method.
Ihm Seung-Won;Kim Chongam;Shim Jae-Seol;Lee Dong-Young
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.17
no.3
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pp.158-165
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2005
In order to analyze incompressible two-phase flow, Level Set method was applied on pseudo-compressibility formulation. Level Set function is defined as a signed distance function from the phase interface, and gives the information of the each phase location and the geometric data to the flow. In this study, Level Set function transport equation was coupled with flow conservation equations, and owing to pseudo-compressibility technique we could solve the resultant vector equation iteratively. Two-phase flow analysis code was developed on general curvilinear coordinate, and numerical tests of bubble dynamics and surging wave problems demonstrate its capability successfully.
Level set methods are the numerical techniques for tracking interfaces and shapes. They have been successfully used in image segmentation. A new variational level set evolving algorithm without re-initialization is presented in this paper. It consists of an internal energy term that penalizes deviations of the level set function from a signed distance function, and an external energy term that drives the motion of the zero level set toward the desired image feature. This algorithm can be easily implemented using a simple finite difference scheme. Meanwhile, not only can the initial contour can be shown anywhere in the image, but the interior contours can also be automatically detected.
A level set tree provides a useful representation of a multidimensional density function. Visualizing the data structure as a tree offers many advantages for data analysis and clustering. In this paper, we present a level set tree estimation algorithm for use with a set of data points. The proposed algorithm creates a level set tree from a family of level sets estimated over a whole range of levels from zero to infinity. Instead of estimating density function then thresholding, we directly estimate the density level sets using one-class support vector machines (OC-SVMs). The level set estimation is facilitated by the OC-SVM solution path algorithm. We demonstrate the proposed level set tree algorithm on benchmark data sets.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.157-162
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2007
A new level set based topology optimization employing inner-front creation algorithm is presented. In the conventional level set based topology optimization, the optimum topology strongly depends on the initial level set distribution due to the incapability of inner-front creation during optimization process. In the present work, in this regard, an inner-front creation algorithm is proposed. in which the sizes. shapes. positions, and number of new inner-fronts during the optimization process can be globally and consistently identified by considering both the value of a given criterion for inner-front creation and the occupied volume (area) of material domain. To facilitate the inner-front creation process, the inner-front creation map which corresponds to the discrete valued criterion of inner-front creation is applied to the level set function. In order to regularize the design domain during the optimization process, the edge smoothing is carried out by solving the edge smoothing partial differential equation (PDE). Updating the level set function during the optimization process, in the present work, the least-squares finite element method (LSFEM) is employed. As demonstrative examples for the flexibility and usefulness of the proposed method. the level set based topology optimization considering lightweight design of 3D shell structure is carried out.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.40
no.3
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pp.127-136
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2003
In this paper, we propose a robust object tracking algorithm based on model and edge, using deformed template and Level-Set theory. The proposed algorithm can track objects in case of background variation, object flexibility and occlusions. First we design a new potential difference energy function(PDEF) composed of two terms including inter-region distance and edge values. This function is utilized to estimate and refine the object shape. The first step is to approximately estimate the shape and location of template object based on the assumption that the object changes its shape according to the affine transform. The second step is a refinement of the object shape to fit into the real object accurately, by using the potential energy map and the modified Level-Set speed function. The experimental results show that the proposed algorithm can track non-rigid objects under various environments, such as largely flexible objects, objects with large variation in the backgrounds, and occluded objects.
A LS(Level Set) formulation is developed for computing two-phase flows on non- orthogonal meshes. Compared with the VOF(Volume-of-Fluid) method based on a non-smooth volume-fraction function, the LS method can calculate an interfacial curvature more accurately by using a smooth distance function. Also, it is quite straightforward to implement for 3-D irregular meshes compared with the VOF method requiring much more complicated geometric calculations. The LS formulation is implemented into a general purpose program for 3-D flows and verified through several test problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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