[发明专利]基于粒子群优化与贝塞尔曲线的颗粒形状模拟方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于粒子群优化与贝塞尔曲线的颗粒形状模拟方法及系统，该方法包括步骤：利用分类器对获取的待处理图像进行图像分割，获得单个颗粒的图像；针对于单个颗粒的图像，提取颗粒的边界点，并基于设定的贝塞尔曲线段的数量，将提取到的若干个边界点划分为多个子集；基于贝塞尔曲线将所述子集进行拟合，且在拟合过程中基于粒子群优化算法确定拟合的最优控制点；基于所述最优控制点形成封闭的颗粒形状轮廓，完成颗粒形状模拟。本发明基于粒子群优化与贝塞尔曲线模拟的颗粒形状通常能具备较高的精度，相对于多边形颗粒模型而言，它对线段数量的依赖性较低，即较少的线段也能模拟得到较高精度的颗粒形状。

技术领域

本发明涉及颗粒材料力学研究技术领域，特别涉及一种基于粒子群优化与贝塞尔曲线的颗粒形状模拟方法及系统。

背景技术

颗粒材料广泛存在于自然界中，对于颗粒材料力学性质的研究具有重要的工程意义。现实中可见的颗粒大多呈现不规则形状，这种颗粒的不规则性对于其宏观性质具有显著的影响。由于在离散元建模中，图像所代表的颗粒形状不能直接使用，它们需要使用颗粒模型转换为颗粒模板，因此根据真实颗粒材料的形状建立颗粒模型是当前计算力学研究的前沿。

目前模拟颗粒真实形状的方法有一些，例如：多边形、傅里叶级数等等。多边形方法是将颗粒材料真实形态分段进行拟合，可以较为准确地模拟出真实颗粒材料的形状。但是多边形方法也存在一定缺陷，就是分段数越多，形状模拟的准确度越高，但是造成的计算量也就越大，需要耗用较大计算资源，因此，为了降低成本，目前通常只进行少量分段处理，继而导致模拟的真实度较差。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的颗粒形状模拟的准确度不高的技术问题，提供一种基于粒子群优化与贝塞尔曲线的颗粒形状模拟方法及系统，在尽量不增加计算资源的情况下提高模拟的准确度。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种基于粒子群优化与贝塞尔曲线的颗粒形状模拟方法，包括以下步骤：

利用分类器对获取的待处理图像进行图像分割，获得单个颗粒的图像；

针对于单个颗粒的图像，提取颗粒的边界点，并基于设定的贝塞尔曲线段的数量，将提取到的若干个边界点划分为多个子集；

基于贝塞尔曲线将所述子集进行拟合，且在拟合过程中基于粒子群优化算法确定拟合的最优控制点；

基于所述最优控制点形成封闭的颗粒形状轮廓，完成颗粒形状模拟。

在进一步优化的方案中，所述待处理图像为CT图像。

用于获取颗粒材料形态特征的成像技术主要包括摄影、扫描电镜和X射线计算机断层扫描(CT扫描)，摄影和扫描电镜仅提供二维形态学信息(即二维图像)，CT扫描可直接获取三维形态信息，因此，采用CT扫描获取CT图像，更有利于得到更真实的图像，继而进一步提高颗粒形状模拟的准确度。

在进一步优化的方案中，所述针对于单个颗粒的图像，提取颗粒的边界点，并将提取到的若干个边界点划分为多个子集的步骤，包括：利用单个颗粒的图像，提取颗粒的边界点，并寻找边界点的凸包作为颗粒的外轮廓；给定贝塞尔曲线段的数量，确定每个贝塞尔曲线段末端的支持方向；找到每个支持方向的支持点，并将这些支持点作为分割位置，通过分割位置将若干个边界点划分为多个子集。