面向复杂形体几何建模的特征曲线网重用

由于CAD/CAE/CAM 技术向医疗领域的扩展，快速准确地为复杂形体建构几何模型成为重要的基础性问题。本课题以人体髋关节几何建模为应用背景，借鉴复杂形体表面图案特征复制的方法，提出特征曲线网重用的建模思想。特征曲线网中的"特征"是大曲率特征、解剖特征或设计特征。为实现该建模思想，本课题拟研究如下问题：(i) 从多线外形中直接提取大曲率特征曲线段（多线外形即从CT 切片中获取的截面线数据）；(ii) 由散乱特征曲线段构造满足二维流形规则的特征曲线网；(iii) 在两个复杂形体表面建立映射以实现特征曲线网在不同个体之间的复制； (iv) 以特征曲线网为基础对人体髋关节多线外形拟合出细分曲面，完成几何模型的构造。本课题给出的建模方法不仅适用于人体髋关节的几何建模，也适用于其它生物器官、雕塑的几何建模和工业产品簇的设计。

本课题基于CT影像对人体髋关节的三维重建技术进行研究，进而提出了特征的提取和重用的建模思路，有利于提高复杂形体三维重建的准确性，降低数据量。本课题给出的建模方法不仅适用于人体髋关节的几何建模，也适用于工业产品簇的设计。本课题的主要研究成果包括：(i) 基于轮廓提取的CT影像自动分割技术，由此得到多线外形数据。这一技术根据CT影像中层轮廓形状继承性的特点，自动提取和自动修正本层切片上的轮廓；(2) 采用曲率尺度空间从多线外形(截面线数据)中直接提取大曲率特征。这一方法鉴于CT影像分割出的多线外形的采样稀疏导致噪声较大的缺点而特别设计；(3) 基于特征散乱特征曲线段的特征曲线网构造技术。本技术通过曲面分割得到光顺的特征曲线网；(4) 基于三维配准的特征曲线网映射技术。以股骨为研究对象，利用解剖特征进行三维配准，然后把已经构造好的特征曲线网映射到需要分割的模型上；(5) 基于细分曲面的曲线网插值技术。通过改进联合细分模式，消除了原有方法产生的多余的褶皱，实现了复杂模型的曲线网插值。通过该课题的研究，培养了8名研究生，发表文章11篇(其中2篇SCI, 2篇Ei国际刊物, 5篇中文刊物,2篇国际学术会议)，另外还有一篇文章在审(Computer Aided Design刊物)。已经次发表的论文涵盖了本课题的全部研究内容。申请软件著作权1项，专利1项，分别拿到软件著权和专利证书。