Начальный коммит: Vulkan-редактор SimVulcan + исследование KBC-LBM

Состояние на момент заведения репозитория. C++ приложение (src/, shaders/, tests/) — минимальный редактор 3D-моделей на Vulkan 1.3: орбитальная камера, три опорные сетки через начало координат, загрузка .obj с режимами отображения. Весь Vulkan изолирован в src/vk/. Исследование (docs/) — оригинальные статьи по KBC (docs/origins) и Python-решатель D2Q9 KBC-N1 с AMR 2x и SDF+Bouzidi (docs/theory). В решателе перед коммитом исправлены дефекты, найденные сверкой с первоисточниками: относительный порог знаменателя энтропийного стабилизатора (абсолютный вырождал KBC в LBGK на 77-99% узлов), заворот вход/выход в углах домена, диагностика средней плотности по фиктивным узлам тела, зашитый refine=2. Подробности — docs/theory/solver_2x_sdf/README.md. Co-Authored-By: Claude Opus 5 <noreply@anthropic.com>
2026-08-14 16:37:38 +03:00
commit 11ff7b79b4
139 changed files with 88747 additions and 0 deletions
@@ -0,0 +1,109 @@
+# Демо-2: двойной сдвиговый слой (Minion–Brown) на недоразрешённой сетке — устойчивость
+# BGK (poly-равновесие) против KBC (entropic + γ): BGK разрушается, KBC держит (implicit LES).
+# Артефакты: figures/08_shear_stability.png, anim/shear_bgk_vs_kbc.gif, out/shear.txt.
+# Запуск: python shear_gpu.py
+import math
+import numpy as np
+import _common as cm
+
+cp = cm.cp; xp = cm.xp; E = cm.E; Coll = cm.Coll; Strm = cm.Strm
+plt = cm.plt; vorticity = cm.vorticity
+
+def init_shear(N, U0=0.04, delta=0.05, kappa=80.0):
+    xs = cp.arange(N, dtype=cm.DTYPE)/N
+    X, Yc = cp.meshgrid(xs, xs)
+    ux = cp.where(Yc <= 0.5, U0*cp.tanh(kappa*(Yc - 0.25)), U0*cp.tanh(kappa*(0.75 - Yc)))
+    uy = delta*U0*cp.sin(2.0*math.pi*(X + 0.25))
+    return cm.B.pack((ux.astype(cm.DTYPE), uy.astype(cm.DTYPE)))
+
+def run_shear(scheme, N=128, U0=0.04, nu=1.7e-4, steps=8000, rec=100, frame_every=33):
+    u0 = init_shear(N, U0=U0)
+    rho = cp.ones((N, N), cm.DTYPE)
+    beta = cm.nu_to_beta(nu)
+    f = E.feq(rho, u0) if scheme == "kbc" else cm.feq_poly(rho, u0)
+    ts, umax, frames = [], [], []
+    blew_up_at = None
+    last_u = cm.to_cpu(u0)
+    prog = cm.Viz.make_progress(scheme)
+    for t in range(steps + 1):
+        rho, u = E.macros(f)
+        um = float(xp.abs(u).max())
+        if not math.isfinite(um) or um > 0.5:
+            blew_up_at = t
+            print(f"\n{scheme}: разрушился на шаге {t}")
+            break
+        if t % frame_every == 0:
+            frames.append((t, cm.to_cpu(u)))
+        if scheme == "kbc":
+            f = Coll.kbc_collide(f, E.feq(rho, u), beta)
+        else:
+            f = cm.bgk_collide(f, cm.feq_poly(rho, u), beta)
+        f = Strm.stream(f)
+        last_u = cm.to_cpu(u)
+        if t % rec == 0:
+            ts.append(t); umax.append(um)
+        prog(t, steps)
+    gamma = None
+    if scheme == "kbc":                                # поле γ на финальном состоянии — для панели
+        r, u = E.macros(f)
+        gamma = cm.to_cpu(cm.kbc_gamma(f, E.feq(r, u), beta))
