Simpleware三维建模软件介绍及ESB2007论文资料
【分享】 2007 [b]ESB[/b]([size=2]Europe Society of Biomechanics [/size]) 最新欧洲生物力学学会 有关脊椎三维建模分析的论文：<Assessment of Factors Influencing Finite Element Vertebral Model Predictions>
大致介绍：
采用Micro-CT 扫描
利用Simpleware三维建模软件对图像进行处理 分割操作 生成可直接用于FE软件的体网格
运用ABAQUS进行后续分析
文章系统地分析 通过半自动建模的方法建立的脊椎有限元模型的收敛性、灵敏度和精度 并与相应的实验数据进行比较
期望能以此抛砖引玉 共同学习 努力探讨基于医学图像的三维建模与后续分析中遇到的疑惑！
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另附 [size=2][color=#000000]欧洲生物[/color]力学学会 [/size]相关介绍：
[url=http://www.esbiomech.org/]http://www.esbiomech.org/[/url] [size=2] [/size]
[size=2][/size]
[font=Arial][size=2]The [/size][/font][url=http://www.tcd.ie/bioengineering/esb2007/][font=Arial][size=2][color=#0000ff]second ESBiomech Summer Workshop[/color][/size][/font][/url][size=2][font=Arial] was hosted by the Trinity Centre for Bioengineering in Dublin on 26-28 [font=arial][font=arial]August[/font][/font][font=arial][font=arial] 2007. The theme for this Workshop was 'Finite Element Modelling in Biomechanics and Mechanobiology', and was highly successful in bringing together junior and senior reseachers.[/font][/font][/font][/size]
[font=Arial][size=2][/size][/font]
[font=Arial][size=2] [/size][/font]
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2008-8-6 12:39 编辑 [/i]] 加分鼓励！ 谢谢版主加分！
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2007-9-25 23:49 编辑 [/i]] 请问： 大家有没有用Simpleware 软件的？
另外 其与Mimics有何区别？ 请发表高见！ 介绍一下 Simpleware软件 希望与大家一起探讨生物力学建模分析软件的使用
总部位于英国埃克塞特的 Simpleware公司是一家专业致力于开发专业而先进的基于图像的网格化软件的公司，其代表产品——Simpleware可以轻而易举的完成原始图像（dicom、Raw image data、Stack of 2D image……）的处理、分割、面/体网格化分、材料属性赋值、接触面的设置……等几乎所有前处理工作，其优秀的体网格质量以及良好的有限元分件软件（ansys、abaqus、LS-dyna3D、I-deas、patran、fluent……）接口使得图像处理、建模、有限元计算分析一气呵成，彻底摆脱模型需要反复修改才能成功化分网格并计算的情况。
Simpleware软件是基于核心的图像处理平台 ScanIP的, 同时提供用于网格生成ScanFE模块和CAD植入的ScanCAD模块，为从三维图像转换成CAD/快速成形/有限元模型提供了世界领先的软件解决方案。
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2007-9-27 20:53 编辑 [/i]] 英国Simpleware公司([url=http://www.simpleware.com/]http://www.simpleware.com/[/url]) 的 Simpleware软件
可以快速进行体网格划分, 生成四面体和六面体的混合网格, 直接导入到常见的有限元分析软件中
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2007-9-26 11:19 编辑 [/i]] 这个软件是非常不错的,基本上达到了ready to solver,
而mimcs有时还需设置一下与调整，当然从广泛性来说，ｍｉｍｉｃｓ的普及率高很多
