[發(fā)明專利]基于自適應RBF網格變形技術的特征人體有限元建模方法

在審

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• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108520558A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 詹振飛;李君明;董闊;董文祥;郭鋼;方宇東;楊俊祺
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種基于自適應RBF網格變形技術的特征人體有限元建模方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

S1：基準模型及特征人體有限元模型標志點選取；

S2：對自適應徑向基函數(shù)(Radial Basis Function，RBF)網格變形，確定RBF網格變形函數(shù)；

S3：確定了RBF網格變形函數(shù)之后，將基準人體有限元模型上的節(jié)點通過空間變形方式插值到新的空間位置，加入組織材料屬性，得到特征人體有限元模型。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于自適應RBF網格變形技術的特征人體有限元建模方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11：確定待建立人體有限元模型的基本人體測量參數(shù)，包括年齡、性別、身高、體重；

S12：將人體有限元模型劃分為幾個部分，包括頭部、頸部、胸部、腹部、臀部、大腿、小腿、上臂、前臂，然后基于相關人體測量數(shù)據(jù)庫、基準模型和待建模型的各部位尺寸，并根據(jù)這些尺寸確定基準模型和待建模型之間的縮放比；

S13：在HyperMesh中提取基準模型的外表面，并根據(jù)尺寸縮放比對相應的部位進行縮放，此項功能通過HyperMorph實現(xiàn)；

S14：對上述身體部位之間的區(qū)域進行平滑處理，生成待建模型的外表面模型，在基準模型以及特征人體模型表面模型上選取相對應的標志點；

S15：基于相關的肋骨統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲取肋骨的預測模型，在基準模型以及待建模型上選取肋骨標志點，肋骨上標志點坐標通過以下公式獲得：

其中X_i，Y_i，Z_i對應第i個標志點的坐標，年齡、身高、BMI的單位分別是年、米以及kg/m²，男性、女性分別用1和0來表示，P、C為基準矩陣，通過相關的文獻查閱。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于自適應RBF網格變形技術的特征人體有限元建模方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

RBF方法是一種使用歐氏距離進行數(shù)據(jù)插值的方法，應用于網格變形上的基本表達形式為：

其中n為所選標志點數(shù)量，w_j為權重系數(shù)，為核函數(shù)，||r-r_j||為兩點之間的歐氏距離，同時{π₁,π₂,π₃,π₄}＝{x,y,z,1}，x,y,z分別表示標志點的三維坐標，q_k是線性多項式的權重系數(shù)；

采用標志點空間位移變形來進行網格變形，即d(s_i)＝(s′_i-s_i),s′_i是特征人體模型上標志點的空間坐標，s_i是基準人體模型上標志點的空間坐標；結合邊界條件以及內插約束，根據(jù)公式(2)得到以下方程：

將以上選取基準模型和特征模型上的標志點代入公式(3)，即得出基準模型上節(jié)點與特征模型上節(jié)點之間的空間變形關系。

4.根據(jù)權利要求3所述的基于自適應RBF網格變形技術的特征人體有限元建模方法，其特征在于，由于標志點的數(shù)量以及核函數(shù)的選擇對空間變形的精度以及網格質量產生一定的影響，因此在確定RBF網格變形函數(shù)的確定中加入兩個自適應的過程，標志點數(shù)量的自適應過程以及核函數(shù)選擇的自適應過程；

在標志點數(shù)量選擇的自適應過程中，通過在基準模型上額外選取50個標志點做預測，預測精度通過RSME值表征：其中R是空間預測點，L是特征人體模型上相對應的標志點；

在網格質量上是通過網格Jacobian、扁平比、翹曲度以及傾斜度來判斷。