+    return dict(scheme=scheme, ts=np.array(ts), umax=np.array(umax), frames=frames,
+                u=last_u, gamma=gamma, blew_up_at=blew_up_at, N=N, U0=U0, nu=nu)
+
+Re_shear = 0.04*128/1.7e-4
+print(f"Сдвиговый слой: Re ~ {Re_shear:.0f}, β ~ {cm.nu_to_beta(1.7e-4):.4f}")
+res_bgk = run_shear("bgk")
+res_kbc = run_shear("kbc")
+print("BGK:", (f"разрушился на t={res_bgk['blew_up_at']}" if res_bgk["blew_up_at"] else "устойчив"))
+print("KBC:", (f"разрушился на t={res_kbc['blew_up_at']}" if res_kbc["blew_up_at"] else "устойчив"))
+assert res_kbc["blew_up_at"] is None, "KBC должен оставаться устойчивым"
+
+# --- панель: ω(KBC), поле γ−2, max|u|(t) -------------------------------------------------------
+fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(13.5, 4.0))
+om_k = vorticity(res_kbc["u"])
+im0 = axs[0].imshow(om_k, origin="lower", cmap="RdBu_r")
+axs[0].set_title("KBC: завихренность (устойчиво)")
+axs[0].set_xlabel("$x$ [lu]"); axs[0].set_ylabel("$y$ [lu]")
+plt.colorbar(im0, ax=axs[0], fraction=0.046)
+im1 = axs[1].imshow(res_kbc["gamma"] - 2.0, origin="lower", cmap="magma")
+axs[1].set_title("Поле стабилизатора $\\gamma-2$")
+axs[1].set_xlabel("$x$ [lu]"); axs[1].set_ylabel("$y$ [lu]")
+plt.colorbar(im1, ax=axs[1], fraction=0.046)
+axs[2].plot(res_kbc["ts"], res_kbc["umax"], color="#2e7d32", label="KBC")
+axs[2].plot(res_bgk["ts"], res_bgk["umax"], color="#d1495b", label="BGK")
+if res_bgk["blew_up_at"]:
+    axs[2].axvline(res_bgk["blew_up_at"], color="#d1495b", ls="--", alpha=0.6)
+axs[2].set_title("$\\max|\\mathbf{u}|$ во времени")
+axs[2].set_xlabel("$t$ [ts]"); axs[2].set_ylabel("$\\max|\\mathbf{u}|$ [lu/ts]"); axs[2].legend()
+fig.suptitle(f"Демо-2: сдвиговый слой, Re~{Re_shear:.0f} (BGK разрушается, KBC держит)",
+             y=1.04, fontweight="bold")
+cm.finish(fig, "08_shear_stability.png")
+
+# --- гифка: BGK (слева, замирает с пометкой) vs KBC (справа) -----------------------------------
+_kf, _bf = res_kbc["frames"], res_bgk["frames"]
+_om0s = np.percentile(np.abs(vorticity(_kf[len(_kf)//2][1])), 99.5)
+
+def _draw(fig, i):
+    ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1)
+    ax2 = fig.add_subplot(1, 2, 2)
+    dead = i >= len(_bf)
+    tb, ub = _bf[min(i, len(_bf) - 1)]
+    ax1.imshow(vorticity(ub), origin="lower", cmap="RdBu_r", vmin=-_om0s, vmax=_om0s)
+    ax1.set_title("BGK — разрушился" if dead else f"BGK · t={tb}",
+                  color="red" if dead else "black", fontsize=10)
+    tk, uk = _kf[i]
+    ax2.imshow(vorticity(uk), origin="lower", cmap="RdBu_r", vmin=-_om0s, vmax=_om0s)
+    ax2.set_title(f"KBC · t={tk}", fontsize=10)
+    for a in (ax1, ax2):
+        a.set_xticks([]); a.set_yticks([])
+    fig.tight_layout()
+
+cm.render_gif(len(_kf), _draw, "shear_bgk_vs_kbc.gif", (8.4, 4.3), fps=24)
+
+cm.write_out("shear.txt", [
+    f"N=128 U0=0.04 nu=1.7e-4 Re~{Re_shear:.0f} steps=8000",
+    f"BGK_blew_up_at={res_bgk['blew_up_at']}",
+    f"KBC_stable={res_kbc['blew_up_at'] is None}",
+    "PASS  KBC устойчив там, где BGK разрушается",
+])
+print("DONE (shear)")