[[i] 本帖最后由 gaoyuan 于 2007-9-25 16:38 编辑 [/i]]
回复 #6 Jean_Huang 的帖子
好像最主要的区别是Simpleware没有盗版的，在中国这样的国情下，无法推广 [quote]原帖由 [i]zhangleilyl[/i] 于 2007-9-24 09:35 发表 [url=http://www.simwe.com/forum/redirect.php?goto=findpost&pid=1144242&ptid=797225][img]http://www.simwe.com/forum/images/common/back.gif[/img][/url]好像最主要的区别是Simpleware没有盗版的，在中国这样的国情下，无法推广 [/quote]
就是就是,但是我觉得通过这个软件可以学习思想!! 比较与ｍｉｍｉｃｓ的不同中学到东西 有条件的不妨把文章传上来大家共享一下，加分！:victory: 偶有文章,有四十多兆,不知怎么上来 这里也给大家分享一个国内的案例，项目使用的工具是Mimics、3-matic和Ansys。
当然开始的时候，研究者尝试的是Simpleware 的ScanFE，要不就没有下面的故事了:) 。经过研究者自己的尝试，并求助于上海某高校的知名的实验室，最后甚至联系了Simpleware的英国原厂，被告知无法解决，据说原因是数据量太大，无法处理。
项目大致情况：采集的图像有1000多张（使用的是MicroCT）。项目要三维重建，并进行有限元分析。扫描的样本是有缺损的牙齿，首先要在三维重建模型的基础上进行缺失部分的修复，当然这涉及到设计切口，并设计修复体。最后进行有限元分析。
Mimics前处理的时间：5个小时
3-matic设计修复体的时间：少于1个小时
未征得同意，所以很抱歉不能贴出图来。等到其文章发表出来之后，再尝试联系，征得许可，再把截图发出来，与大家分享。如果文章发表出来，我也会及时告诉大家。
[[i] 本帖最后由 rock_who 于 2007-9-25 12:09 编辑 [/i]] [quote]原帖由 [i]rock_who[/i] 于 2007-9-25 12:01 发表 [url=http://www.simwe.com/forum/redirect.php?goto=findpost&pid=1145537&ptid=797225][img]http://www.simwe.com/forum/images/common/back.gif[/img][/url]
这里也给大家分享一个国内的案例，项目使用的工具是Mimics、3-matic和Ansys。
当然开始的时候，研究者尝试的是Simpleware 的ScanFE，要不就没有下面的故事了:) 。经过研究者自己的尝试，并求助于上海某高校的 ... [/quote]
这个问题我知道是怎么回事情，虽然我并不知道这个课题，由于牙齿是用ｍｉｃｒｏ－ｃｔ扫描，
结果数据量就很大，因为ｍｉｃｒｏ－ｃｔ是要扫出物体的微笑细节的，如果以高采样高分辨导入ｓｃａｎｆｅ，数据极大，根本不可能算出来，如果以以低采样低分辨导入ｓｃａｎｆｅ，又会遗漏细节，有时不符合要求，这就造就ｓｃａｎｆｅ的一个缺点，即为上面所发生的情况，好在任何商业事物都有与时俱进的品质，
ｓｃａｎｆｅ现在克服了一些缺点，能够在细节的地方加密网格，而在没什么细节的地方使网格变稀疏，使数据量减少不小，从而使运算规模变的可以接受．
我试用过这个软件，发点感慨！！ [quote]原帖由 [i]gaoyuan[/i] 于 2007-9-24 23:02 发表 [url=http://simwe.com/forum/redirect.php?goto=findpost&pid=1145134&ptid=797225][img]http://simwe.com/forum/images/common/back.gif[/img][/url]
偶有文章,有四十多兆,不知怎么上来 [/quote]
可以上传到论坛的ftp 上传一部分 Simpleware软件的案例学习 供大家参阅 期待进一步交流
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2007-9-29 14:12 编辑 [/i]] 欣欣向荣！ 新的case study
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2007-11-14 14:03 编辑 [/i]]
回复 #13 gaoyuan 的帖子
Simpleware可以处理高分辨率扫描所数据 而且 通常来说 也提倡尽量以高分辨率进行扫描 这样可以在关注的局部区域获得高的分辨率经验证 Simpleware本身亦可处理大数据 以上问题可以在输入的时候 进行相关设置即可 Stack Of Images -'pixel skip' parameters 大量减少内存的使用 因此即使扫描的数据量很大 亦可进行图像处理与分割
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2008-1-17 15:19 编辑 [/i]]
