面向四面体网格生成的Delaunay refinement器官表面重建

为满足生物医学仿真系统对器官几何模型在Delaunay表面重构和四面体建模两方面的需求,提出一种面向四面体网格生成的Delaunay refinement表面重构算法.算法将从医学体数据中经过等值面提取和简化的初始表面作为输入和边界限定条件,为每个限定点计算局部特征尺寸并构建保护球,计算保护球与限定线段的交点并与限定点一起作为初始点集,生成Delaunay辅助四面体网格,引入一个迭代细分过程恢复边界,最终获得Delaunay重构表面.针对细分过程中的收敛性问题,文中给出了详细的理论证明和算法实例.此外,通过Delaunay四面体生成的对比实验表明该算法在Delaunay器官表面重构和四面体建模两方面兼具有效性和优越性.     

基于医学体数据生成四面体网格的方法

为了从医学体数据直接构造四面体网格,提出一种基于栅格的网格生成算法.该算法的主要思想是从背景栅格中提取并填充代表区域边界的等值面.首先,对医学体数据进行预处理与采样,构建一个背景栅格.其次,用对偶方法从栅格提取三角表面网格,用于分段线性逼近等值面.然后,对栅格中所有位于等值面之内或与等值面相交的立方体,用预定义的模板分解成四面体单元.最后,用Laplacian平滑技术优化四面体网格.在均匀网格的基础上,研究了自适应网格生成算法,在保持网格几何精度的同时精简单元数量,以提高有限元计算效率.给出了从CT数据生成人体股骨远端四面体网格的实例,该网格模型被用于虚拟膝关节镜手术.     

基于Delaunay四面体剖分的网格分割算法

为了构建有意义曲面分片,提出一种基于Delaunay四面体剖分的网格分割算法.首先根据Delaunay四面体剖分得到多边形网格内部的四面体,求出每个面上反映网格内部信息的Delaunay体距离;然后对Delaunay体距离进行平滑处理,再对网格上面的Delaunay体距离进行聚类,用高斯混合模型对Delaunay体距离作柱状图的拟合,利用期望最大化算法来快速求得拟合结果;最后结合图切分技术,同时考虑聚类的结果、分割区域的边界平滑和视觉认知中的最小规则,得到最终的网格分割结果.实验结果表明,采用文中算法可以有效地实现有意义的网格分割.     

一种三维离散点数据生成非结构四面体算法

3D离散点数据的Delaunay三角剖分是构造曲面网格的关键技术之一。针对常用的基于三角网递推原理的Delaunay四面体局部构造生成算法中往往存在的四面体不相容问题,本文提出在当前点的局部计算中构造新四面体时,除了参考当前局部计算之前已生成的四面体集约束关系外,同时考虑当前点局部计算过程中生成的四面体集约束关系的非结构四面体生成算法,从而改善了新生成四面体与已有四面体的不相容性。文中最后给出的实验结果验证了本文算法的有效性。     

从表面重构的体数据实现3维网格剖分

目的 针对有限元分析中网格最优化问题,提出一种改进的生成四面体网格的自组织算法。方法 该算法首先应用几何方法将三角形表面模型重新构造成规定大小的分类体数据,同时由该表面模型建立平衡八叉树,计算用以控制网格尺寸的3维数组;然后将体数据转换成邻域内不同等值面的形态一致的边界指示数组;结合改进的自组织算法和相关3维数据的插值函数,达到生成四面体网格的目的。结果 实验结果对比表明,该方法能够生成更高比例的优质四面体,增强了对扁平面体的抑制能力,同时很好地保证了边界的一致。结论 在对封闭的3维表面网格进行有限元建模时,本文算法为其提供了一种有效、可靠的途径。     

从表面重构的体数据实现三维网格剖分

针对有限元分析中网格最优化问题,本文提出一种改进的生成四面体网格的自组织算法。该算法首先应用几何方法将三角形表面模型重新构造成规定大小的分类体数据,同时由该表面模型建立平衡八叉树,计算用以控制网格尺寸的三维数组;然后将体数据转换成邻域内不同等值面的形态一致的边界指示数组;结合改进的自组织算法和相关三维数据的插值函数,达到生成四面体网格的目的。实验对比表明,该方法能够生成更高比例的优质四面体,同时很好地保证了边界的一致。在对封闭的三维表面网格进行有限元建模时,本文算法为其提供了一种有效、可靠的途径。     

