三維重建的案例
基于激光+視覺+IMU+RTK的三維重建
激光匹配的對應點關聯
視覺三維重建的匹配原理如下圖所示
視覺三維重建過程
視覺匹配的本質就是利用多幀圖像的共視關系恢復目標的三維結構，典型方法就是BA。
視覺匹配的多視角共視約束
激光三維重建效果
激光三維重建高精度地圖1
激光三維重建高精度地圖2
視覺重建效果圖
視覺三維重建地圖，帶有顏色屬性
純激光或者視覺+IMU在大場景中可能會有一定累計誤差漂移情況，對此，加入RTK可消除累積誤差，適合進行大場景三維重建，效果如下圖所示。
激光+視覺+IMU+RTK重建效果圖
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展開 一文了解目前所有的視覺三維重建技術
基于視覺的三維重建關鍵技術研究綜述. 自動化學報, 2020, 46(4): 631-652. doi: 10.16383/j.aas.2017.c170502
三維重建經過數十年的發展, 已經取得巨大的成功。基于視覺的三維重建在計算機領域是一個重要的研究內容, 主要通過使用相關儀器來獲取物體的二維圖像數據信息, 然后, 再對獲取的數據信息進行分析處理, 最后, 利用三維重建的相關理論重建出真實環境中物體表面的輪廓信息。基于視覺的三維重建具有速度快、實時性好等優點, 能夠廣泛應用于人工智能、機器人、無人駕駛、SLAM (Simultaneous localization and mapping)、虛擬現實和3D打印等領域。三維重建技術的分類方法如下圖所示：
三維重建技術的分類
三維重建技術優缺點對比一覽
基于主動視覺的三維重建技術
基于主動視覺的三維重建技術主要包括激光掃描法、結構光法、陰影法和TOF技術、雷達技術、Kinect技術等。
1、激光掃描法
激光掃描法其實就是利用激光測距儀來進行真實場景的測量。首先, 激光測距儀發射光束到物體的表面, 然后, 根據接收信號和發送信號的時間差確定物體離激光測距儀的距離, 從而獲得測量物體的大小和形狀。
展開 基于腹部CT平片的肝臟三維重建研究
在本論文中通過對三維數據可視化理論、醫學圖像三維重建技術及實現方法的分析和研究，設計了一褰實用魄蒸于腹部CT平片的器臟三維重建軟件。實驗結果表明，該軟件較憲整地實現了基于斷層圖像序列的三維重建，重建結果的三維效果較明顯，交互性操作性強。達到了剝用腹部CT平片實現野臟三終重建,從而輔助醫生對肝臟腫瘤進行診斷的目的
基于腹部CT平片的肝臟三維重建研究.pdf
COMSOL基于切片掃描的混凝土細觀模型三維重建
本案例介紹在COMSOL內基于立方體混凝土試件的切片掃描圖像數據進行混凝土骨料及砂漿基體細觀模型的三維重建。
首先需要獲取混凝土試件的切片掃描圖像，這里采用物理切片的方式，逐層掃描尺寸為150×150×150的立方體混凝土試件斷面圖像，并通過圖像識別前處理以區分混凝土中的骨料及砂漿部分。
采用CAD斷層掃描三維重建插件將混凝土試件的斷層掃描文件在AutoCAD內進行實體模型的三維重建。
將AutoCAD混凝土模型中的骨料及水泥砂漿基體部分分別導出iges格式文件后再導入到COMSOL內。
可對三維重建后的混凝土細觀模型進行網格劃分，并完成后續的仿真模擬。
展開 
CAD斷層掃描三維重建插件 ￥5999
插件介紹
CAD斷層掃描三維重建插件可將通過CT斷層掃描或切片掃描獲取的模型圖像文件在AutoCAD內進行三維實體模型的重建。
插件支持png、jpg、jpeg、tif、tiff、bmp格式的圖像文件，所有斷層掃描文件名稱需要按照在模型中的位置順序排列，例如文件名為001、002、…099、100等，且模型的不同部分在圖像中需具備明顯的灰度差異，以確保插件可正確識別。
插件將掃描文件中獨立的連續區域分別建立部件，每個部件均可單獨選中或進行修改處理等，AutoCAD模型包含內部部件及外側基體兩大部分，分別對應掃描圖像中的白色及黑色區域。