Simpleware详细中文介绍
ScanIPTM：ScanIP图像处理软件提供了一系列的图像可视化、图像处理以及图像分割的工具, 分割后的图像可以以STL文件的格式输出以进行CAD分析或快速成形生产；也可结合ScanFE，生成体网格，直接输出到常见的商业有限元软件中进行后续分析。
ScanIP提供了多种图像处理的工具，以帮助用户对从CT/MicroCT/MRI获取的三维数据中感兴趣的区域进行可视化并对相关区域进行分割操作。
提供的图像处理工具：
图像重采样、噪声过滤器、金属伪影过滤器、形态过滤器、绘制/擦除工具、自信相连区域增长、孔洞填充、阈值算法、布尔运算、重叠检查、网格光滑过滤器以及缩减网格数目等等。
支持的输入格式：
DICOM、Interfile、ACR-NEMA 1和2、Analyze、Meta-Image、Raw image data、Stack of 2D image(jpg、tif) 等
重要特征
支持多种文件输入格式
提供多个二维/三维可视化模式的用户平台
拥有包括水平集方法在内的强大的分割工具
提供去除金属伪影算法
可进行体保留/拓扑保留光滑
可生成精确的多部分表面网格/STL文件
可大量减少STL网格数目
优点
ScanIP提供的高质量的图像处理工具可对三维图像进行可视化和分割操作，并可生成多部分具有复杂内部结构的CAD模型。这些技术为逆向工程、非破坏性的工业制品检测以及生物结构分析提供了新的解决方案。
提供直观化的用户界面
改进的对复杂数据集的可视化功能
具有仅决定于图像质量的模型精确度
生成封闭的STL模型
能保证低扭曲度的高质量表面网格
确保生成的多部分STL的一致性从而易于进行组装
可直接输入到第三方CAD软件或者是基于STL的应用中
＋ScanFETM
＋ScanFETM为已分割好的三维图像数据转换成多部分体模型提供了精确的方法，采用的独特的三维网格划分技术使得生成的基于三维图像模型具有无可比拟的精确度和复杂度。
＋ScanFETM 网格划分模块是基于ScanIP 生成的模型而进行的，可生成体网格或者表面网格，自动生成接触面，并可对分割部分进行材料属性的分配。ScanFE生成的高质量网格可直接输入到一系列商用有限元软件和计算流体力学软件中。
支持的输出格式：
*.inp(Abaqus)、*ans(Ansys)、*mphtxt(Comsol)、*.unv(I-Deas)、*.dyn(LS-Dyna3D)、*.out(MSC.Patran Neutral)、*.msh(Fluent)以及*.stl等。
可输出的参数：
节点、体单元(四面体/六面体)、壳单元、线性节点单元和中间节点单元、接触面、基于表面灰度值的材料属性、节点/单元集等
重要特征
可基于任意几何形状的复杂物体的数据集生成网格
具有拓扑保留和体保留的光滑算法
可对感兴趣的多结构/区域进行网格划分
可保证接触的表面/界面的一致性
生成用户可定义的自适应网格
根据图像信号强度实行材料属性的分配
优点
在生成模型时采用的简易而精确的技术，为当前对数值分析来说难以解决的复杂问题提供了新的解决方案，可用于解决在逆向工程应用、复杂零/组件的非破坏性检测、纳米/微米结构的复合材料和泡沫材料的逆向材料特征的描述以及基于活体扫描的个体化医学模型等领域出现的问题。
可快速自动生成精确的模型；从原始数据到模型的生成只需要数分钟
可在一般的个人电脑上进行处理生成复杂的网格
仅取决于图像质量的拓扑/形态学的精确度
可对复杂耦合的流体结构区域进行网格化
保证低扭曲度的高质量表面网格/体网格
生成的快速成型模型与有限元网格模型的几何形态保持精确一致
可将表面网格或者体网格直接输出到有限元软件和计算流体力学软件求解器
＋ScanCADTM
＋ScanCADTM可将输入的CAD模型在图像数据中进行交互式定位，所获得的组合模型可以以多部分CAD模型的形式自动输出，或者利用ScanFE自动转换生成多部分有限元网格或计算流体动力学网格。
ScanCAD模块与ScanIP模块紧密结合，为CAD模型与三维图像的融合提供了一系列的工具。例如，模块可通过在术前扫描中定位不同植入物的CAD模型获得病人个性化模型。通过采用组合模型可以对术后的性能进行评估，并且可对多种情况 (例如，采用不同的植入工具对植入物定位的压力场的灵敏度)进行直接地检测。
支持的文件格式：
IGES(*.iges、*igs)、STEP(*.step、*.stp)、*STL(*stl)
提供的工具：
二值化和多值检测、CAD模型植入预览、同时显示二维和三维视图、旋转/移动/用户自定义运动约束、带有透明度功能的表面绘制和体绘制以及三维体和切层视图模式的组合等。
重要特征
提供二维/三维视图的用户图形界面
可以将大部分常见的CAD格式直接导入到三维图像中去
支持多个CAD导入
可动态地对非水密的CAD模型进行修复
可利用实时交互式输入或键盘输入进行定位
可沿着用户定义的矢量进行限定性运动定位
重采样的几何保留
优点
＋ScanCADTM为CAD模型与图像数据的融合提供了一种独特的方法，同时能够保证扫描图像的形态和保真度，解决了医学、牙科学以及消费品设计中出现的许多模型问题。例如：将手机设计植入到大脑核磁共振模型中来探究电磁辐射(或耳朵的舒适性与适应性)；探究植入血流中的支架或导管以及牙外科的虚拟模型等。