医学体数据中四面体化方法的研究进展*

四面体化方法一直是网格生成研究的热点,然而将其应用于医学体数据的器官几何建模仍存在诸多难点.根据医学体数据的结构特点,首先阐述了Marching cubes重构器官表面的原理和研究新进展,然后以有限元方法为应用背景,按照体数据的两种处理方式,从基于表面建模和基于体素建模两方面进行讨论,分别研究与比较三种四面体化方法在不...     

高性能非结构化四面体网格解耦并行生成算法

针对大规模科学计算领域非结构化网格生成问题,提出一种基于AFT-Delaunay方法的三维复杂域解耦并行四面体网格生成算法.该算法以待剖分三维域的闭合的表面三角形网格为输入,采用边界一致约束Delaunay剖分方法串行地生成较小规模的初始四面体网格;采用界面优先策略扩展三维AFT-Delaunay方法,以几何分界面为参考指引前沿推进方向,在分界面处生成一层由四面体单元构成的有厚度的"墙",递归、并行地将初始四面体网格分割成完全解耦的子区域;此时,各子区域均为不含内部节点的四面体网格,继续利用AFT-Delaunay方法解耦并行地生成各子区域内部四面体网格.算例结果表明,文中算法很好地解决了分界面处网格质量差的难题以及收敛性问题,具有较好的并行效率及几何适应性,可在PC平台全自动地完成108量级的非结构四面体网格生成.     

基于分类体数据的四面体网格剖分算法

虚拟内窥手术是以真实病人的CT或者MRI扫描数据为基础，首先通过组织分割，在计算机内部建立起三维模型，然后通过虚拟现实技术来模拟窥镜手术全过程的一项技术。其中，人体器官的三维网格建模是该技术中一个十分重要的部分，为了准确地进行了人体器官三维网格建模，在对三维体数据进行组织分割的基础上，提出了一种由分类体数据直接建立三维四面体网格的方法，由于Delaunay三角剖分所产生的网格质量比较高，所以该方法沿用逐点插入算法的思想，以特征点的提取和Steiner布点为基础来生成四面体网格，并通过组织边界的判定准则和利用flip操作来恢复组织边界，实践证明，该方法所生成的网格具有自适应的网格密度。     

改进的三维ODT四面体网格质量优化算法

针对密度非均匀四面体网格,提出一种改进的三维ODT(optimal Delaunay triangulation)网格光顺算法,提高了ODT的适应性.在四面体网格中,以每一内部节点为核心节点,创建由与该节点相连接的四面体单元构成的星形结构;根据网格尺寸场把其星形结构转换到以核心点为中心的归一化空间内,然后在归一化空间内应用经典ODT光顺算法对核心点位置进行优化;通过中值重心坐标将核心点转换回物理空间;这样,通过逐一优化内部节点的空间位置达到优化四面体网格整体质量的目的.算例表明,该算法有效、健壮;对于密度非均匀的四面体网格,其光顺效果比经典的ODT算法更好.     

基于二维轮廓序列的膝关节三维重建

提出了一个基于二维轮廓序列的四面体网格生成方法,用于医学图像三维几何模型重构.该方法首先对各选定的断层图像提取目标轮廓并做分支匹配等处理,然后生成各轮廓内部平面域的三角网格,最后在相邻断层之间根据三角网格连接四面体单元.该方法被应用于人体膝关节虚拟手术系统的三维几何建模,得到的膝部股骨模型包含494个节点和2 046个四面体单元,膝部脂肪模型包含2 854个节点和14011个四面体单元,这些模型被成功地应用于膝关节手术仿真,从而证明了该三维模型重建方法的可行性和有效性.     

基于空间散列法的虚拟植物碰撞检测算法

根据虚拟植物模型复杂的特点,采用在精细的三角形网格模型上所创建的较粗糙的四面体网格模型,在虚拟植物模型上实现基于空间散列法的碰撞和自碰撞检测.该算法具有高效快速、无需复杂的数据结构等特点.实验结果表明,该算法能够有效地解决群体中植株的碰撞和自碰撞问题,并能够达到实时的处理要求.可同时适用于其它复杂的三维模型的碰撞检测问题.     