插件目前只支持單部件為凸多面體的3D模型重建，暫不能實現復雜三維模型的重建工作。
參數說明
選擇斷層掃描文件所處的文件夾，并設置三維模型的長寬高(對應三維XYZ軸方向)，長度及寬度分別對應單張圖像的縱向及橫向尺寸，高度對應斷層掃描前進方向。模型尺寸單位與AutoCAD圖紙單位一致，默認為毫米，可通過調整AutoCAD圖紙更改單位。
模型區域參數可選擇“白色”或“黑色”，此參數根據圖像中部件對應的顏色選取即可。
三維降噪參數為體素數量，既將模型進行三維重建后若體素數量低于設定值的部件將被忽略，以消除掃描圖像中的噪點影響。
短邊修復參數單位為長度，可修復模型中小于設定值的短邊。
展開 ABAQUS基于切片圖像的混凝土細觀有限元實體模型三維重建
在混凝土細觀研究中，基于掃描數據的三維重建技術可精準還原混凝土中骨料、砂漿的分布及微觀結構特征，結合數字圖像處理與數值模擬方法，能夠量化分析材料非均質性對力學性能、裂縫擴展路徑及破壞模式的影響機制。
混凝土細觀模型三維重建的有限元模擬為優化混凝土配比設計、評估耐久性劣化行為及預測結構服役壽命提供關鍵數據支撐，同時推動細觀力學理論與先進成像技術的深度融合，具有重要的學術價值與工程應用前景。
本案例介紹通過CAD斷層掃描三維重建插件將混凝土切片掃描圖像在AutoCAD內進行骨料及水泥砂漿基體的三維實體模型重建，并導入Abaqus CAE軟件內分別建立Part部件，實現模型的裝配及網格劃分，后續可完成不同工況的混凝土細觀有限元模擬分析。
首先需要獲取混凝土的切片掃描圖像文件，并通過CAD斷層掃描三維重建插件建立AutoCAD實體模型。
在AutoCAD內將粗骨料及砂漿基體部件分別導出為iges格式文件后，以部件的形式導入到Abaqus軟件內。
對骨料及砂漿部件分別指派材料屬性，水泥砂漿部分采用混凝土損傷塑性模型（CDP），可采用EasyCDP插件快速生成不同強度的材料參數。
將骨料及砂漿部件進行裝配。
可對模型進行網格劃分，及完成后續的有限元仿真模擬。
展開 ABAQUS三維CT重建插件CT2Model3D V2版本 ￥1898
插件介紹
CT2Model3D V2.0插件采用Python 3.10研發，適配2024及以上版本的Abaqus軟件，具備在Abaqus平臺中基于CT斷層掃描圖像的三維重建功能，插件支持批量導入tif、tiff、png、jpg等格式的圖像文件，推動了數字化建模技術與有限元仿真的融合。
該插件通過集成化的圖像處理流程，能夠自動完成從CT圖像導入、三維結構重構到有限元網格生成的全過程，顯著提升了建模效率與操作便捷性。
插件內置圖像壓縮算法，可通過調整參數兼顧模型精度與單元數量，使模型三維重建有限元模擬具備可行性。
插件采用閾值分割方法，可精確區分灰度CT圖像中的不同材料類型，具備兩相材料的建模功能。
案例展示
ABAQUS基于CT斷層掃描的細觀混凝土三維重建數值模擬
https://www.yqgqt.org.cn/post/1947861
ABAQUS基于CT斷層掃描的三維圓柱體多孔結構建模
https://www.yqgqt.org.cn/post/1950189
參數說明
在構建三維模型時，Length（長度）、Width（寬度）及Height（高度）分別代表了模型沿X軸、Y軸和Z軸方向的尺寸。
展開 超表面賦能結構光三維重建 | 實現超大視場高精度實時重建
，再經特征匹配與點云拼接獲取全場景三維信息。
VolViz CT三維可視化軟件 薄層掃描三維重建渲染 ￥186
軟件介紹
VolViz CT三維可視化軟件可將CT掃描獲取的薄層文件進行三維重建并渲染出圖。
