[發明專利]閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法

在審

• 申請號: 201810370333.1
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108648263A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 張亞棟;張錦華;王貴坤;陳力;范俊余;方秦;彭裴
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/08;G06T7/155
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法，采用改進的XCT圖像處理算法處理二進制泡沫鋁X?CT序列圖像，并將其轉換成UnsignedChar格式的圖像，接著設置泡沫鋁體屬性，繪制三維細觀模型，將體數據映射為屏幕圖像，最后顯示三維細觀模型。本發明能夠有效地解決閉孔泡沫鋁XCT斷層掃描圖像中的胞孔粘連問題；根據XCT斷層掃描圖像建立的閉孔泡沫鋁的三維細觀模型，能夠準確可靠地建立閉孔泡沫鋁封閉的胞孔空氣三維細觀模型與胞壁三維細觀模型，建立的模型與閉孔泡沫鋁真實的細觀結構完全一致。

技術領域

本發明屬于多胞類材料X-CT（X射線-電子計算機斷層掃描）圖像處理技術領域，具體涉及一種閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法。

背景技術

閉孔泡沫鋁材料是一種輕質多孔材料，由于其優良的力學特性，在工程中得到了廣泛的應用。對于閉孔泡沫鋁材料來說，其主要由基體材料和封閉在胞孔中的空氣組成，由于隨機分布的細觀結構導致其力學性能表現出典型的多尺度特性，需要開發一種能夠真實反映其細觀結構特性的三維細觀模型。

中國科學技術大學的鄭志軍教授采用三維Voronoi技術，發明了閉孔泡沫鋁的三維細觀模型，進一步公開了基于三維Voronoi技術的閉孔泡沫鋁三維細觀模型建模算法（詳見其刊登于雜志“International Journal of Solids and Structures”的文章“Dynamicstress-strain states for metal foams using a 3D cellular model”）。這些工作對于閉孔泡沫鋁材料的靜動態力學性能研究發揮了重要作用。

鄭志軍教授發明的閉孔泡沫鋁的三維細觀模型具有以下兩個方面的不足，一是，對于閉孔泡沫鋁材料來說，其細觀孔壁的厚度是不斷變化的，基于三維Voronoi技術建立的三維細觀模型，其孔壁厚度都是一樣的，與實際情況差別較大。二是，基于三維Voronoi技術建立的閉孔泡沫鋁的三維細觀模型無法考慮胞孔內封閉的空氣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法，解決了兩個問題，一是解決了細觀胞壁厚度隨機性的問題，二是解決了封閉胞孔內空氣建模的問題。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法，算法步驟如下：

第一步，讀取圖像，采用改進的XCT圖像處理算法處理二進制泡沫鋁X-CT序列圖像，獲得BMP格式的泡沫鋁X-CT序列圖像，通過vtkBMPReader類，讀取上述BMP格式的泡沫鋁X-CT序列圖像；

第二步，轉換圖像類型，將上述泡沫鋁X-CT圖像，通過調用vtkImageCast類，轉換成UnsignedChar格式的圖像；

第三步，設置圖像屬性，采用vtkVolumeProperty類，設置泡沫鋁體屬性；

第四步，繪制三維細觀模型，通過映射器vtkVolumeRayCastMapper類SetInput函數設置輸入泡沫鋁體數據，然后調用SetVolumeRayCastFunction函數載入已封裝好體繪制算法的vtkVolumeRayCastCompositeFunction類將體數據映射為屏幕圖像；

第五步，顯示三維細觀模型，通過vtkVolume類將體數據屬性與體數據圖像結合，建立的泡沫鋁三維細觀模型。

上述第一步中，讀取圖像，具體方法如下：

步驟1-1、輸入二進制泡沫鋁X-CT序列圖像；

步驟1-2、提取胞壁骨架圖像：

調用MATLAB中bwmorph函數的skel運算，在保持二進制泡沫鋁X-CT序列圖像不被分割開的情況下，不斷移除每幅圖像的邊界，最后得到寬度為1像素的胞壁圖像骨架；