一种随机采样的特征保持的网格简化算法

提出了一种局部几何特征驱动的随机采样的网格简化算法。该算法首先计算模型中每个三角形的局部几何特征值,根据定义的概率分布函数随机确定每个三角形被选择的概率。然后对选择出的三角形进行三角形折叠,根据折叠前后网格体积变化最小这一准则来确定新生成的顶点的位置。实验证明该算法不仅能使简化前后的模型的体积变化较小,还能有效地保持模型的细节特征。     

四面体胞的尽可能刚性网格变形算法

提出一种基于四面体胞的尽可能刚性三角形网格变形算法。用户通过操作网格上的若干顶点以得到所需的模型变形结果。首先,算法对网格模型内部进行稀疏四面体化,以产生一个贴合模型表面的四面体胞集。在模型变形过程中,算法通过最小化相应的变形能量函数,以保持网格模型表面局部区域的刚性以及每个四面体胞的刚性,从而有效避免模型表面及其内部的扭曲。同时,针对大尺度编辑可能造成的模型局部塌陷,提出一种简单的四面体胞自适应剖分方法,根据模型局部体积的剧烈变化,自动剖分对应的四面体胞以增加模型内部的局部变形自由度,进而消除不正确的变形效果。此外,自适应的四面体胞剖分允许算法在初始时只需对网格模型进行稀疏的四面体化,而在变形过程中根据需要进一步提高四面体胞的局部稠密度,因而保证了算法的鲁棒性及其效率。实验结果表明,该变形算法可以有效保持模型的表面细节以及模型的内部体积,并能够有效避免模型形状在大尺度变形时的局部退化。     

An Algorithm for Three-Dimensional Mesh Generation for Arbitrary Regions with Cracks

An algorithm for generating unstructured tetrahedral meshes of arbitrarily shaped three-dimensional regions is described. The algorithm works for regions without cracks, as well as for regions with one or multiple cracks. The algorithm incorporates aspects of well known meshing procedures, but includes some original steps. It uses an advancing front technique, along with an octree to develop local guidelines for the size of generated elements. The advancing front technique is based on a standard procedure found in the literature, with two additional steps to ensure valid volume mesh generation for virtually any domain. The first additional step is related to the generation of elements only considering the topology of the current front, and the second additional step is a back-tracking procedure with face deletion, to ensure that a mesh can be generated even when problems happen during the advance of the front. To improve mesh quality (as far as element shape is concerned), an a posteriori local mesh improvement procedure is used. The performance of the algorithm is evaluated by application to a number of realistically complex, cracked geometries.     

多源多目标扫掠体的全六面体网格自动生成算法

为实现多源多目标扫掠体六面体网格生成,提出针对该类形体的全六面体网格自动生成算法.该算法结合虚面和虚拟分解算法,将多源多目标扫掠体自动分解为多个多源扫掠子体;再采用多源扫掠网格生成方法生成各子体网格,整体网格则由各子体网格自动组合而成.文中给出了完整的虚拟分解算法,在虚拟分解流程中的"压印"环节利用改进的边界约束Delaunay三角化方法统一处理各类情形,避免了传统算法复杂的分类讨论.最后给出多个网格实例及其网格质量数据,验证了文中算法的实用性.     

面向虚拟化身的人脸表情模拟技术

为了实现基于增强现实的电子沙盘环境中的异地可视化交互功能,提出了一种面 向虚拟化身的三维表情模拟技术。首先,使用 RGB 摄像头跟踪异地作业人员的表情,基于约 束局部模型(CLM)提取人脸特征点数据后传输到本地;然后,采用基于径向基函数的插值算法 计算虚拟化身面部网格点的坐标,驱动模型模拟出与异地作业人员相同的表情;最后,为了提 高变形算法的精度和效率,提出一种基于贪心算法与人脸肌群分布的插值控制点选取和分区域 插值方法。实验结果表明,该算法能够满足实际应用对实时性和真实感的需求。