Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Создание сетки на основе изображений - это автоматизированный процесс создания компьютерных моделей для вычислительной гидродинамики (CFD) и анализа конечных элементов (FEA) на основе данных трехмерных изображений (таких как магнитно-резонансная томография (MRI), компьютерная томография (CT) или микротомография ). Несмотря на то, что в настоящее время доступен широкий спектр методов создания сетки, они обычно разрабатывались для создания моделей на основе автоматизированного проектирования (САПР), и поэтому возникают трудности при построении сетки на основе данных трехмерного изображения.

Создание сетки из данных трехмерного изображения [ править ]

Создание сетки из данных трехмерного изображения представляет ряд проблем, но также дает уникальные возможности для представления более реалистичного и точного геометрического описания вычислительной области. Обычно существует два способа построения сетки из данных трехмерного изображения:

Подход на основе САПР [ править ]

Большинство подходов, используемых до сих пор, все еще следуют традиционному пути САПР с использованием промежуточного этапа реконструкции поверхности, за которым затем следует традиционный алгоритм построения сетки на основе САПР. [1] Подходы на основе САПР используют данные сканирования для определения поверхности области, а затем создают элементы в пределах этой определенной границы. Хотя сейчас доступны достаточно надежные алгоритмы, эти методы часто требуют много времени и практически не поддаются лечению для сложных топологий, типичных для данных изображений. Они также не позволяют легко объединить более одного домена, поскольку несколько поверхностей часто не соответствуют зазорам или перекрытиям на границах раздела, где встречаются одна или несколько структур. [2]

Подход на основе изображений [ править ]

Этот подход является более прямым, поскольку он объединяет этапы геометрического обнаружения и создания сетки в один процесс, который обеспечивает более надежный и точный результат, чем построение сетки на основе данных поверхности. Был предложен метод преобразования вокселей, обеспечивающий создание сеток с элементами кирпича [3] и с элементами тетраэдра [4] . Другой подход генерирует трехмерные тетраэдрические или тетраэдрические элементы по всему объему области, таким образом создавая сетку непосредственно с соответствующими составными поверхностями. [5]

Создание модели [ править ]

Шаги, необходимые для создания моделей на основе данных 3D-изображений:

Сканирование и обработка изображений [ править ]

Для создания высокоточных моделей на основе данных методов трехмерной визуализации, например, МРТ, КТ, MicroCT (XMT) и УЗИ, можно использовать широкий спектр инструментов обработки изображений . Особый интерес представляют следующие особенности:

Создание объемной и поверхностной сетки [ править ]

Техника построения сеток на основе изображений позволяет напрямую создавать сетки из сегментированных 3D-данных. Особый интерес представляют следующие особенности:

  • Создание сетки из нескольких частей (сетка любого количества структур одновременно)
  • Функции отображения для применения свойств материала на основе силы сигнала (например , модуля Юнга по шкале Хаунсфилда )
  • Сглаживание сеток (например, сохранение топологии данных для сохранения связности и сглаживание нейтрального объема для предотвращения усадки выпуклых оболочек)
  • Экспорт в коды FEA и CFD для анализа (например, наборы узлов, элементы оболочки, свойства материалов, контактные поверхности, граничные слои, входы / выходы)

Типичное использование [ править ]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Viceconti et al, 1998. TRI2SOLID: применение методов обратной инженерии для создания CAD-моделей костных сегментов. Компьютерные методы и программы в биомедицине, 56, 211–220.
  2. ^ Янг и др., 2008. Эффективный подход к преобразованию данных трехмерных изображений в высокоточные вычислительные модели. Философские труды Королевского общества A , 366, 3155–3173.
  3. ^ Fyhrie et al, 1993. Распределение вероятностей деформаций трабекулярного уровня для губчатой ​​кости позвонка. Труды 39-го ежегодного собрания Общества ортопедических исследований, Сан-Франциско.
  4. ^ Фрей и др., 1994. Полностью автоматическое создание сетки для трехмерных областей на основе наборов вокселей. Международный журнал методов в инженерии , 37, 2735–2753.
  5. ^ Янг и др., 2008. Эффективный подход к преобразованию данных трехмерных изображений в высокоточные вычислительные модели. Философские труды Королевского общества A , 366, 3155–3173.

Внешние ссылки [ править ]

  • Коммерческие библиотеки C ++ Computing-Objects для генерации сеток и вычисления FEM
  • ScanIP коммерческой основе образа программного обеспечения сцепление: www.simpleware.com
  • Имитирует программное обеспечение для проектирования на основе трехмерных изображений для FEA и CFD на анатомических данных: веб-сайт Mimics
  • Группа Google по моделированию на основе изображений: [1]
  • Инструменты построения сетки на основе трехмерных изображений Avizo Software для CFD и FEA
  • iso2mesh: генератор свободной трехмерной поверхности и объемной сетки для matlab / octave [2]
  • OOF3D , объектно-ориентированный анализ методом конечных элементов от NIST
  • VGSTUDIO MAX , коммерческое программное обеспечение для анализа компьютерной томографии в промышленности. Они предлагают дополнительный модуль для построения сетки FEM.