用户友好的交互式界面环境
不同设计的性能预测
使用病人个性化模型来研究外科手术的可变性效应
基于一定数量病人的代表性案例的新植入物的临床前检测
贴两张大脑建模图
贴两张用Simpleware建模的大脑图片 供参考Simpleware ---software solutions are based on a core image processing platform,
ScanIP, with optional bolt-on modules for FE/CFD mesh generation and CAD
integration:
*ScanIP Software - Image processing and STL generation*
ScanIP offers an extensive selection of image processing tools for
visualizing, segmenting and manipulating regions of interest. Segmented
images can be exported as STL files for CAD analysis, RP manufacturing
or, with the +ScanFE module, imported directly into leading commercial
Finite Element packages.
*+ScanFE Module - Volume and surface mesh generation*
+ScanFE generates volume and/or surface meshes, contact surfaces and
material properties from segmented data. These high quality meshes can
be directly imported into a range of commercial FE and CFD packages.
*+ScanCAD Module - Integration of CAD Models within Image Data*
+ScanCAD allows the import and interactive positioning of CAD models
within the image data. The resulting combined models can then be
exported as multi-part STL models or, using +ScanFE, converted
automatically into multi-part Finite Element or CFD meshes. 不错，继续努力，加分鼓励:)
基于灰度值赋材料属性参考文献
谢谢鼓励!提供一些参考文献 供大家参阅
Simpleware软件中用到的一些技术/算法 请参考一下文献:
If you would like to refer to papers in which the[color=blue][b] techniques/algorithms used in ScanIP/+FE/+CAD[/b][/color] are purported to be explained,you might want to reference the following papers:
1 Tabor, G., Young, P.G., Beresford West, T., Benattayallah, A., 2007. Mesh Construction from Medical Imaging for Multiphysics Simulation: Heat Transfer and Fluid Flow in Complex Geometrics. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 1(2), 126-135.
2. Watson, I.G., Lee, P.D., Dashwood, R.J., Young, P. 2006. Simulation of the Mechanical Properties of an Aluminum Matrix Composite using X-ray Microtomography. Metallurgical and Materials Transactions A, 37A, 551-558.
3. Johnson, E.A.C., Young, P.G., 2005. On the use of a patient-specific rapid-prototyped model to simulate the response of the human head to impact and comparison with analytical and finite element models. Journal of Biomechanics, 38, 39-45.
