开源项目Futureye：FEM有限元计算及反问题

nkliuyueming

不断更新中...

2012/11/2加了几个算例，从图片自动提取计算区域进行建模计算：

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2012/6/13
好久没来了，最近完成一篇关于这个软件的论文（不得不写啊，论文也很重要），等发出来了贴给大家。
论文的主要内容都来自帮助文档


2012/4/8
更新源码和帮助文档：
FuturEye3.0   

Scala语言版本： ScalaFEM0.1

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2012/3/20
好久没来了，给大家汇报一下最近的情况吧，FutuEye3.0的用户手册在2.1的基础上进行了修改，增加了很多内容，不过还没写完，请稍等
另外，用Scala语言（与Java一样，都是基于JVM虚拟机的，支持面向对象和Functional编程，很适合用来开发专业领域的软件，语法可扩充）
又开发了ScalaFEM，是基于FuturEye3.0的基础上进行封装的。

下面给一个例子：求解如下问题
*   -k*\Delta{u} + c*u*v = f in \Omega
*   u=0,                     on \Gamma_D
*   d*u + k*u_n = q          on \Gamma_N
* where
*   \Omega = [-3,3]*[-3,3]
*   \Gamma_N = Right boundary
*   \Gamma_D = Other boundary
*   k = 1.0
*   c = sqrt(x^2+y^2)
*   f = -2.0*(x^2+y^2)+36.0
*   d = 1.0
*   q = 1.0

方程的弱形式在ScalaFEM中可以写成
            val laplace = new PDE
            val k = C1
            val c = sqrt(X*X+Y*Y)
            val f = -2.0*(X*X+Y*Y)+36.0
            val d = C1
            val q = C1
            laplace.integrate(LHS, Inner) {
                    (u,v) => (grad(u, "x","y") dot grad(v, "x","y")) + c*u*v
            }.integrate(LHS, Border) {
                    (u,v) => d*u*v
            }.integrate(RHS, Inner) {
                    (u,v) => f*v
            }.integrate(RHS, Border) {
                    (u,v) => q*v
            }

可以看到，已经很接近数学表达式了。完整的代码在30#楼。

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开篇：
Futureye是一个用面向对象方法开发的FEM工具包。它将FEM中的“数学”理论与Java中的对象紧密关联，实现了有限元计算过程。其他类似面向对象的FEM软件几乎都是“大对象”，“粗抽象”，很难精细控制有限元形函数、单元、网格等，不利于新方法的研制和测试。Futureye目前可以求解所有FEM的基本问题以及基于PDE的反问题。现在软件代码已经超过5万多行，有兴趣的请联系我，可以共同学习、研究。 项目地址：http://code.google.com/p/futureye/
该项目为MIT授权。我的邮箱：nkliuyueming@gmail.com

上几个图：
==Plane Elastic==


==Stokes Equation==

==Benchmark of Navier-Stokes Equations==




==Numerical Optimization for Inverse Problems==


==Inverse Problem: Near-Infrared Diffusion Optical Tomography (DOT)==

nkliuyueming

欢迎大家讨论啊，以后会写一些为什么用Java来做有限元计算的理由。

tonnyw

To read forty thousand lines source code is not that easy. It will take a lot of time and patience. How can you help us if some of us are really interested in this?

Can I provide you with some more numerical examples? I just want to see how is the performance of the software.

Thanks.

hillyuan

Two questi**:
1. Why using Java in such computatinal intensive problem?
2. How about parrallel calculation?

pasuka

hillyuan 发表于 2011-8-31 10:38
Two questi**:
1. Why using Java in such computatinal intensive problem?
2. How about parrallel calcu ...

我也对lz选择完全用java编写这样的程序匪夷所思。。。
matlab虽然很多地方都用到了java，但是也不完全是用Java写的

nkliuyueming

pasuka 发表于 2011-8-31 10:53
我也对lz选择完全用java编写这样的程序匪夷所思。。。
matlab虽然很多地方都用到了java，但是也不完全是 ...

首先承认Java的速度比起C/C++和Fortran要慢，但不是慢的不可接受，最多慢10%吧，关于这方面的讨论已经很多了，不赘述了。但是从Java得到的好处却很多：
1. 语法要容易，面向对象的概念要简单的多
2. 内建的垃?圾?回收机制，不用自己考虑内存管理问题，相信很多使用C++的同志都经历过delete对象出错的痛苦
3. 运行时异常与错误处理非常容易，另外自带的JStack, Jmap等命令可以在程序运行时分析程序堆栈情况，查错变得容易多了
4. 免费的集成开发环境Eclipse非常好用，例如你在写代码的时候，其中的错误已经提示出来，极大的提高程序开发效率
5. 关于并行计算，大部分并行库都有Java接口，开发起来不是问题，Futureye项目的核心也集中在单元分析与合成上，代数方程组求解已经预留了外部接口

chentao807

我也觉得用java不是什么大问题，真正要考虑效率的地方可以用jni做优化。

pasuka

nkliuyueming 发表于 2011-8-31 12:17
首先承认Java的速度比起C/C++和Fortran要慢，但不是慢的不可接受，最多慢10%吧，关于这方面的讨论已经很 ...