在使用軟件的可視化功能前，需采用文件菜單下的“構建3D模型”功能對斷層掃描文件進行三維重建，軟件支持png、jpg、bmp、tif、tiff等格式的CT斷層掃描文件。構建完成后點擊“加載3D模型”，并設置模型的尺寸信息，即可進行模型的可視化查看。可視化調整完成后，點擊“保存圖形”可進行圖像分辨率的設置，并保存為png、jpg等格式的圖像文件，保存為png圖像時背景為透明。
軟件支持“實體渲染”及“模型截面”兩種不同的顯示模式。
在兩種顯示模式下均可進行每種組分是否顯示、顯示范圍、顏色及不透明度的獨立調整。
在模型截面顯示模式下，可調整三個平面的截面是否顯示及截取的位置。
軟件支持可視化渲染的設置及視圖的調整。
需注意在構建3D模型時需保證原CT掃描圖片內同一組分的顏色嚴格一致。軟件基于所有CT圖像的總像素數量重建三維體素模型，如CT圖像文件較大，需評估計算機配置是否能流暢加載三維模型，或自行對原CT文件進行降采樣處理后再進行可視化渲染。
使用須知
1、軟件使用需注冊，注冊后不能更換電腦使用，售價為單機許可的價格；
2、軟件兼容Windows 7、10、11系統。
3、售后及技術支持請聯系作者。
展開 醫學影像三維重建軟件如何助力定制化3D打印植入物設計？
醫學影像的三維重建是通過計算機對二維數字斷層圖像序列形成的三維體數據進行處理，將其變換為具有直觀立體效果的圖像，來展示人體組織的三維形態。市場上常用醫學影像三維重建軟件包括：Materialise 公司的Mimics, Synopsys 的Simpleware, Able Software 公司的3D-Doctor 等。
醫學影像三維重建軟件在個性化醫療器械設計開發中起到日益重要的作用，結合仿真模擬技術、3D打印技術在醫療器械制造中的應用發展，這些技術為醫療器械，特別是定制化醫療器械的設計開發提供了高效的解決方案。本期3D科學谷將分享Corin Group，360 Knee Systems等骨科醫療器械公司使用醫學圖像三維重建軟件開發定制化植入物的應用案例。
圖片來源：Simpleware Product Group
用于手術規劃、仿真分析、植入物設計...
使患者獲得長期的舒適度，是骨科植入手術的關鍵目標。手術時，植入物能否被準確放置，是影響舒適度和是否會產生翻修手術的重要因素。在骨科治療中，有些使用標準化植入物無法治療、修復的病例需要通過個性化定制植入物進行治療，醫生和工程師可以為患者定制設計任何所需的個性化植入物，并作出合適的手術決策。
定制化植入物設計和術前規劃領域出現了很多技術應用趨勢，包括：拓撲優化，有限元分析（FEA），復合材料/材料測試，逆向工程，3D打印和法規遵從。一些公司正在使用基于3D圖像建模軟件，以非侵入的方式設計和測試植入物的性能。
Corin Group，360 Knee Systems等醫療器械公司通過應用醫學掃描影像、影像三維重建軟件、3D打印技術和激光引導手術，展示了成功和可重復的工作流程。
展開 斷層掃描圖像的三維重建及快速原型制造
斷層掃描圖像的三維重建及快速原型制造
引言：
快速原型技術經過20多年的發展，已經發展得相當成熟。目前CT、MRI等斷層掃描技術在診斷方面應用相當廣泛。但是這些斷層掃描的圖片有其本身的局限性，二維圖片往往讓外科醫生不能很好的對病理進行分析。翻閱大量的序列斷層圖片，不及將這些圖片三維重建，將實體模型拿在手上進行分析得到的信息多。比利時Materialise公司開發的Mimics是連接斷層掃描圖片與快速原型制造的橋梁。
圖片的導入
針對目前標準的DICOM文件格式，Mimics提供了自動的導入功能。用戶只需要在導入向導的指引下就可以導入整個目錄下的文件或是部分文件。同時，還可以通過半自動的方式導入BMP和TIFF文件，手動的方式導入其他的文件。
組織的提取及三維重建