Simpleware 生成体网格输出时 可基于灰度值赋材料属性 有关材料属性与原始H值的相互关系 请参考文献:
If you are looking for references for the relationship [b][color=blue]between bone material properties and original Hounsfield values[/color][/b], please find some references below:
1. Hobatho, Marie-Christine, Rho, Jac Y., Ashman, Richard B. “Anatomical Variation of Human Cancellous Bone Mechanical Properties In Vitro” Studies in Health Technology and Informatics, Vol. 40 (1997) 157-173
2. Rho, J.Y., Hobatho, M.C., and Ashman, R.B. “Relations of Mechanical Properties to Density and CT Numbers in Human Bone” Medical Engineering and Physics, Vol. 17, No. 5 (1995) 347-355
3.Taylor, W.R., Roland, E., Ploeg, H., Hertig, D., Klabunde, R., Warner, M.D., Hobatho, M.C., Rakotomanana, L., Clift, S.E. “Determination of Orthotropic Bone Elastic Constants Using FEA and Modal Anslysis” Journal of Biomechanics, Vol. 35 (2002) 767-773
4. McBroom, R.J., Hayes, W.C., Edwards, W.T., Goldberg, R.P., White, A.A. “Prediction of Vertebral Body Compressive Fracture using Quantitative Computed Tomography” Journal of Bone and Joint Surgery, Vol. 67-A, No. 8 (1985) 1206-1214
5.Hvid, Ivan, Bentzen, Soren M., Linde, Frank, Mosekilde, Lis, and Pongsoipetch, Buntoing. “X-Ray Quantitative Computed Tomography: The Relations to Physical Properties of Proximal Tibial Trabecular Bone Specimens” Journal of Biomechanics, Vol. 22, No. 8/9 (1989) 837-844
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2008-1-18 08:29 编辑 [/i]] 文章有点大 论坛有限制 暂传一两篇 供大家参阅
大家亦可直接搜索
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2008-1-17 16:43 编辑 [/i]] 好帖，支持 几个问题想请教：
1. simpleware 的四面体网格质量是采用什么度量？是内切球/外接球的半径比吗？
2. 尝试了FEMUR和SPINE两个案例，发现生成的网格是混合网格，有没有办法生成纯四面体网格或纯六面体网格？ 请问一下，simpleware哪里可以下载试用？
回复 25# 的帖子
1. 在ScanFE中使用的四面体质量公制是通过内外半径进行规格化的：Q=3 X Rin / Rout
其中 Rin 指内切球半径 Rout 指外接球半径。
最小质量等于或大于0.1通常表示极好的网格质量，0.05以上均可输出，0.05以下FE软件包质量警告就会出现。
在ScanFE中计算的六面体质量是一种从以下几部分导出的单一规格化的质量公制：
-能被分割的四面体质量
-面与面交叠的角度
-内角对90度的偏离
该六面体质量公制的值能被转换等效为四面体公制
2. 将ScanIP 生成的FE接口文件 导入到ScanFE中之后 生成的就全部是六面体体网格结构 可以直接输出纯六面体网格
smooth是进行表面体网格优化 在表面形成四面体的结构 以更加贴合物体的真实形态
有关质量公式的详细解说 请参考的 ScanIP_+ScanFE_参考指南 P46
由于论坛限制 无法上传
若有需要simpleware相关学习资料 请至信：[email=info@gaitech.net]info@gaitech.net[/email] ：
ScanIP_+ScanFE_+ScanCAD_Tutorials
ScanIP_+ScanFE_Reference_Guide
ScanIP_FE_CAD_用户指南
ScanIP_+ScanFE_参考指南
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2008-4-15 08:08 编辑 [/i]] 目前simpleware三维建模软件国内的免费试用 可以通过上海硅步科学仪器有限公司帮忙申请 请登陆[url=http://www.gaitech.net/]www.gaitech.net[/url] 进一步了解 也直接写信至[email=info@gaitech.net]info@gaitech.net[/email] 联系免费试用事宜
[[i] 本帖最后由 Jean_Huang 于 2008-4-15 08:08 编辑 [/i]]
求助～～～～～
前几天我用Mimics建立了一个老鼠大脑的图像，结果划分网格功能不行:'( ，害我计算老出问题:@ ，看到你们有simpleware软件:) ，不知道能帮我解决嘛:o ，期待回复～回复 29# zlliang 的帖子
simpleware 软件的第二个网格生成模块ScanFE不仅可以分别生成六面体和四面体的体网格；而且生成四面体和六面体的混合体网格，模型内部为六面体表面为四面体，从而和真实情况更加接近 更有利于后续的精确分析。若感兴趣 欢迎试用simpleware 软件 相信simpleware更加直接的建模功能以及其精确的网格结构 会给您带来不一样的体验。
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