[发明专利]一种树洞三维模型合并的方法

权利要求书

1.一种树洞三维模型合并的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、利用计算机断层扫描需要合并的两个带有树洞的树干；

将需要合并的两个树洞的树干，以洞口向上的方式水平放置在CT床，以床平面为基准平面，把每个树洞自上顶到下底，保持每层的间距均匀的基础上，扫描成n个独立扫描层，并命名；

步骤二、输出步骤一需要合并的两个带有树洞树干的扫描文件，并将扫描文件进行分类；

将利用CT床扫描的文件输出，扫描文件以DICOM格式输出后，并将文件分类，第一类是对树洞上顶以上树干和下底以下树干的扫描文件；第二类是非洞口扫描图像；第三类是洞口扫描图像：

将分类后的DICOM格式扫描文件转化成JPG格式，并导入CAD软件进行矢量化处理，转化成DWG格式，使用AutoCAD的插件进行编程；

步骤三、找出树洞内、外径的独立质心；

根据步骤二中分类后的树洞，分别找出树洞内、外径的独立质心；

对于非洞口扫描图像和对于洞口扫描图像的质心找出方法如下：

对于非洞口扫描图像层，利用CAD的面域功能确定第一层内径的质心，用同样方法找外径的质心；

对于洞口扫描图像层，用CATIA软件中的约束功能找到树洞开口部位两侧壁之间的最近距离，连接点P1和P2成直线S，用一条直线按平行于直线S的方向往洞口外以间距1mm运动，运动的过程中会不断形成与洞口外壁两端相交的交点，当直线S运动到单侧或双侧同时脱离洞口外壁时，此时交点变成只有一个，此时找到前一个位移形成的2个交点，命名为P3和P4，连接这2个交点形成直线Se，Se便是用来闭合外径的虚拟部分；以直线S为对称轴，S与Se的间距为标尺，在直线S靠近质心的位置设置一条与S间距等同于标尺的直线，该直线与树洞内壁有两个交点，连接这两个交点P5和P6形成直线Si，Si便是用来闭合内径的虚拟部分；此时使用Si和Se便可把带有洞口的扫描文件从“U型”变为“O型”，随之按非洞口扫描图像的方式处理，找出洞口扫描图像内径质心Ci和洞口扫描图像外径质心Ce；连接洞口扫描图像内径质心Ci和洞口扫描图像外径质心Ce，并利用CAD软件的捕捉功能找到内径质心Ci与外径质心Ce的中点，该中点即是某独立层的质心C1；

步骤四、找出需要合并树洞的纵轴线；

把所有扫描图层依照序号，以基准线平行的方式排列，保持每层的间距均匀的基础上，做成一个基准面，由于每一根基准线都对应有第二步提取出的质心，于是在基准面的一侧的空间内，会形成一条不连续的曲线，使用“最小包围盒”的方法找出这条由质心形成的不连续曲线的包围盒，该包围盒具有轴对称的性质，而此轴即可代表由质心形成的不连续曲线，作为树洞的纵轴线；

步骤五、找出需要合并树洞的横轴线；

在带有树洞开口的若干洞口扫描层上，以基准线做参照物计算树洞开口的方向作为该树洞的横轴线；

方法如下，利用步骤三方法中找到P1和P2，分别连接质心C1与P1，C1与P2，形成两条直线，这两条直线的夹角的角平分线就是该层的横轴，假设是带有树洞开口的第一个扫描层，那么该层的横轴就是H1；

此时，该层横轴的反向延长线会与该层基准线有一个交角，如设定基准线与该层横轴的反向延长线的交点的某一方向为0度角的话，那么该层横轴的反向延长线会在0-180度的值域内会有一个对应值，该值便是该层的横轴与基准线的角度值，求得所有带有树洞开口层横轴与基准线的角度均值，该均值就是独立树洞相对于基准线的横轴方向；

步骤六、对需要合并的两个树洞序号一致的两个单独层合并；

将需要合并的两个树洞分别命名为A树洞和B树洞；

将A、B各树洞的纵轴合并成一条直线，将两个树洞的基准面重合，并使两个横轴与基准面的角度保持一致，此时各取两个独立树洞的第一层，叠加在同一个平面，以俯视图视角来看，从轴心向0°角方向射出一条射线，该射线会遇到4个交点，这四个交点分别是与A树洞的内径交点NAi；与A树洞的外径交点NAe；以及B树洞的内径交点NBi；与B树洞的外径交点NBe；

接着求出NAi与NBi的中心NABi，同理求出的NAe与NBe中心NABe；NABi与NABe这两个点为需要合并的A、B树洞第一层合并后，新合并层内径和外径在0度方向上的点；

以上述方法，当从轴心射出的360条线都按照如上方式计算，形成360个NABi点与360个NABe点，把360个NABi点连接起来便是合并后第一层的内径，把360个NABe点连接起来便是合并后第一层的外径，此时确立了新合并层第一层的图形，以此类推计算出n个新合并图层的形状；

步骤七、完成了需要合并的两个树洞三维模型的合并；

合并后的纵轴与横轴作为三维坐标的参考系，由于两个树洞高度不同，按同一层数扫描时，扫描间距不同，所以在用纵轴线做骨架把n个新图层叠加起来时，需要用2个树洞扫描间距的均值，作为新的3D图像的图层间距，连接所有内径表面和外径表面，便完成了两个树洞三维模型的合并。

2.根据权利要求1所述的一种树洞三维模型合并的方法，其特征在于：步骤二中将利用CT床扫描的文件输出，扫描文件以DICOM格式输出后，并将文件分为三类：

第一类是对树洞上顶以上树干和下底以下树干的扫描文件；

第二类非洞口扫描图像，此类图像是由两条不规则的封闭曲线互相嵌套而成；

第三类是洞口扫描图像，此类图像由两条不封闭曲线在洞口处相交而成。