Accurate prediction of three-dimensional (3D) microstructure evolution remains computationally demanding because high-fidelity phase-field simulations require repeated numerical integration over large volumetric domains and long temporal horizons. This study develops an efficient and scalable physics-guided fully convolutional spatiotemporal framework for direct multi-frame prediction of complete 3D microstructure sequences. The model combines shared 3D spatial encoding and decoding with a factorized latent translator that integrates temporal, local 3D spatial, and channel interactions. A discrete Cahn--Hilliard (CH) residual is incorporated during training to regularize the learned evolution toward the governing dynamics without altering the inference pathway. The framework is evaluated on high-resolution 3D spinodal-decomposition trajectories under nominal, long-horizon, and reduced-temporal-context forecasting. Under full temporal context, the model accurately reproduces volumetric evolution, with average 3D structural similarity remaining above 0.97 over the nominal prediction horizon. Physics guidance becomes increasingly beneficial as temporal information is reduced, improving predictive robustness and preservation of interface-level morphology. The framework also achieves more than a 30-fold wall-clock speedup relative to the reference spectral phase-field solver, while physics guidance introduces no additional inference cost. These results establish direct multi-frame, physics-guided fully convolutional learning as a high-throughput surrogate strategy for dense 3D phase-field dynamics and repeated microstructure forecasting.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

3D是英文“Three Dimensions”的简称,中文是指三维、三个维度、三个坐标,即有长、有宽、有高,换句话说,就是立体的,是相对于只有长和宽的平面(2D)而言。
【KAUST博士论文】朝向可扩展的深度3D感知与生成,109页pdf
【牛津大学博士论文】学习理解大规模3D点云,191页pdf
专知会员服务
39+阅读 · 2023年6月22日
【悉尼大学博士论文】深度3D信息预测与理解,184页pdf
专知会员服务
42+阅读 · 2022年12月27日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
李宏毅-201806-中文-Deep Reinforcement Learning精品课程分享
深度学习与NLP
15+阅读 · 2018年6月20日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
4+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
【KAUST博士论文】朝向可扩展的深度3D感知与生成,109页pdf
【牛津大学博士论文】学习理解大规模3D点云,191页pdf
专知会员服务
39+阅读 · 2023年6月22日
【悉尼大学博士论文】深度3D信息预测与理解,184页pdf
专知会员服务
42+阅读 · 2022年12月27日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员