[发明专利]一种人体髋部模型网格划分方法

说明书

技术领域

本发明涉及人体髋部模型网格划分方法。

背景技术

1、模型简化方面：人体髋部模型数据量大，曲面复杂，需要进行快速高分辨率地的简化操作，现有技术针对人体组织复杂模型的简化算法研究有限，简化结果不能满足髋部模型的简化要求，不能有效保留原模型几何特征。

2、网格划分方面：髋部模型表面分界轮廓线不明显，形状不规则，特征不突出，现有网格划分技术无法完成髋部模型的一次性高质量自动网格划分。

发明内容

本发明是为了解决现有模型简化方法的简化结果不能满足髋部模型的简化要求的问题，而提出的一种人体髋部模型网格划分方法。

一种人体髋部模型网格划分方法按以下步骤实现：

步骤一：进行髋部模型的简化；

步骤二：模型简化后进行子域曲面重建；

步骤三：根据步骤二进行网格尺寸控制；

步骤四：根据步骤三进行特征点计算和区域边界的离散；

步骤五：步骤四完成后进行表面网格和体网格的生成。

发明效果：

为了获得高质量的人体髋部网格划分结果，本发明算法以边折叠算法为基础，实现高比例模型简化，并在折叠矩阵中引入顶点局部区域的面积，并对迭代累积误差平均，有效避免了折叠代价的积累，保证简化模型原有的几何形状特征。本发明通过联合利用波前推进算法和Delaunay算法，构建综合尺寸场实现局部网格加密，更好地适应复杂模型几何形状，针对人体髋部简化后的几何模型生成的表面网格单元均匀、过渡平缓，有利于体网格形成，增加计算的精确性。

1、针对MC算法得到的髋部几何模型，含有大量三角面片，对后续计算造成很大压力，本发明通过改进二次误差测度(QEM)的边折叠算法对复杂的表面网格模型进行简化。利用Metro定量分析简化前后髋部股骨和股外侧肌模型，简化比例为80％时，本专利股骨简化结果的Mean距离误差为0.037397mm，明显小于经典算法和现有软件的0.062644mm、0.482732mm，证明本专利算法能够实现简化操作，且保持良好的原模型几何特征。

2、根据髋部模型具有组成表面分界轮廓线不明显，形状不规则，特征不突出等特点，本专利基于AFT算法，改进局部坐标转换，避免映射时网格畸变，得到三角形单元形状规则；在尺寸控制时构建综合尺寸控制函数进行局部网格加密，生成的表面网格均匀、过渡平缓，且保持了原模型的几何特征。全局尺寸为5mm股骨网格结果，相比于现有软件AFT算法直接绘制的表面网格，最小角在45°～60°之间优质三角形占比由77.75％提高到90.85％；Hausdorf距离误差由6.445955mm下降到1.100910mm。

3、利用Waston-Bowyer逐点插入法完成髋部模型内部的Delaunay四面体网格划分，此时并未更改表面网格形状，从而使体网格有一定自适应能力。利用Tet collapse对单元质量进行分析，优质四面体数量占比17.81％，略高于现有方法结果的16.31％。

4、利用本发明提出的方法能够实现所有髋部模型的网格划分，其中股内侧肌和股中肌模型在现有软件中无法直接完成划分，提示边界面角过大，而在本发明设计的程序中能够进行有效网格划分，证明所提出的网格划分方法对复杂模型有更强的适应能力。

5、在进行髋部组织模型装配时，由于网格划分结果更加逼近原始几何模型，使得装配模型间配合更加准确，这对于有限元力学计算的收敛意义重大。

附图说明

图1为股骨原始模型图；

图2为股骨模型40％简化图；

图3为股骨模型80％简化图；

图4为股骨模型97.5％简化图；

图5为股骨网格加密图；

图6为股外侧肌表面网格模型图；

图7为股外侧肌体网格剖视图；

图8为髋部装配模型示意图；

图9为总体设计流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图9所示，一种人体髋部模型网格划分方法包括以下步骤：

步骤一：进行髋部模型的简化；

步骤二：模型简化后进行子域曲面重建；

步骤三：根据步骤二进行网格尺寸控制；

步骤四：根据步骤三进行特征点计算和区域边界的离散；

步骤五：步骤四完成后进行表面网格和体网格的生成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中进行髋部模型的简化的具体过程为：

模型简化算法：