Skip navigation

DSpace

機構典藏 DSpace 系統致力於保存各式數位資料(如:文字、圖片、PDF)並使其易於取用。

點此認識 DSpace
DSpace logo
English
中文
  • 瀏覽論文
    • 校院系所
    • 出版年
    • 作者
    • 標題
    • 關鍵字
    • 指導教授
  • 搜尋 TDR
  • 授權 Q&A
    • 我的頁面
    • 接受 E-mail 通知
    • 編輯個人資料
  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 電機工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/100973
標題: 基於物理引導神經運算子之三維空氣超音波預測與數位孿生建構
3D Airborne Ultrasound Wave Prediction and Digital Twin Construction via Physics-Informed Neural Operators
作者: 洪國維
Guo-Wei Hong
指導教授: 劉浩澧
Hao-Li Liu
關鍵字: 空氣超音波陣列,數位孿生深度學習物理引導神經算子超音波波動模擬三維聲場預測
Airborne Ultrasound Array,Digital TwinDeep LearningPhysics-Informed Neural Operator (PINO)Ultrasound Wave Simulation3D Acoustic Field Prediction
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 空氣超音波陣列廣泛應用於非接觸式懸浮、物體辨識、指向性音響及觸覺合成等領域,然而這些應用的開發過程往往仰賴高成本且耗時的模擬與實驗,此外若欲結合人工智慧技術以提升系統效能,則需大量高品質資料作為訓練基礎,但資料的取得同樣面臨高昂代價與實作困難。為解決此一瓶頸,本研究提出一套基於物理引導神經算子(Physics-Informed Neural Operators, PINO)的數位孿生建構方法,針對空氣超音波陣列於三維非均質環境中的傳播行為進行模擬。我們於虛擬環境中建立傳感器陣列的數位對應模型,並訓練 PINO 模型以預測超音波在不同介質與空間分布下的三維時序聲場變化,該模型的結果能同時轉換成穩態聲場與感測器所接收之訊號,且其預測結果與真實物理行為高度一致。相較於傳統數值模擬方法,本研究所提出之 PINO 模型具備超過 20 倍的加速能力,並且能在相同硬體資源下模擬更大規模的三維場域,藉由此數位孿生平台,可快速進行多樣化的模擬實驗,亦可有效生成大量高品質資料,以支援 AI 模型之訓練與應用開發,進而大幅降低開發門檻與成本。
Airborne ultrasound arrays are widely utilized in applications such as non-contact levitation, object recognition, directional audio, and haptic feedback. However, the development of these applications often relies on high-cost and time-consuming simulations and experiments. Furthermore, integrating artificial intelligence to enhance system performance requires large volumes of high-quality training data, the acquisition of which is both expensive and labor-intensive. To address these challenges, this study proposes a digital twin construction framework based on Physics-Informed Neural Operators (PINO) to simulate the propagation behavior of airborne ultrasound arrays in three-dimensional heterogeneous environments. A digital counterpart of the sensor array is built within a virtual environment, and a PINO model is trained to predict the spatiotemporal evolution of the acoustic field across various media and spatial distributions. The model outputs both the steady-state sound field and the sensor-received signals, achieving high fidelity with realworld physical behavior. Compared to conventional numerical simulation methods, the proposed PINO model offers more than a 20-fold improvement in computational speed and enables the simulation of larger-scale 3D domains under the same hardware constraints. This digital twin platform facilitates rapid and diverse simulation experiments and enables the efficient generation of high-quality data to support AI model training and application development, thereby significantly reducing the development cost and complexity.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/100973
DOI: 10.6342/NTU202504525
全文授權: 未授權
電子全文公開日期: N/A
顯示於系所單位:電機工程學系

文件中的檔案:
檔案 大小格式 
ntu-114-1.pdf
  未授權公開取用
62.26 MBAdobe PDF
顯示文件完整紀錄


系統中的文件,除了特別指名其著作權條款之外,均受到著作權保護,並且保留所有的權利。

社群連結
聯絡資訊
10617臺北市大安區羅斯福路四段1號
No.1 Sec.4, Roosevelt Rd., Taipei, Taiwan, R.O.C. 106
Tel: (02)33662353
Email: ntuetds@ntu.edu.tw
意見箱
相關連結
館藏目錄
國內圖書館整合查詢 MetaCat
臺大學術典藏 NTU Scholars
臺大圖書館數位典藏館
本站聲明
© NTU Library All Rights Reserved