[发明专利]基于微观结构图像的水泥三维仿真模型建立方法及系统

说明书

本发明公开了基于微观结构图像的水泥三维仿真模型建立方法及系统，包括：载入待建模水泥的水泥微观结构的所有二维切片图，构建GPU并行线程，给三维微观结构图像的每个二维切片图分配一个线程；在每个线程中，对每个二维切片图进行边缘检测，来获取其边缘特征散点集合；对边缘特征散点集合进行冗余剔除操作；进行缺失特征点添加，获得目标特征散点集合；对所获得的目标特征散点集合使用MLS方法进行散点集合的拟合，获取拟合的水化控制参数向量；使用GPU并行处理所有线程的方式，进行三维水泥演化过程控制和微观结构图像重构展示。

技术领域

本申请涉及三维仿真模型建模技术领域，特别是涉及基于微观结构图像的水泥三维仿真模型建立方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

水泥作为一种建筑材料，在本申请的生活中扮演着重要的角色，社会上的建筑生产活动都离不开水泥的参与。

我国是世界上当之无愧的第一大水泥生产国，但是我国水泥质量依旧达不到世界的平均水平；从低标号水泥的产量说，反映出我国水泥产量巨大和质量欠佳的突出矛盾，也反映出我国水泥研究的科学技术水平相对落后。

随着计算机建模技术的发展，研究计算机仿真技术来推动高性能水泥的生产与研发已经成为一个意义重大的课题，然而高效的三维水泥微观结构图像的重构与真实水泥演化过程仿真控制是水泥建模的基础。在计算机模拟方面也尚未得到高效的水泥水化过程仿真控制及三维展示技术。因此，针对真实水泥微观结构的特征拟合和重建，控制其水化过程的研究成为了提高水泥微观结构模拟质量、推动水泥水化建模仿真的科学发展的重要研究方向。

当下，水泥微观结构仿真与设计领域，存在虚拟水泥和混凝土测试实验室联盟合作开发的一款虚拟水泥水化仿真平台。其虚拟水泥水化仿真平台是基于第一性原理的虚拟水泥与混凝土实验模拟平台“The Virtual Cement and Concrete Testing Laboratory”(简称VCCTL)。使用VCCTL用户可以创建由硅酸盐水泥熟料、硫酸钙、粉煤灰、矿渣、石灰石和其他材料制成的水泥浆体的三维微观结构，这种通过第一性化学原理模型生成的水泥三维微观结构图像虽然可以起到启示的作用，但是本身存在的仿真模拟误差较大。该模型虽然可以起到水泥仿真的启发作用，但是，作者及多数学者认为，采用人为先验知识进行的图像生成与仿真导致生成水泥的微观结构图像不真实，仿真演化过程不可控制，仿真效果不可观察。主要表现在该模型不能展示三维水泥微观结构真实图像信息，更不能有效通过少量参数控制水泥微观结构演化过程。这些问题不仅导致了得到的水泥仿真结果的真确性难以判断，同时也不能够实现水泥三维微观结构的时变控制与查看。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请提供了基于微观结构图像的水泥三维仿真模型建立方法及系统；

第一方面，本申请提供了基于微观结构图像的水泥三维仿真模型建立方法；

基于微观结构图像的水泥三维仿真模型建立方法，包括：

载入待建模水泥的水泥微观结构的所有二维切片图，构建GPU并行线程，给三维微观结构图像的每个二维切片图分配一个线程；

在每个线程中，对每个二维切片图进行边缘检测，来获取其边缘特征散点集合；对边缘特征散点集合进行冗余剔除操作；进行缺失特征点添加，获得目标特征散点集合；对所获得的目标特征散点集合使用MLS方法进行散点集合的拟合，获取拟合的水化控制参数向量；

使用GPU并行处理所有线程的方式，进行三维水泥演化过程控制和微观结构图像重构展示。

第二方面，本申请提供了基于微观结构图像的水泥三维仿真模型建立系统；

基于微观结构图像的水泥三维仿真模型建立系统，包括：