基于Simpleware的圖像處理及三維建模解決方案

1、PAGE 基于Simpleware的圖像處理及三維建模解決方案 概述近年來隨著3D影像技術(shù)的發(fā)展，基于圖像數(shù)據(jù)的逆向建模方式，在各行各業(yè)應(yīng)用得越來越廣泛，尤其在醫(yī)療與工業(yè)領(lǐng)域，計算機數(shù)字模型研究方式已逐漸取代了傳統(tǒng)的實物實驗研究。在此背景下，圖像處理就成為了逆向建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，圖像處理技術(shù)很大程度上決定了建模的最終效果。當(dāng)前圖像處理的技術(shù)需求目前基于圖像的三維建模技術(shù)只能簡單地體現(xiàn)處實物的形狀，并不能完整地展現(xiàn)出實物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而要獲得物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，只能通過傳統(tǒng)的物理實驗方法獲得。行業(yè)需求：研究真實的拓?fù)浜蛢?nèi)部結(jié)構(gòu)模擬真實情況，不僅僅是簡化、理想化版本圖像處理及三維建模全球高端解決方Sim

2、pleware基于上述圖像處理的技術(shù)問題，如今中仿Simpleware軟件已可以完全解決，它致力于為CAD、CAE以及3D打印領(lǐng)域提供世界領(lǐng)先的三維圖像處理、分析以及建模和服務(wù)，已在世界范圍內(nèi)被業(yè)界廣泛采用。2011年5月中仿科技應(yīng)邀參加西安電子科大舉辦的中德先進圖象處理技術(shù)研討會，會議期間中仿科技公司為參會代表展示了中仿Simpleware軟件的圖像處理功能的優(yōu)勢與特點，并解答了參會代表提出的技術(shù)問題，得到了與會人員一致的認(rèn)可。Simpleware軟件幫助您全面處理3D圖像數(shù)據(jù)（MRI，CT，顯微CT，F(xiàn)IB-SEM），并導(dǎo)出適用于CAD、CAE、以及3D印刷的模型。使用圖像處理模塊（Sca

3、nIP）對數(shù)據(jù)進行可視化，分析，量化和處理，并輸出模型或網(wǎng)格。圖3.1各種掃描設(shè)備圖3.2 simpleware工作流程軟件圖像處理模塊（ScanIP）簡介ScanIP可以處理各種格式的二維和三維圖像，如BMP、GIF、JPEG、PCX、PNG、XPM等諸多圖像格式。為用戶提供了寬泛的選擇。ScanIP為3D圖像數(shù)據(jù)的圖像可視化、測量和處理工具提供了寬泛的選擇。處理后的圖像可導(dǎo)出為STL或點云文件，應(yīng)用于CAD分析、求解、和3D打印領(lǐng)域。ScanIP為3D圖像數(shù)據(jù)（MIR，CT，micro-CT，F(xiàn)IB-SEM）的綜合處理提供了軟件環(huán)境。軟件為用戶提供了功能強大的數(shù)據(jù)可視化、分析、分割、以及量

4、化工具。ScanIP易于學(xué)習(xí)和使用，內(nèi)置視頻錄制功能，并能基于處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)出可用于CAD或3D打印的曲面模型/網(wǎng)格。附加模塊可用于通過掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)出CAE網(wǎng)格、整合圖像數(shù)據(jù)、建模、導(dǎo)出NURBS曲面、計算有效材料屬性的功能。主要特征：立體渲染自動可視化背景數(shù)據(jù) CPU 和 GPU 能力 豐富的可選擇預(yù)置值 創(chuàng)建獨創(chuàng)的高品質(zhì)圖像quality images 圖3.3人體下頜圖像的立體化2、平滑 保持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖3.5傳統(tǒng)非拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以保持平滑，但連接不穩(wěn)圖3.6 Simpleware拓保持平滑且連接穩(wěn)定圖3.4非光滑體素模型3、平滑 保持體積圖3.7原始圖像平滑（443e-6毫米）圖3.8傳統(tǒng)的

5、平滑（385.7e-6毫米）體積= -15%圖3.9保體積（428.7e-6毫米）體積=-3%4、多部分體自動處理多個分割區(qū)域的平滑與網(wǎng)格剖分 重要的是從分割到模型的界面維持 圖3.10自動處理掃描圖像5、自動處理多部分體傳統(tǒng)方法是 part-by-part 進行的，網(wǎng)格質(zhì)量差，有空隙和重疊，界面不能保持一致 圖3.11左為傳統(tǒng)方法網(wǎng)格 右為Simpleware劃分的網(wǎng)格6、基于灰度的材料分配為各個單元分配材料屬性，基于基本GS/HU交互直方圖 改善直方圖反饋值 簡化配置映射方程常數(shù) 保存、導(dǎo)入、導(dǎo)出材料 三維彩色圖反饋體網(wǎng)格分布 圖3.12骨骼的三維彩色圖7、格子結(jié)構(gòu)構(gòu)造立方體搭建結(jié)構(gòu) 基于