導入原始的斷層圖片后，MIMICS會自動計算生成冠狀面圖和矢狀面圖。Mimics用三個視圖來顯示這三個位置的圖片，并且這三個視圖是相會關聯的，可以通過鼠標和定位工具欄快速定位，如圖1所示。右上角的圖是原始的掃描圖像，左上角和下角是由原始橫斷面圖像計算生成的冠狀面和矢狀面圖像。紅線指示橫斷面圖像的位置，黃線指示冠狀面圖像的位置，綠線指示矢狀面位置。
圖1 Mimics的用戶界面
斷層圖片中，不同組織的灰度值不同，故此可以通過閾值來提取相應的組織，如圖2所示。
圖 2 設置恰當的閾值提取組織
從圖中可以看出，著色的象素其灰度值落在閾值之間，故其被提取。準確的設置閾值是提取組織的關鍵，閾值提取組織的時候，可以通過看圖，檢查提取的組織是否合適。圖3-A的閾值左區間設置得太低，故而提取了許多噪點。圖3-B的閾值左區間設置得太高，故而有許多骨組織丟失。
展開 
ABAQUS切片掃描三維重建再生骨料混凝土細觀損傷斷裂數值模擬
本案例基于ABAQUS AbyssFish CT2Model 3D V2.0插件，利用混凝土立方體試件的切片掃描圖像實現高精度有限元模型三維重建，精準劃分骨料及水泥砂漿區域，構建三維再生骨料混凝土細觀模型。施加單軸壓縮荷載，動態追蹤再生混凝土的損傷演化過程，揭示裂紋的萌生及擴展機制。本案例基于真實結構的三維重建，突破傳統隨機模型的局限性，為再生混凝土的性能優化提供可靠理論依據。
獲取混凝土內部切片圖像數據的方法主要有以下兩種：一是X射線斷層掃描（CT/XRM），其原理是利用X射線穿透混凝土試件，通過采集多角度投影數據，反演生成三維內部結構圖像；二是物理切片法，將試件切割成薄片，并對切片進行圖像采集。
獲取到試件切片圖像數據后，對圖像進行預處理以區分骨料及砂漿區域，然后即可在ABAQUS內直接采用CT2Model 3D插件將切片圖像進行混凝土細觀模型的三維重建。
由于需要考慮再生骨料及砂漿的細觀損傷斷裂，因此采用EasyCDP插件分別生成兩種損傷塑性材料模型，砂漿材料20 MPa，再生骨料15.8 MPa，并將CT2Model 3D插件建模時生成的Section中的空材料替換為CDP材料。
將模型裝配，設置分析步并施加軸心受壓載荷，需要注意載荷應施加到試件成型時的側面。
建立并提交作業，查看模擬結果。
可觀察到裂紋開展穿過再生骨料。
展開 ABAQUS基于CT斷層掃描的細觀混凝土三維重建數值模擬
本文介紹一種基于混凝土CT斷層掃描圖像在Abaqus有限元軟件內進行三維混凝土細觀模型的建模方法，實現混凝土粗骨料及砂漿的三維重構并對其采用塑性損傷模型（CDP）進行有限元模擬。
首先采用X射線CT技術獲取混凝土的斷層掃描圖像數據。
在Abaqus CAE軟件內，采用AbyssFish CT2Model 3D V1.0插件對CT斷層掃描文件在Abaqus內進行細觀混凝土三維重建。
三維重建的混凝土細觀模型包括粗骨料、砂漿基體雙相材料。
由于在混凝土中粗骨料強度遠高于砂漿部分，混凝土在發生破壞時粗骨料一般不斷裂，因此模型中僅對砂漿部分設置混凝土損傷塑性（Concrete Damaged Plasticity）材料參數。
對模型添加分析步，并設置場輸出及歷程輸出。
添加載荷，混凝土模型上表面指定一個位移，對下表面添加約束，以模擬混凝土試件的單軸受壓狀態。
創建并提交作業，查看混凝土細觀模型的破壞結果。
展開 件構建顱骨三維實體重建模型的研究
對Mimics軟件內構建顱骨三維實體重建模型的參數設置加以研究，以提高顱骨缺損區植入體設計的精確度。 利用GE 64排螺旋CT對21個正常頭顱和10個有顱骨缺損頭顱以層厚5mm，間隔5mm的方式進行掃描，隨后將獲得的1.25mm層厚的薄層圖像以Dicom格式導入Mimics軟件，基于三維實體重建獲得21個正常顱頂和10個缺損頭顱的三維模型，利用鏡像技術獲得缺損區植入體模型。
件構建顱骨三維實體重建模型的研究.doc
數字巖心三維重建及滲流仿真 ￥3000
三維重建模型如圖所示：
滲流流線分析結果如圖所示：
