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。     

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...     

基于Netgen的层状地质体四面体网格划分方法

为解决三维地质建模中难以表达层状地质体内部属性的问题,将有限元网格划分方法应用于层状地质体建模中,研究基于Netgen进行层状地质体四面体网格划分的方法.以地质钻探数据为数据源,按照钻孔数据分层构建三维表面模型,用三角面片的集合构成封闭的包围壳来描述层状地质体的外部形状;结合Netgen强大的几何自适应和细部划分控制功能,用四面体网格划分方法对形成的三维表面模型进行空间区域划分,从而实现对复杂形状的层状地质体三维模型构建,并分析Netgen的输入、输出数据结构和地质钻探数据到STL格式的三维模型数据、STL格式数据到Netgen网格划分结果数据的生成过程.某矿区多个岩层的模型构建证明该方法稳定、可靠且有效.     

基于四面体网格的地层三维模型构建

针对传统的三维地层模型在用来分析与解决一些实际工程问题时出现的许多不足,如无法进行有限元分析、精确模拟计算等情况,提出了一种基于四面体构网的三维地层建模方法,并且对该方法的基本思路与所用到的四面体网格生成技术(tetgen)作出了详细地介绍,并结合现有数据资料进行了验证,达到了预期效果。     

三维实体的四面体有限元网格自动生成

针对三维实体有限元网格自动剖分的困难，本文提出了一种改进的结点连接法，将传统结点连接法中的结点生成和单元形成两大彼此独立步骤合二为一，使得结点和单元的产生相互依存，彼此影响、交替进行，实现了三维实体Ｄｅｌａｕｎａｙ剖分的自动化，一体化。     

四面体网格生成方法的研究与实现

针对四面体网格生成过程中需要人工构造背景网格和指定尺寸信息的问题,提出了一种自动计算网格尺寸的方法。该方法通过按层次推进产生四面体网格,根据周围前沿面的尺寸和法线信息,计算新生成四面体的尺寸,使四面体网格在尺寸上能够均匀分布。在网格生成过程中,无需人工指定相关信息,并能保证新生成四面体的质量。联立直线和平面的参数方程,根据方程组解的情况判断线段和三角形是否相交,并对相交的条件作了详细的分析。使用空间八叉树管理前沿面,降低与前沿面相关操作的复杂度。数值算例表明,该方法能够生成较高质量的四面体网格。     

面向JAUMIN的并行AFT四面体网格生成

非结构网格应用软件编程框架JAUMIN(J adaptive unstructured mesh applications infrastructure)支撑了多个千万亿次并行应用软件的快速研发,并已成功应用于重大科学装置结构力学分析与优化设计、裂变能源等领域,在这些应用中,网格生成是重要步骤,为了精确刻画物理现象对应的复杂几何区域,需快速生成高质量和高精度网格。提出了一种无缝对接JAUMIN的AFT(advancing front technique)四面体网格生成并行方法,它支撑基于JAUMIN研发的应用软件进行大规模四面体网格生成,其主要特点是:(1)首先生成几何自适应的粗网格,然后基于粗网格进行分区,再通过子区域的AFT方法保证分区交界处网格的一致性;(2)在并行流程中进行表面网格贴体加密,使网格越细化越贴近真实几何形状;(3)并行流程中插入对分区交界处网格的优化步骤,进一步提高网格质量。该方法能针对实际工程应用模型快速生成数亿规模的四面体网格,可扩展性良好。     

一种基于网格延展法的等值线生成算法

已有等值线生成算法研究存在算法复杂、不健壮,实现难度大,或与应用系统集成难度大,应用不灵活等问题,以雨量等值线生成算法为例,介绍一种基于网格延展法的等值线生成算法。基于网格延展法的等值线生成算法,通过网格延展法实现等值面的提取,并使用一种简单的方法实现等值线平滑计算,整体等值线生成算法简单、易于实现;基于规则网格进行空间插值计算,对研究区域数据点分布具有很强的适应性,算法表现出较好的健壮性;无须进行等值线边界裁剪计算,也无须考虑等值线追踪时出现的分叉、连通域等问题,可大大减少等值线生成的计算量,降低等值线算法的实现难度;同时计算过程多数是对二维数组的操作,可以使用多种计算机语言实现,具有较好的生产应用价值。     

一个高效可靠的三维AFT四面体网格生成算法

针对三维推进波前算法(AFT-Advancing Front Technique)存在的效率与收敛性问题,文中提出了一整套改进方案,给出了基于拓扑连接的网格数据结构和基于Hash表的网格元素的插入、查找、删除算法,提高了整个算法的效率.通过在网格生成过程中动态维护前沿的尺寸信息,提高四面体单元的整体质量.在内核回退求解时通过引入前沿优先因子,改变前沿推进的路径,大大增加了回退求解的成功概率;对于极少数不能回退求解的内核采用基于线性规划的插点方法加以解决,这样就基本保证了整个算法的收敛.在网格生成以后,通过删除不必要的内部节点、合并相关四面体单元以及对所有内部节点进行基于角度的优化,从而进一步有效提高了网格质量.数值算例表明,文中提出的改进算法具有接近线性的时间复杂度,生成网格质量好.该算法已经得到工程应用.     