问题是：
1、搞数值计算的，用java的人相比C/C++、Fortran实在太少了；
2、用java还不如用python，更简单易用，还能方便地使用以前的C/C++、Fortran代码；
3、既然在谷歌code上建立项目，目的是众人拾柴火焰高，可是选择全部用Java编写本身就把许多人挡在门外了

tonnyw

pasuka 发表于 2011-8-31 12:42
问题是：
1、搞数值计算的，用java的人相比C/C++、Fortran实在太少了；
2、用java还不如用python，更简单 ...

个人认为编程语言不会成为大障碍。如果不做太大的改动的话，比着葫芦画瓢，应该够用了。

nkliuyueming

tonnyw 发表于 2011-8-31 13:13
个人认为编程语言不会成为大障碍。如果不做太大的改动的话，比着葫芦画瓢，应该够用了。 ...

是的，Java很容易学，而且想出错也不太容易

我不知道你如何感觉。我自己觉得读懂别人的有限元程序，最重要的是该有限元程序的理论说明是否详细。我看了你的手册，对于单元的理论描述还是不够详细。

tonnyw

这是应力场还是位移场？红圈所示处不应该应力集中的部位吗？

tonnyw

tonnyw 发表于 2011-8-31 13:43
这是应力场还是位移场？红圈所示处不应该应力集中的部位吗？

It seems like you have h-adaptivity. Do you have p-adaptivity?  

pasuka

tonnyw 发表于 2011-8-31 13:13
个人认为编程语言不会成为大障碍。如果不做太大的改动的话，比着葫芦画瓢，应该够用了。 ...

如果只是使用者的话，确实没有大问题
不过要作为开发者增加新的代码或者单元，实现某种算法就必须得看懂那部分对应的Java代码，就不知道java插入C/C++代码是否像python代码中插入C/C++那样方便呢？

玄石

   很有兴趣，但不会Java啊，Ｃ＋＋或者Fortran就好了

hillyuan

nkliuyueming 发表于 2011-8-31 12:17
首先承认Java的速度比起C/C++和Fortran要慢，但不是慢的不可接受，最多慢10%吧，关于这方面的讨论已经很 ...

1. Java is not the only Object-oriented language. Simpler is not always the better.
2. You can use, e.g., smart poiniter in C++
4. Most language, including Fortran C++, could use Eclipse
5. If you don't c-**ider parrallel computation at the stage of your software design, It would be a BIG problem.

I havn't compared Java with C etc myself, but 10% slower is a vital factor for user to choose a software. Anyway, I don't believe your problem would just 10% slow! For example, I see you build your own blas and lapack library. As my experience, a good blas library, such as GOTOBlas, should be several times fast than those of not optimazed ones.

nkliuyueming

tonnyw 发表于 2011-8-31 13:43
这是应力场还是位移场？红圈所示处不应该应力集中的部位吗？

这个是位移场，等值线是位移场的y分量

nkliuyueming

pasuka 发表于 2011-8-31 14:17
如果只是使用者的话，确实没有大问题
不过要作为开发者增加新的代码或者单元，实现某种算法就必须得看懂 ...

不行，需要调用JNI使用本地方法

nkliuyueming

hillyuan 发表于 2011-8-31 16:06
1. Java is not the only Object-oriented language. Simpler is not always the better.
2. You can use ...

你说的对，不过十全十美的东西很难找，我只是想发掘优势，弥补不足。

nkliuyueming

tonnyw 发表于 2011-8-31 13:44
It seems like you have h-adaptivity. Do you have p-adaptivity?

Only h-adaptivity examples now, but p-adaptivity is possible.

colinmi

感觉如果说用JAVA最大的好处，感觉应该是可以跨平台吧，而且还可以分布式计算，虽然在目前实现的难度还是很大，可是也是一个很好的扩展性考虑不是？不过感觉原来编软件的时候，JAVA最大的限制还是在IDE工具上，Eclipse也好，JBuider也罢，和VS一比简直。。。当然，这个也可以不算，毕竟做有限元编程很多人还在用VC++6.0，所以，总体来说，支持一下楼主！请教一下，楼主你用Eclipse的时候用CVS吗？这个我从3.2开始调，一直不是很好用，估计会对异地代码开发有影响吧？