一种ct逆向化建模技术的网格模型优化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数学计算方法领域，涉及网格模型优化方法，尤其涉及一种CT逆向化建模技术的网格模型优化方法。
【背景技术】
[0002]ICT(Industrial Computed Tomography)技术即工业计算机层析照相或称工业计算机断层扫描成像，作为一类先进的无损检测技术，在工业生产及科研领域的应用越来越广泛，利用CT扫描图像与相应专业软件结合可构建三维网格物体模型，其中在使用MMICS软件进行三维模型重建过程中，可以依据灰度预值的不同，对天然材料划分不同的组分。通过和3-MATIC软件结合，可以对模型进行进一步的三维模型网格划分，并导入有限元软件进行数值计算。
[0003]然而由于网格判定准则的限制，致使矿物夹杂组分的含量在网格组分之后出现了明显的降低现象。通过减小单元尺寸，可以提高单元划分精度，但是同时也会大大增加数值模拟的计算量。比如图1中的三维网格模型为直径50mm，高度10mm的标准试件模型，含有357565个四面体单元，单元平均边长约为2mm，若将单元尺寸缩小一半，约会生成23X357565 ^ 2860000多个单元，单元数过多，对计算硬件要求较高，同时会严重影响计算速度。基于上述情况，迫切需要一种简单可靠，在不影响模型计算速度情况下，有效可提高模型计算精确度的CT逆向化建模技术的网格模型优化方法，有效解决由于网格组分判定准则限制造成的网格模型中夹杂材料组分含量明显低于真实含量的问题。
【发明内容】
[0004]本发明通过接口程序将初始网格模型导入FLAC3D软件，然后根据网格划分前统计的各组分的体积含量，通过FLAC3D软件中的Fish语言编程，对于初始网格模型中的夹杂材料组分单元数量进行补偿。达到在尽量不改变夹杂材料组分空间分布的条件下，对模型中夹杂材料组分单元数量进行补偿，减小了逆向化建模过程中出现的偏差，对后续的数值模拟工作提供更加精确的数值模型的目的。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种CT逆向化建模技术的网格模型优化方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0006](I)假设当单元数量足够多，且不同单元之间尺寸相差不大的时候，夹杂材料组分单元的数量与总单元数量的比值等于其体积比。
[0007](2)根据由夹杂材料组分和基本材料组分组成的原始模型中的夹杂材料组分含量和网格模型中夹杂材料组分含量的差值，计算出在网格模型中需要选取P个基本材料组分单元补偿到夹杂材料组分单元中。
[0008](3)在FLAC3D软件中，遍历单元id，若单元组分判定为夹杂材料组分单元并命名为第I组，则以夹杂材料组分单元中心坐标为球心，以半径为W毫米生成一个球形判定区域，将坐标中心落在此区域内的基本材料组分单元定义为第3组，同时统计其总个数为Q个。
[0009](4)令N = P/Q，遍历单元id，若单元组分判定为第3组，贝Ij生成一随机数M(0，I)，若皿< N，则单元重新定义为“add”组，若M > = N，则单元重新定义为第2组。然后将第I组和“add”组合并，生成夹杂材料组分单元，并命名为group I，剩余单元定义为基本材料组分单元，命名为group2，最后完成模型优化。
[0010]与现有相关方法相比，本发明具有如下优点:
[0011]本发明提供了一种新的数学计算方法，解决了在CT逆向化建模过程中，由于网格判定准则的限制，致使夹杂材料组分的含量在网格组分之后出现了明显降低的问题。在尽量不改变夹杂材料组分空间分布的条件下，对模型进行了优化，此方法可以在网格尺寸较大，网格数量受限的条件下，提供较为精确的数值计算模型。
【附图说明】
[0012]图1为基于CT扫描图片进行三维网格模型建立的流程图；
[0013]图2为本发明的模型使用计算方法优化前的二维示意图；
[0014]图3为本发明的模型使用计算方法优化后的二维示意图；
[0015]图4为利用本发明进行模型优化后三维重构模型与原始三维模型和初始网格模型的对比效果图；
[0016]图5为网格划分前后模型组分信息图。
[0017]图中:1-网格模型，2-夹杂材料组分单元，3-基本材料组分单元，4-原始模型，5-夹杂材料组分，6-基本材料组分，7-FLAC3D软件。