6、三重周期性隱函數(shù) 圖3.13材料的格子結(jié)構(gòu)8、與醫(yī)學(xué)圖像融合內(nèi)部結(jié)構(gòu)，替換或功能梯度材料 圖3.14人體組織模型的材料替換Simpleware軟件的優(yōu)勢及功能特性優(yōu)勢直觀的用戶界面易學(xué)易用生成高質(zhì)量的多部分STL和曲面模型無需手動修正或重剖網(wǎng)格圖3.15 CT數(shù)據(jù)提取和可視化腳本自動執(zhí)行可重復(fù)的任務(wù)及操作直接進行圖像到曲面的轉(zhuǎn)換，曲面輸出及可視化準(zhǔn)確、高質(zhì)量地重構(gòu)數(shù)據(jù)重要特征支持導(dǎo)入多種文件格式提供具有多個2D/3D視角的可定制化工作區(qū)背景圖像及蒙片的立體渲染動畫錄制和視頻文件導(dǎo)出綜合測量和統(tǒng)計工具圖3.16 ScanIP生成的三維圖像功能強大的半自動分割工具確保多部分面網(wǎng)格/STL的一致性S

7、impleware軟件圖像處理應(yīng)用介紹Simpleware軟件的先進的圖像處理功能與建模技術(shù)廣泛應(yīng)用于世界眾多領(lǐng)域。2014年09月中仿科技在山海舉辦了三維圖像建模軟件中仿Simpleware技術(shù)講座，詳細(xì)介紹了Simpleware軟件的圖像處理功能及三維建模功能和優(yōu)勢。得到了與會人員的高度評價。下面將展示Simpleware軟件ScanIP模塊圖像處理的實際案例。復(fù)合材料掃描圖像的可視化圖3.17復(fù)合材料的掃描圖像圖3.18復(fù)合材料樣品的可視化和分析從圖中可以看出，Simpleware軟件可以完美地展現(xiàn)復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和不同材料成分?？蓮V泛應(yīng)用于材料微觀結(jié)構(gòu)的研究分析，還可應(yīng)用于仿真分析，

8、研究材料各種性能。樣品掃描圖像的立體化和孔隙的測量輸入CT圖像并處理圖3.19 Simpleware圖像處理界面統(tǒng)計并計算材料孔隙率圖3.20 樣品CT圖像復(fù)雜拓?fù)涞姆指钆c重構(gòu)圖3.21孔隙度、孔徑和分布的測量運用圖像處理模塊（ScanIP）處理樣品的CT掃描圖像，對圖像復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行分割與重構(gòu)，并進行孔隙度、孔徑和分布的測量與統(tǒng)計。關(guān)于Simpleware軟件借助其image-to-mesh技術(shù)，Simpleware三維數(shù)字圖像建模軟件已成為圖像到數(shù)值模型的圖像處理先驅(qū)者，獲得了包括Queens Award for Enterprise in Innovation 2012、Instit

9、ute of Physics (IOP) Innovation Award 2013在內(nèi)的多個國際獎項，為數(shù)字圖像三維建模的發(fā)展做出了重要貢獻。2014年09月中仿在中南大學(xué)舉辦Simpleware三維圖像建模軟件技術(shù)講座和操作培訓(xùn)，詳細(xì)介紹了Simpleware圖像處理技術(shù)及建模功能，并帶領(lǐng)參會人員一步步學(xué)習(xí)操作案例，熟悉軟件操作流程。目前Simpleware在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、石油天然氣科學(xué)、3D打印等眾多領(lǐng)域。關(guān)于中仿科技中仿科技(CnTech)公司成立于2003年，是中國領(lǐng)先的仿真分析軟件和系統(tǒng)解決方案的提供者。中仿科技依靠自主創(chuàng)新研發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的中仿CAE系列產(chǎn)品，同時與國際上領(lǐng)先的數(shù)值仿真技術(shù)公司有長期而緊密的合作關(guān)系，具備較強的自主研發(fā)能力和創(chuàng)新能力，能夠為中國企業(yè)和科研機構(gòu)提供世界一流的仿真技術(shù)解決方案。公司總部設(shè)在上海，目前在北京、武漢設(shè)有分公司。過去的十多年來，中仿科技一直致力于仿真技術(shù)領(lǐng)域最專業(yè)的系統(tǒng)實施和項目咨詢。目前在中國已有超過1500家用戶，其中包括中國航天、中國商飛、中石化、中海油、交通部、地震局、國家電網(wǎng)、中廣核以及