如何将图像转换为几何模型

“图像到曲线”是 COMSOL Multiphysics 的一个产品插件,通过它您可以将图像用作仿真分析的起点。通过此插件,将导入图像的轮廓图创建为插值曲线,然后将其转化为几何的一部分。本文我们将演示如何使用此功能。

“图像到曲线”插件简介

下图展示了基于用黑色标记线绘制的轮廓照片创建扫掠网格的一些步骤。在这种情况下,通过拉伸 2D 几何图形来创建 3D 模型。

导入的照片(用智能手机拍摄),其中的轮廓用黑色标记线画出,并带有包覆的轮廓线(绿色细线)。
从图像到几何的转换过程中,删除产生的一些无关域而得到的实体几何轮廓。
基于黑色标记线轮廓的扫掠网格。

启用“图像到曲线”插件

首先,选择“模型开发器”中的“开发工具”选项卡,单击“插件库”,然后从“插件库”启用 “图像到曲线” 插件。

插件库按钮。

从列表中,选中“图像到曲线”插件的复选框以启用它。

插件库窗口。

单击“开发工具”选项卡上的“插件”按钮时,将显示“图像到曲线”插件。

通过“开发工具”选项卡访问插件

“图像到曲线”设置窗口

“图像到曲线” 插件的 “设置窗口” 如下所示。顶部有 5 个工具栏按钮,并有 5 个不同设置项目的栏。

图像到曲线 “设置窗口”。

通过 “设置窗口” 顶部的工具栏在不同步骤之间导航。

“要弯曲的图像”加载项的工具栏按钮。

“图像到曲线”插件按钮包括:

  • 重置
    • 将所有值重置为出厂设置
  • 绘图
    • 渲染原始导入的图像,不包含任何过滤器
  • 过滤器
    • 使用 “图像” 栏中指定的 “过滤器” 渲染过滤的图像
  • 轮廓
    • 使用“ 轮廓”栏中的阈值设置绘制图像轮廓
  • 曲线
    • 2D几何序列或3D工作平面中创建插值曲线节点
    • 曲线插值容差可以在 “曲线” 栏中进行调整

“图像到曲线”插件栏包括:

  • 图像
  • 轮廓
  • 曲线
  • 目标
  • 高级

下面将详细描述各栏的设置项。

图像栏

要导入图像,请在插件“设置窗口”“图像”栏中单击“浏览”按钮,打开文件浏览器,您可以在其中选择要导入的图像。

图像栏

图像可以是物体或图像的照片,支持的格式为.png,.jpg,.jpeg,.bmp和.gif。 为了创建高质量的几何图形,图像最好应在较亮的背景上为深色,或在较暗的背景上为浅色。导入时,彩色图像将会转换为灰度图像。导入后,“图像”栏中将显示有关图像尺寸(以像素为单位)的信息(x尺寸y尺寸),以当前长度单位表示的图像宽度,由“几何”节点、“文件名”和用于处理图像的“过滤器”确定。

通过更改图像宽度值,可以调整最终几何图形的尺寸。以后也可以通过在几何序列中添加比例要素节点来更改此设置。滤镜选项包括一些模糊滤镜和锐化滤镜,如下图所示。

过滤器设置

使用这些滤镜可减少导入图像中的噪点(模糊)或增强边缘(锐化),更改滤镜将更改从图像提取的曲线的形状,默认值为高斯模糊滤镜。如果有必要,请在导入之前使用专用的图像处理软件进一步处理图像。单击工具栏中的“绘图”“过滤器”按钮分别渲染原始图像或过滤后的图像。

轮廓栏

默认情况下,轮廓曲线会自动放置在相对于过滤之后的图像中像素强度级别接近于平均阈值的位置。 如需手动控制轮廓阈值,请清除“自动轮廓阈值”复选框。

轮廓栏

单击工具栏中的“轮廓”按钮以可视化轮廓曲线和图像,下图所示为一个导入的工字梁轮廓图。

工字梁图像的图像轮廓(绿色)。

如要检查像素值,请在“图像到曲线”图组中,选择“表面”节点,然后单击“图形”窗口。像素值和坐标在评估2D表中显示,如下图所示。

表格中显示工字梁图像的像素灰度值。

曲线栏

单击工具栏中的“曲线”按钮,以2D几何序列或3D工作平面生成“插值曲线”节点。默认情况下,“曲线”类型设置为“开放”,但是您可以将其更改为“闭合”或“实体”。曲线容差设置确定曲线应近似于轮廓曲线的程度。

曲线栏

下图显示了工字梁示例,其中“曲线”类型使用“实线”,并且“曲线公差”为0.0。

基于工字梁的图像轮廓的2D实体几何

目标栏

在“目标”栏中可以指定应为其创建“插值曲线”节点的几何序列。您可以指定模型零部件,在 3D 情况下,还可以指定工作平面。

目标栏

高级栏

在高级栏,您可以更改用于可视化图像的插值方法,在线性和最近邻插值之间选择。“每个像素的细化”设置确定用于表示图像的每个像素的网格单元数:小于1.0的值表示用于表征图像的网格插值点数少于图像中的像素数,大于 1.0 的值表示网格将对图像进行过采样。

高级栏

“显示 x 和 y 度量”复选框可控制是否显示轮廓曲线尺寸。

轮廓线尺寸标注。

寻找帮助

如需要查看与插件相关的动态帮助,请单击模型树中的“图像到曲线”节点,然后单击COMSOL Desktop®用户界面右上角的问号图标(要获取其他设置窗口的文档也一样)。

如何将图像转换为几何模型的示例

您可以下载示例模​​型

示例模型文件image_to_curve_h_beam.mph包含具有分布式载荷的简单结构分析,如下图所示。

基于图像几何拉伸形成的H型梁上的分布式载荷。
H型梁中的von Mises应力。

示例模型文件hand_drawn_image_geometry_and_mesh.mph包含本文开头所描述的黑色标记轮廓的几何形状和扫掠网格。 除了显示如何使用“图像到曲线”插件之外,它还演示了如何删除在从图像到几何的转换中创建的一些无关的域。

请注意,您可以通过使用所有可用的几何建模功能来继续使用生成的2D或3D拉伸几何:与其他几何零件,钻孔等结合使用。以上示例中的网格是扫掠网格,但您也可以使用非结构化的四面体或三角形网格。

其他资源

如需了解如何创建此插件,您可以通过从COMSOL安装目录加载相应的MPH文件来查看甚至修改其App开发器设置。对于 Windows® 操作系统中的典型安装,该文件位于:

C:\Program Files\COMSOL\COMSOL55\Multiphysics\addins\COMSOL_Multiphysics\image_to_curve.mph

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