基于工业CT图像的三角网格简化及狭长三角网格优化研究
发布时间：2021-07-14 12:07
三角网格模型是有限元分析、3D打印和快速原型制造等领域常用的模型。由于算法不够完善、被检测工件内腔复杂和仪器老化等原因,工业CT扫描工件生成的图像在重建三角网格模型的过程中存在一定的误差,重建的三角网格模型数据量大、狭长三角网格多。针对上述存在的问题,本文主要以工业CT扫描的工件图像为基础完成了工件的三维重建到网格简化、网格中的狭长三角网格优化,最终通过3D打印机将其打印等工作,主要研究内容如下:（1）采用MC算法对工业CT图像进行三维重建。首先将扫描的最近两层二维图像数据看作一个立方体;然后按照顺序依次处理相邻的立方体并判断与等值面是否相交并查表分类,采用法向量插值法计算出等值面与立方体边的交点;最后根据立方体每一顶点与等值面的相对位置得到等值面的点面信息并调整顶点法向量从而获得三维网格模型。本文重建出了高质量的喷嘴和化油器等网格模型。（2）提出了一种基于3细分法改进的三角网格简化方法,该方法添加Laplacian坐标作为折叠点的修正因子,另外确定了4种折叠代价并确定其顺序作为折叠的依据,该方法能够有效地减少网格数据流并使得简化模型和原始模型的几何误差更小,还能够有效地减少网格简化时...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阀门的工业CT扫描图像序列（816张）
重庆大学硕士学位论文18(a)顶点3的位置(b)顶点3与棱边生成的三角面片图2.7三角面片生成示意图(a)Vertex3position;(b)Triangularmeshesgeneratedbyvertices3andedgesFig.2.7Diagramoftriangularmesh2.3.2MC算法步骤MC算法提取等值面的算法如下，图2.8为MC算法的流程图：①将工业CT图像序列按顺序分层依次读入内存中。②将两两相邻的切片图像数据进行扫描，每个体元的8个顶点取自相邻的两层切片图像，每层取4个顶点并将其编号。③将等值面阈值与体元顶点的灰度值比较，确定体元顶点的属性：“0”或者“1”，然后查阅edgeTable索引表，将体元顶点状态构造成一个8位索引。④通过edgeTable索引值表，在图2.5中的体元构型索引表中搜索与其对应的构型。⑤根据体元顶点灰度值和体元类型，插值得到等值面与体元边的各个交点形成三角面片并计算三角面片的法矢量。⑥遍历所有体元并重复步骤②至步骤⑤。⑦将获得的三角面片的顶点坐标和法矢量数据绘制等值面。MC算法的伪代码如下：for(k=1;k<Nz;k++){读入k-1,k,k+1,k+2相邻四张图片的数据for(j=1;j<Ny;j++){for(i=1;i<Nx;i++){a.根据(i,j,k),(i+1,j,k),(i+1,j+1,k),(i,j+1,k),(i,j,k+1),(i+1,j,k+1),(i+1,j+1,k+1),(i,j+1,k+1)判断8个顶点与等值面的相对位置，由此根据edgeTable确定体元的索引值index。b.根据index获取edgeTable中的等值面连接方式。
获得三角面片 图 2.8 MC 算法的过程图 Fig.2.8 Process diagram of MC algorithm 2.3.3 MC 算法重建效果 该方法在处理器为 intel i5 2.49GHz 内存为 8G 的笔记本上基于 Visual Studio 2013 实验开发平台上得以实现，如图 2.9~2.10 所示，分别对 167 张化油器工业 CT扫描切片图像和 816 张喷嘴的切片图像进行 MC 重建，得到化油器和喷嘴光照模型。表 2.2 为使用 MC 算法和 MT 算法对化油器进行三维重建的结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的三角网格折叠简化[J]. 段黎明,杨尚朋,张霞,任华桥,沈宽. 光学精密工程. 2018(06)
[2]三维激光扫描点云数据处理研究进展、挑战与趋势[J]. 杨必胜,梁福逊,黄荣刚. 测绘学报. 2017(10)
[3]各向同性三角形重新网格化方法综述[J]. 严冬明,胡楷模,郭建伟,王逸群,张义宽,张晓鹏. 计算机科学. 2017(08)
[4]高效率的三角网格模型保特征简化方法[J]. 段黎明,邵辉,李中明,张桂,杨尚朋. 光学精密工程. 2017(02)
[5]基于圆柱体-轴向包围盒检测的巷道相交建模[J]. 王翀,安伟强,王红娟. 计算机应用. 2015(12)
[6]三维医学图像的混合噪声去除方法[J]. 赵九龙,马瑜,李爽,孟亚州,白冰. 液晶与显示. 2015(02)
[7]散乱点云谷脊特征提取[J]. 张雨禾,耿国华,魏潇然. 光学精密工程. 2015(01)
