ИИ разрешил компромисс между микро- и макроизображениями пористых структур
Ученые из МФТИ и Китая разработали новую методику совмещения разномасштабных изображений. Она позволяет получить точные изображения структуры сложных пористых сред, что важно для нефтегазовой отрасли, строительства и экологии.
Моделирование, характеризация и анализ многомасштабных микроструктур в пористых материалах проходят в три этапа / © Construction and Building Materials
Получение 3D-изображения состоит из трех этапов. На первом получают цифровые изображения образцов горных пород с различным разрешением с помощью компьютерной томографии. После эти снимки обрабатываются: шумоподавление, сегментация и обрезка. На втором этапе происходит объединение изображений с низким разрешением и изображений с высоким разрешением для моделирования многомасштабных микроструктур. Именно здесь используется разработанный алгоритм. На третьем этапе параметры структуры пор и фильтрационные свойства оцениваются с помощью численного моделирования.
Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными дало высокое совпадение. Это говорит о том, что разработанный алгоритм эффективно реконструирует многоуровневые микроструктуры пористых материалов. Величина схожести мелкомасштабных деталей показала, что точность моделирования новым методом в два раза выше по сравнению с другими алгоритмами.
«Как и любой подход, наше решение имеет ряд ограничений. Например, сейчас мы работаем с бинарными изображениями. С одной стороны, это ограничивает нас всего двумя фазами: порами и твердой фазой, но зато результаты сразу подходят для моделирования в масштабе пор — в работе мы рассчитали поток флюида через 3D-изображения, для того чтобы получить проницаемость образцов. Мы продолжаем развивать это направление вместе с сотрудниками и студентами центра Мариной Карсаниной (старший научный сотрудник ЦВФ) и Владимиром Шибановым (студент ЛФИ 2-го курса)», — прокомментировал Кирилл Герке, директор по науке Центра вычислительной физики МФТИ.
Новый алгоритм, восстанавливающий многоуровневые микроструктуры пористых материалов, преодолевает компромисс между разрешением и полем зрения. Он позволяет создавать точные 3D-модели сложных многоуровневых структур. Это открывает путь к более глубокому пониманию физических свойств пористых материалов и поведения потоков жидкостей или газов внутри них. Это способствует развитию «цифровых двойников» материалов, где виртуальное моделирование заменяет дорогие эксперименты, ускоряя инновации в материаловедении.