基于LEPP递变的四面体网格自适应剖分算法

为了更合理地进行四面体网格剖分,提出了一种根据待剖分对象形态不同进行网格密度自适应调整的四面体网格剖分方法。该方法首先采用BCC(body-centered cubic)网格初始化网格空间,并根据表面曲率的大小以及距离物体表面的远近,采用LEPP(longest edge propagation path)算法由外至内对初始化后的网格空间进行不同尺度的细分;然后对横跨表面的网格进行调整,以形成对象的表面形态;最后采用以质量函数引导的拉普拉斯平滑与棱边收缩(edge collapse)的方法对网格的质量进行优化来最终得到待剖分对象的四面体网格。结果表明,该方法所生成的网格不仅具有自适应的网格密度,而且网格质量比常用的Advancing Front算法也有所提高。对于基于3维断层图像或表面模型进行有限元建模,该方法不失为一种行之有效的好方法。     

Mesh Generation from Dense 3D Scattered Data Using Neural Network

An improved self-organizing feature map (SOFM) neural network is presented to generate rectangular and hexagonal lattic with normal vector attached to each vertex. After the neural network was trained, the whole scattered data were divided into sub-regions where classified core were represented by the weight vectors of neurons at the output layer of neural network. The weight vectors of the neurons were used to approximate the dense 3-D scattered points, so the dense scattered points could be reduced to a reasonable scale, while the topological feature of the whole scattered points were remained.     

A Procedure for Tetrahedral Boundary Layer Mesh Generation

. We develop a methodology for introducing regions of high anisotropy in existing isotropic unstructured grids in complex, curved, three-dimensional domains. The new procedures are here applied to the capturing of solution features in the proximity of model boundaries (e.g. boundary layers). Suitable voids are created in an existing grid in the regions of localization using a mesh motion algorithm that solves a fictitious elasticity problem. The voids are then filled with stacks of prisms that are subsequently tetrahedronized to yield a simplicial mesh. The mesh motion algorithm allows us to deal in a simple and effective manner with the problem of self-intersection of elements in concave regions of the model boundaries, and in the case of closely spaced model faces, avoiding the need for cross-over checks and complex grid correction procedures. The capabilities and performance of the proposed methodology are illustrated with the help of practical examples.     

非结构化四边形网格生成新算法

改进了一类基于递归区域分解过程的四边形网格生成算法。引入一套健壮的网格模板,为子域的网格剖分提供统一的处理方案,不再限制最终子域为4节点、6节点或8节点子域,提高了算法的时空效率。结合新的子域网格生成过程和自动区域分解算法,利用背景网格和网格源控制分解线上点的布置,得到一个全自动的非结构化四边形网格生成算法。最后通过网格及数值模拟实例验证了算法性能和实用性。     

面向网格简化的数据结构快速生成方法

针对网格简化算法需要的显式和完整拓扑关系,筛选出有效的数据结构,结合MC(MT)算法计算过程的特点,设计六体素法算法。该算法能在MC(MT)算法抽取等值面的同时完成简化算法所需的数据结构,减少了简化算法前数据结构预处理所耗费的时间和空间。     

一种快速的三维有限元网格生成方法

针对三维有限元网格的生成的速度较慢并且网格质量不高的问题,提出了一种基于约束波前法的三维有限元网格生成算法。算法的主要思想是用背景网格提高网格单元的可控性,避免网格单元生成时验证有效性的计算量,从而快速生成高质量的三维有限元网格。算法首先借助八叉树方法生成背景网格,其次利用背景网格的密度对模型表面进行三角剖分得到初始波前,然后依据背景网格的特征生成实体网格单元,最后对得到的结果进行优化。实验证明结合了八叉树和推进波前法的三维网格生成算法降低了波前法的时间复杂度,将其效率提高了20%,而且能得到更高质量的网格。     

Topological Zone Organization of Scalar Volume Data

We present a new method for preprocessing and organizing discrete scalar volume data of any dimension on external storage. We describe our implementation of a visual navigation system using our method. The techniques have important applications for out-of-core visualization of volume data sets and image understanding. The applications include extracting isosurfaces in a manner that helps reduce both I/O and disk seek time, a priori topologically correct isosurface simplification (prior to extraction), and producing a visual atlas of all topologically distinct objects in the data set. The preprocessing algorithm computes regions of space that we call topological zone components, so that any isosurface component (contour) is completely contained in a zone component and all contours contained in a zone component are topologically equivalent. The algorithm also constructs a criticality tree that is related to the recently studied contour tree. However, unlike the contour tree, the zones and the criticality tree hierarchically organize the data set. We demonstrate that the techniques work on both irregularly and regularly gridded data, and can be extended to data sets with nonunique values, by the mathematical analysis we call Digital Morse Theory (DMT), so that perturbation of the data set is not required. We present the results of our initial experiments with three dimensional volume data (CT) and describe future extensions of our DMT organizing technology.     

A Modified Paving Approach and Automatic Mesh GradingMethod to Quadrilateral Mesh Generation

A modified paving technique for automatic generation of all-quadrilateral mesh fromarbitrary 2-D geometry is presented. The generated mesh elementS are nearly square andperpendicular to boundaries. Aner the nodes and elementS formation is completed. a fully automaticgrading method is applied to increase the accuracy and reliability of engineering analysis. In thispaper, we mainly describe the theory of mathematical algorithm and present some examples ofautomatically generated mesh.     

医学体数据三维可视化技术

医学体数据的可视化是科学计算可视化的重要研究领域,其处理过程包括体数据的获取、模型的建立、数据的映射、绘制等操作。论文对医学体数据可视化的相关技术进行了综述,讨论了医学体数据的结构模型和表示方法,全面地分析了医学体数据可视化中各种算法和技术的特点,及相关的加速技术,探讨了目前医学体数据可视化存在的问题及发展趋势。     

非封闭曲面的海量空间数据点四边形网格生成算法

从数据模型的任意一点开始选择一个初始的四边形网格单元,采用动态边界边扩展的方法在三维空间直接进行四边形网格划分;在网格划分过程中实现了边界冲突检测、网格顶点优化处理、网格边界处理和网格综合优化.最后给出了网格生成实例.实验结果表明:该算法生成的网格质量较好,运行速度较快.