[8]3D打印精度影响因素及翘曲分析[J]. 李金华,张建李,姚芳萍,苏智超. 制造业自动化. 2014(21)
[9]基于数据重建的三角网格模型简化优化方法[J]. 张霞,段黎明,薛涛. 强激光与粒子束. 2014(05)
[10]保持特征的高质量三角网格简化方法[J]. 张霞,段黎明,刘璐. 计算机集成制造系统. 2014(03)
硕士论文
[1]面向逆向工程的工业CT图像预处理系统开发[D]. 邱猛.重庆大学 2008
本文编号：3284116
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阀门的工业CT扫描图像序列（816张）
重庆大学硕士学位论文18(a)顶点3的位置(b)顶点3与棱边生成的三角面片图2.7三角面片生成示意图(a)Vertex3position;(b)Triangularmeshesgeneratedbyvertices3andedgesFig.2.7Diagramoftriangularmesh2.3.2MC算法步骤MC算法提取等值面的算法如下，图2.8为MC算法的流程图：①将工业CT图像序列按顺序分层依次读入内存中。②将两两相邻的切片图像数据进行扫描，每个体元的8个顶点取自相邻的两层切片图像，每层取4个顶点并将其编号。③将等值面阈值与体元顶点的灰度值比较，确定体元顶点的属性：“0”或者“1”，然后查阅edgeTable索引表，将体元顶点状态构造成一个8位索引。④通过edgeTable索引值表，在图2.5中的体元构型索引表中搜索与其对应的构型。⑤根据体元顶点灰度值和体元类型，插值得到等值面与体元边的各个交点形成三角面片并计算三角面片的法矢量。⑥遍历所有体元并重复步骤②至步骤⑤。⑦将获得的三角面片的顶点坐标和法矢量数据绘制等值面。MC算法的伪代码如下：for(k=1;k<Nz;k++){读入k-1,k,k+1,k+2相邻四张图片的数据for(j=1;j<Ny;j++){for(i=1;i<Nx;i++){a.根据(i,j,k),(i+1,j,k),(i+1,j+1,k),(i,j+1,k),(i,j,k+1),(i+1,j,k+1),(i+1,j+1,k+1),(i,j+1,k+1)判断8个顶点与等值面的相对位置，由此根据edgeTable确定体元的索引值index。b.根据index获取edgeTable中的等值面连接方式。
获得三角面片 图 2.8 MC 算法的过程图 Fig.2.8 Process diagram of MC algorithm 2.3.3 MC 算法重建效果 该方法在处理器为 intel i5 2.49GHz 内存为 8G 的笔记本上基于 Visual Studio 2013 实验开发平台上得以实现，如图 2.9~2.10 所示，分别对 167 张化油器工业 CT扫描切片图像和 816 张喷嘴的切片图像进行 MC 重建，得到化油器和喷嘴光照模型。表 2.2 为使用 MC 算法和 MT 算法对化油器进行三维重建的结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的三角网格折叠简化[J]. 段黎明,杨尚朋,张霞,任华桥,沈宽. 光学精密工程. 2018(06)
[2]三维激光扫描点云数据处理研究进展、挑战与趋势[J]. 杨必胜,梁福逊,黄荣刚. 测绘学报. 2017(10)
[3]各向同性三角形重新网格化方法综述[J]. 严冬明,胡楷模,郭建伟,王逸群,张义宽,张晓鹏. 计算机科学. 2017(08)
[4]高效率的三角网格模型保特征简化方法[J]. 段黎明,邵辉,李中明,张桂,杨尚朋. 光学精密工程. 2017(02)
[5]基于圆柱体-轴向包围盒检测的巷道相交建模[J]. 王翀,安伟强,王红娟. 计算机应用. 2015(12)
[6]三维医学图像的混合噪声去除方法[J]. 赵九龙,马瑜,李爽,孟亚州,白冰. 液晶与显示. 2015(02)
[7]散乱点云谷脊特征提取[J]. 张雨禾,耿国华,魏潇然. 光学精密工程. 2015(01)
[8]3D打印精度影响因素及翘曲分析[J]. 李金华,张建李,姚芳萍,苏智超. 制造业自动化. 2014(21)
[9]基于数据重建的三角网格模型简化优化方法[J]. 张霞,段黎明,薛涛. 强激光与粒子束. 2014(05)
[10]保持特征的高质量三角网格简化方法[J]. 张霞,段黎明,刘璐. 计算机集成制造系统. 2014(03)
硕士论文
[1]面向逆向工程的工业CT图像预处理系统开发[D]. 邱猛.重庆大学 2008
本文编号：3284116
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