이미지 기반 메싱

Image-based meshing

영상 기반 메싱은 3D 영상 데이터(자기공명영상(MRI), 컴퓨터단층촬영(CT) 또는 마이크로토모그래피 등)에서 계산유체역학(CFD)과 유한요소분석(FEA)을 위한 컴퓨터 모델을 만드는 자동화된 과정이다.현재 광범위한 메쉬 생성 기법을 사용할 수 있지만, 이러한 기법은 대개 컴퓨터 보조 설계(CAD)에서 모델을 생성하기 위해 개발되었으며, 따라서 3D 영상 데이터에서 메싱하는 데 어려움을 겪는다.

3D 이미징 데이터에서 메쉬 생성

3D 영상 데이터를 매싱하면 여러 가지 난제가 발생하지만 컴퓨터 영역에 대한 보다 사실적이고 정확한 기하학적 설명을 제시할 수 있는 고유한 기회도 제공된다.일반적으로 3D 영상 데이터로부터 매싱하는 방법에는 두 가지가 있다.

CAD 기반 접근법

현재까지 사용되는 대다수의 접근방식은 전통적인 CAD 기반 메싱 알고리즘을 따르는 표면 재구성의 중간 단계를 사용함으로써 여전히 전통적인 CAD 경로를 따른다.[1]CAD 기반 접근방식은 검색 데이터를 사용하여 도메인의 표면을 정의한 다음 이 정의된 경계 내에 요소를 생성한다.현재는 상당히 강력한 알고리즘을 사용할 수 있지만, 이러한 기법들은 종종 시간이 걸리고 이미지 데이터의 전형적인 복잡한 토폴로지에 대해서는 사실상 난해한 경우가 많다.또한 하나 이상의 구조물이 만나는 인터페이스에서 다중 표면이 틈새 또는 중복과 일치하지 않는 경우가 많기 때문에 둘 이상의 도메인을 쉽게 메싱할 수 없다.[2]

이미지 기반 접근법

이 접근방식은 표면 데이터에서 메싱하는 것보다 더 강력하고 정확한 결과를 제공하는 하나의 공정에서 기하학적 검출과 메쉬 생성 단계를 결합하기 때문에 더 직접적인 방법이다.벽돌 원소 및 사면 원소 메쉬를 제공하는 복셀 변환 기법이 제안되었다.또 다른 접근방식은 도메인의 볼륨 전체에 걸쳐 3D 사면체 또는 사면체 요소를 생성하므로, 적합한 다중 표면과 직접 메쉬를 생성한다.[5]

모델 생성

3D 영상 데이터를 기반으로 한 모델 생성에 관련된 단계는 다음과 같다.

스캔 및 이미지 처리

광범위한 영상 처리 도구를 사용하여 MRI, CT, MicroCT(XMT), 초음파 등 3D 영상 촬영 양식의 데이터를 기반으로 매우 정확한 모델을 생성할 수 있다.특히 관심 있는 특징은 다음과 같다.

  • 분할 도구(예: 임계값 설정, 플러드필, 레벨 설정 방법 등)
  • 필터 및 스무딩 도구(예: 볼륨 및 토폴로지를 보존하는 스무딩 및 소음 감소/사실 제거)

부피 및 표면 메시 생성

영상 기반 메싱 기법은 세분화된 3D 데이터에서 메쉬를 직접 생성할 수 있다.특히 관심 있는 특징은 다음과 같다.

  • 다중 부품 메싱(모든 수의 구조물이 동시에)
  • 신호 강도에 기반한 재료 특성을 적용하는 매핑 기능(예: 영의 계수를 Hounsfield 척도에 적용)
  • 메쉬의 스무딩(예: 연결 보전을 위한 데이터의 위상학적 보존, 볼록한 선체 축소를 방지하기 위한 볼륨 중립 스무딩)
  • 분석을 위해 FEA 및 CFD 코드로 내보내기(예: 노드 세트, 쉘 요소, 재료 특성, 접촉 표면, 경계 레이어, 인렛트/아웃렛)

일반적인 용법

참고 항목

참조

  1. ^ 바스코티 외, 1998.TRI2SOLID: 골격 세그먼트의 CAD 모델 생성에 역 엔지니어링 방법 적용.바이오의약품의 컴퓨터 방법과 프로그램, 56, 211–220.
  2. ^ 영 외, 2008.3D 영상 데이터를 고도로 정확한 계산 모델로 변환하는 효율적인 접근 방식.왕립학회 A, 366, 3155–3173.
  3. ^ 피리 외 1993년척추 결손골에 대한 삼차 수준 변종의 확률 분포.샌프란시스코 정형외과 연구회 제39차 연차총회의 거래.
  4. ^ 프레이 외, 1994년복셀 세트를 기반으로 3-D 도메인을 위한 완전 자동 메시 생성.국제 공학적 방법 저널, 37, 2735–2753.
  5. ^ 영 외, 2008.3D 영상 데이터를 고도로 정확한 계산 모델로 변환하는 효율적인 접근 방식.왕립학회 A, 366, 3155–3173.

외부 링크

  • 컴퓨팅-메쉬 생성 및 FEM 계산을 위한 상업용 C++ 라이브러리
  • ScanIP 상용 이미지 기반 메싱 소프트웨어: www.simpleware.com
  • 해부학적 데이터에 대한 FEA 및 CFD용 3D 영상 기반 엔지니어링 소프트웨어 모방:미믹스 웹사이트
  • 이미지 기반 모델링에 대한 Google 그룹: [1]
  • CFD 및 FEA용 Avizo Software의 3D 이미지 기반 메싱 도구
  • iso2mesh: matlab/octave용 자유 3D 표면 및 부피 메쉬 생성기 [2]
  • OOF3D, NIST의 객체 지향 유한요소 분석
  • VGSTUDIO MAX, 산업용 Commercial CT 분석 소프트웨어.그들은 FEM 메싱의 추가 모듈을 제공한다.