Дамдинова Т.Ц., Дамдинов З.Ш., Прудова Л.Ю., Бубеев И.Т. —
Моделирование пор нерегулярной формы по яркости пикселей цифрового изображения
// Программные системы и вычислительные методы. – 2024. – № 4.
– 和。 182 - 191.
DOI: 10.7256/2454-0714.2024.4.72014
URL: https://e-notabene.ru/itmag/article_72014.html
阅读文章
注释,注释: Одним из актуальных направлений в области материаловедения является исследование и моделирование процессов, происходящих в капиллярно-пористых телах. Эти объекты играют важную роль в таких областях, как нефтедобыча, медицина, строительство, производство фильтров и аккумуляторов, создание новых материалов, где требуется точное понимание и контроль процессов, происходящих в пористых средах. Современные методы моделирования с использованием компьютерного зрения и высокие вычислительные мощности компьютеров позволяют значительно повысить точность и эффективность исследований капиллярно-пористых тел и процессов в них. Для пористых тел нерегулярной структуры точная визуальная фиксация процессов, происходящих внутри объектов, затруднительна, но потребность в этом имеется особенно для многоуровневых процессов, которые влияют на состояние пористого тела. Предлагаемые симуляторы и модели структуры таких объектов с использованием упрощений и абстрактных моделей для оценки взаимодействия веществ (процессов диффузии, перколяции и т.д.) непригодны в неоднородных и нерегулярных структурах. Для получения геометрической модели пор произвольной формы предлагается использовать методы обработки цифровых изображений. Создан массив точек, описывающий геометрию поры. Выбран способ поверхностного моделирования на основе сплайн-интерполяции выделенных точек. Для получения поверхностной модели поры нерегулярной формы разработана методика формирования массива точек по уровням яркостей пикселей его цифрового изображения. Уровни яркостей для группировки исходных точек поры определены на основе локальных максимумов гистограммы яркостей. Разработан алгоритм построения поверхностной модели поры нерегулярной формы методами сплайн-интерполяции массивов точек. Представлен результат программной реализации разработанного алгоритма моделирования поверхности пор нерегулярной формы.
По разработанной методике геометрического моделирования пор нерегулярной формы можно получить дальнейшую информацию для анализа о размере и объеме пор, пористости объекта в целом, а также проводить анализ процессов в пористых объектах. При необходимости для повышения точности формы количество уровней яркости для группировки точек можно увеличить.
Abstract: One of the current directions in the field of materials science is the study and modeling of processes occurring in capillary-porous bodies. These facilities play an important role in areas such as oil production, medicine, construction, production of filters and batteries, and the creation of new materials, where accurate understanding and control of processes occurring in porous media is required. Modern modeling methods using computer vision and high computing power of computers can significantly improve the accuracy and efficiency of studies of capillary-porous bodies and processes in them. For porous bodies of irregular structure, accurate visual fixation of processes occurring inside objects is difficult, but there is a need for this especially for multilevel processes that affect the state of a porous body. The proposed simulators and models of the structure of such objects using simplifications and abstract models to assess the interaction of substances (diffusion, percolation, etc.) are unsuitable in heterogeneous and irregular structures. To obtain a geometric model of arbitrary-shaped pores, it is proposed to use digital image processing methods. An array of points describing the geometry of the pore has been created. A method of surface modeling based on spline interpolation of selected points is was chosen. To obtain a surface model of an irregular-shaped pore, a technique has been developed for forming an array of points based on the brightness levels of pixels of its digital image. The brightness levels for grouping the initial pore points are determined based on the local maxima of the brightness histogram. An algorithm for constructing a surface model of an irregular-shaped pore using spline interpolation of point arrays has been developed. The result of the software implementation of the developed algorithm for modeling the surface of irregular pores is presented. According to the developed method of geometric modeling of irregular pores, it is possible to obtain further information for analysis on the size and volume of pores, porosity of the object as a whole, as well as to analyze processes in porous objects. If necessary, to increase the accuracy of the shape, the number of brightness levels for grouping points can be increased.