【具体实施方式】
[0018]结合图1、图2、图3、图4所示，一种CT逆向化建模技术的网格模型优化方法，包括网格模型1、夹杂材料组分单元2、基本材料组分单元3、原始模型4、夹杂材料组分5，基本材料组分6、FLAC3D软件7，首选根据原始模型4中具有夹杂材料组分5和基本材料组分6，其中夹杂材料组分5含量和网格模型I中夹杂材料组分5含量的差值，计算出在网格模型I中需要选取P个基本材料组分单元3补偿到夹杂材料组分单元2中；然后通过接口程序将初始网格模型I导入FLAC3D软件7，利用FLAC3D软件7中的Fish语言编程，对于初始网格模型I中的夹杂材料组分单元2数量进行补偿。
[0019]取某矿直径50mm，高度10mm的标准煤炭试件模型为试验样品，阐述本发明具体步骤如下:
[0020](I)假设当单元数量足够多，且不同单元之间尺寸相差不大的时候，夹杂材料组分单元2的数量与总单元数量的比值等于其体积比，这在图5中得到了较好的验证。
[0021](2)根据由夹杂材料组分5和基本材料组分6组成的原始模型4中的夹杂材料组分5含量和网格模型I中夹杂材料组分5含量的差值，计算出在网格模型I中需要选取26962个基本材料组分单元3补偿到夹杂材料组分单元2中。
[0022](3)在FLAC3D软件7中，遍历单元id，若单元组分判定为夹杂材料组分单元2并命名为第I组，则以夹杂材料组分单元2中心坐标为球心，以半径为Imm生成一个球形判定区域，将坐标中心落在此区域内的基本材料组分单元3定义为第3组，共43946个单元。
[0023](4)令N = 26962/43947 = 0.6135，遍历单元id，若单元组分判定为第3组，则生成一随机数M(0，I)，若M < N，则单元重新定义为“add”组，若M > = N，则单元重新定义为第2组。然后将第I组和“add”组合并，生成夹杂材料组分单元2，并命名为groupl，剩余单元定义为基本材料组分单元3，命名为group2，最后完成模型优化。
[0024]当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
【主权项】
1.一种CT逆向化建模技术的网格模型优化方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)假设当单元数量足够多，且不同单元之间尺寸相差不大的时候，夹杂材料组分单元的数量与总单元数量的比值等于其体积比。 (2)根据由夹杂材料组分和基本材料组分组成的原始模型中的夹杂材料组分含量和网格模型中夹杂材料组分含量的差值，计算出在网格模型中需要选取P个基本材料组分单元补偿到夹杂材料组分单元中。 (3)在FLAC3D软件中，遍历单元id，若单元组分判定为夹杂材料组分单元并命名为第I组，则以夹杂材料组分单元中心坐标为球心，以半径为W毫米生成一个球形判定区域，将坐标中心落在此区域内的基本材料组分单元定义为第3组，同时统计其总个数为Q个。 (4)令N= P/Q，遍历单元id，若单元组分判定为第3组，则生成一随机数M(0，I)，若M< N，则单元重新定义为“add”组，若M > = N，则单元重新定义为第2组。然后将第I组和“add”组合并，生成夹杂材料组分单元，并命名为groupl，剩余单元定义为基本材料组分单元，命名为group2，最后完成模型优化。
【专利摘要】本发明公开了一种CT逆向化建模技术的网格模型优化方法，用于解决利用CT扫描图片进行三维网格模型重建过程中，由于网格组分判定准则限制造成网格模型中夹杂材料组分含量明显低于真实含量的问题，通过接口程序将初始网格模型导入FLAC3D软件，然后根据网格划分前统计的各组分的体积含量，通过FLAC3D软件中的Fish语言编程，对于初始网格模型中的夹杂材料组分单元数量进行补偿。达到在尽量不改变夹杂材料组分空间分布的条件下，对模型中夹杂材料组分单元数量进行补偿，减小了逆向化建模过程中出现的偏差，对后续的数值模拟工作提供更加精确的数值模型的目的。
【IPC分类】G06T17/00
【公开号】CN104952108
【申请号】CN201510256713
【发明人】赵毅鑫, 赵弘, 田中胜, 张通
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月20日