Создание сетки на основе изображений - Википедия - Image-based meshing

Создание сетки на основе изображений это автоматизированный процесс создания компьютерных моделей для вычислительная гидродинамика (CFD) и анализ методом конечных элементов (FEA) из данных 3D-изображения (например, магнитно-резонансная томография (МРТ), компьютерная томография (CT) или микротомография ). Хотя в настоящее время доступен широкий спектр методов создания сеток, они обычно разрабатывались для создания моделей из системы автоматизированного проектирования (CAD), и поэтому испытываете трудности с построением сетки на основе данных трехмерного изображения.

Создание сетки из данных трехмерного изображения

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

Большинство подходов, используемых до сих пор, по-прежнему 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 интерфейсах, где встречаются одна или несколько структур.[2]

Имидж-подход

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. Техника преобразования вокселей, обеспечивающая создание сеток с элементами кирпича [3] и с тетраэдрическими элементами [4] Другой подход позволяет генерировать трехмерные тетраэдрические или тетраэдрические элементы по всему объему области, таким образом создавая сетку непосредственно с соответствующими составными поверхностями. [5]

Создание модели

Шаги, необходимые для создания моделей на основе данных трехмерного изображения:

Сканирование и обработка изображений

Широкий спектр обработка изображений инструменты могут использоваться для создания высокоточных моделей на основе данных из модальностей трехмерного изображения, например МРТ, КТ, MicroCT (XMT) и УЗИ. Особый интерес представляют следующие особенности:

Создание объемной и поверхностной сетки

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 сопоставления для применения свойств материала в зависимости от силы сигнала (например, Модуль для младших к Шкала Хаунсфилда )
  • Сглаживание сеток (например, сохранение топологии данных для сохранения связности и сглаживание нейтрального объема для предотвращения усадки выпуклой оболочки)
  • Экспорт в коды FEA и CFD для анализа (например, наборы узлов, элементы оболочки, свойства материалов, контактные поверхности, граничные слои, входы / выходы)

Типичное использование

Смотрите также

Рекомендации

  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 трехмерного изображения 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. ^ Frey et al, 1994. Полностью автоматическое создание сетки для трехмерных доменов на основе наборов вокселей. Международный журнал методов в инженерии, 37, 2735–2753.
  5. ^ Янг и др., 2008. Эффективный подход к преобразованию данных трехмерного изображения в высокоточные вычислительные модели. Философские труды Королевского общества A, 366, 3155–3173.

внешняя ссылка

  • Вычислительные объекты коммерческие библиотеки C ++ для генерации сеток и расчета FEM
  • ScanIP коммерческое программное обеспечение для построения сетки на основе изображений: www.simpleware.com
  • Мимики Инженерное программное обеспечение на основе трехмерных изображений для FEA и CFD по анатомическим данным: Сайт мимики
  • Группа Google по моделированию на основе изображений: [1]
  • Программное обеспечение Avizo инструменты построения сетки на основе трехмерных изображений для CFD и FEA
  • iso2mesh: генератор свободной трехмерной поверхности и объемной сетки для matlab / octave [2]
  • OOF3D, объектно-ориентированный анализ конечных элементов из NIST
  • VGSTUDIO MAX, Коммерческое программное обеспечение для анализа компьютерной томографии в промышленности. Они предлагают дополнительный модуль для построения сетки FEM.