[發明專利]一種生物體結構的三維重構與有限元分析方法

在審

• 申請號: 201711334991.7
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107945278A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 周祖鵬;甘良棋;張曉東;蔣開云;裴雨蒙;鐘雪波
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 周雯

技術領域

本發明涉及到運用計算機軟件對生物體的三維重構、點云數據處理及逆向工程的操作技術領域，尤其涉及一種生物體結構的三維重構與有限元分析方法。

背景技術

生物體的骨頭是及其不規則的形狀，要對其進行電腦分析時，首先要得到它們的三維模型，然后對其預處理、網格劃分、表面優化等極速處理。

現有技術在三維模型重構過程中，不能精確提取出生物體特定的模型結構，對生物體骨骼模型重構不規則、精確度不夠且過程復雜。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所解決的技術問題是如何解決三維模型重構過程中對生物體特定的三維結構的重構，高精度且方法簡單地對生物體骨骼模型進行規則重構。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種生物體結構的三維重構與有限元分析方法，包括以下步驟：

(一)運用CT斷層掃描儀對生物體骨骼進行三維掃描得到斷層數據文件；

(二)將得到斷層數據文件導入Avizo軟件中，對生物體骨骼進行三維模型的重構，得到簡化的三維模型，并以“.stl”文件保存；

三維模型的重構方法有等值面顯示法、多閾值分割法、提取生物體特定結構部分法；

(1)等值面顯示法，具體步驟如下：

1)創建分析項目等值面Isosurface，在項目視圖區創建等值面；

CT文件導入后在主面板出現多個項目，每個項目對應三維模型的其中一段掃描圖像，對每個項目創建子分析項目Isosurface，單擊Isosurface項上的灰色矩形框可顯示或隱藏該項目；在Isosurface的屬性窗口輸入閾值，點擊應用后可顯示出該部分圖像所對應其中一段三維模型，同時直接刪去在掃描時生成的與三維模型無關的其他不相關物體掃描圖像；

2)選取最佳閾值生成三維模型，在Isosurface屬性窗口里輸入數值參數，調節閾值Threshold調節滑動器，根據顯示區生成的最初三維模型的表面的光滑度與圖像的清晰度，確定最佳閾值并生成三維模型；優選地，在某個項目當中使用某一最佳閾值時，其它項的閾值需保持相同，即整個模型需使用同一個最佳閾值；

3)將生成三維模型簡化，在Extracted Surface*項目的屬性欄里點擊Simplification Editor按鈕，在第一欄里查看faces數目，接著在Simplify欄里輸入一數值，該數值應比原faces數大約小一數量級，之后點擊Simplify now；重復步驟，對每一個項目均進行簡化，即可得到最后的簡化三維模型；

4)將簡化后的三維模型保存為“.stl”格式，導入Geomigic Studio中進行三維模型的表面修復、模型小碎片的刪除操作。

(2)多閾值分割法，具體步驟如下：

1)創建分析項目等值面Isosurface，在項目視圖區創建等值面；

CT文件導入后在主面板出現多個項目，每個項目對應三維模型的其中一段掃描圖像，對每個項目創建子分析項目Isosurface，單擊Isosurface項上的灰色矩形框可顯示或隱藏該項目；在Isosurface的屬性窗口輸入閾值，點擊應用后可顯示出該部分圖像所對應其中一段三維模型，同時直接刪去在掃描時生成的與三維模型無關的其他不相關物體掃描圖像；

2)創建Multi-Thresholding項目，點擊Segamentation Editor，進入分割編輯；

3)選取最佳閾值生成三維模型，使用magic wand在視圖區單擊skull-jaw上的一點，通過改變點擊位置可改變閾值大小，在Magic Wand矩形框內可拖動滑動器來調整閾值范圍，閾值大小應在所調節的閾值范圍居中的位置，確定最佳閾值，設置好最佳閾值后點選應用全部切片all slice，然后單擊標記“+”按鈕添加材料閾值參數，生成三維模型；優選地，在某個項目當中使用某一最佳閾值時，其它項的閾值需保持相同，即整個模型需使用同一個最佳閾值；

4)將簡化后的三維模型保存為“.stl”格式，導入Geomigic Studio中進行三維模型的表面修復、模型小碎片的刪除操作。

(3)提取生物體特定結構部分法，具體步驟如下：