木材3D可视化实验平台设计文献综述

 2022-07-15 05:07

文献综述

在木材科学与技术学科的教学中,我们发现占比重较大的实践课程存在硬件资源不足、安全条件较差、涉及有毒有害物质等问题。以上问题不仅会降低学生学习的积极性,也严重危害师生的身体健康。因此,在木材科学与技术学科中开展木材的虚拟仿真实验教学就显得不可或缺。虚拟仿真技术应用于实践教学环节中,能有效解决教学资源不足、实验时间受限、污染和安全性等问题。

由资料可以获悉,对基于CT扫描的木材的虚拟加工和3D体重建技术的研究主要围绕木材缺陷的检测和木材切割两方面展开。

木材检测方法主要经历了人工检测法、仪器检测法、计算机断层扫描三个阶段。

人工检测方法以操作者的检测经验为判断标准,主观性较强,结果的准确度偏差较大。

仪器检测法有生长锥检测法、应力波检测法、超声波检测法等,这些方法虽然可以检测到木材内部结构和缺陷,但检测结果不够准确且对树木有一定的破坏性。

CT检测是一种穿透能力强、检测速度快、分辨率高且无损的检测方法,早期多用于医学领域。

木材缺陷主要分为节子、变色、腐朽、虫害、裂纹、伤疤、树干形状缺陷、木材构造缺陷、木材加工缺陷及变形十类。目前的研究中,主要以木材的2D切片为研究对象。在节子的研究中,Longuetand等以挪威云杉和冷银杉CT图像为研究对象,使用三维连通组件和三维距离变换等方法测量节子直径,并构建了一套自动检测针叶材节子的算法,结合计算机图像阈值分割技术和手工测量方法,获取了断层CT图像中所有节子的形状、位置、直径、体积和倾斜度等信息。

木材的三维重建有多重分形和线性插值法两种方法。前者提供在尺度产生 变化时为引起不等范围的幂定律现象的模型和奇异结构的测度量化,主要应用于难以建立数学模型的、无规则图像的信息进行处理。后者运用直接搜索法确立初始值点对, 构 建 其 余插值点对,然后经过平行移动来还原插值点对的 坐标值以及得到插值轮廓的顶点坐标。VTK首先应用于医学上的组织体重建和切割,之后在工业上也得到了广泛应用。

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