通过闭环平面轮廓数组创建三角形网格的Python实现

问题描述

我有点被困住了。

我有一个3D点云（由（n，3）个顶点组成的数组），我试图在其中生成3D三角形网格。到目前为止，我还没有运气。

数据的格式为：

• （x，y）值以规则间隔（z）间隔。可以将数据视为在z方向上逐片存储的闭环平面轮廓。
• 数据中的顶点必须是网格三角形的绝对位置（即，我不希望它们平滑以使体积开始改变形状，但是层之间的线性插值很好）。

插图：

Z=2. : ..x-------x...   <- Contour 2
Z=1.5: ...\......|...   <- Join the two contours into a mesh.
Z=1. : .....x----x...   <- Contour 1
Repeat for n slices,end up with an enclosed 3D triangular mesh.

我尝试过的事情：

• 使用Open3D：
  • The rolling ball (pivot) method只能完成75％的网格，并且留下较大的区域不完整（尽管有各种大小的球）。在顶部和底部切片中存在一些特别的问题，在这些切片中，中间的缝隙往往比较大（即平坦的表面）。
  • The Poisson reconstruction method使音量过大，我不再能准确表示音量。这种情况发生在3至12点的所有深度。
• CGAL：
  • 我无法让它为我的一生工作。 SWIG不是很好，使用SWIG的CGAL实施也不是很好。
  • 有两种CGAL的PyBind实现，但是它们尚未并入CGAL的3D三角测量库。
• 探索了其他模块，例如PyMesh，TriMesh，TetGen，Scikit-Geometry，Shapely等。我可能一直错过答案。

鉴于我的数据是一个闭环平面轮廓的列表，似乎必须要有一些简单的解决方案才能将相邻的切片轮廓“连接”到一个大的3d网格中。就像您在搅拌机中一样。 有一些非python解决方案（例如MeshLab）可以很好地解决这些问题，但是我需要一个python解决方案。有人有什么想法吗？我对VTK和ITK进行了一些了解，但到目前为止还没有找到我真正想要的东西。

我也开始考虑也许可以对切片之间的中间轮廓进行插值，并用顶点填充顶部和底部的轮廓，以使数据对“枢轴球”方法更加友好。

在此先感谢您的帮助。 如果有一个好的方法尚未进行编码，我保证会对其进行编码，并使其适用于我所处的环境：）

解决方法

实际上，有两种方法可以在python中具有meshlab功能：

1. 第一个是第三方的MeshLabXML（https://github.com/3DLIRIOUS/MeshLabXML），是Meshlab脚本接口的Python脚本接口。
2. 第二个是PyMeshLab（https://github.com/cnr-isti-vclab/PyMeshLab），这是MeshLab作者（目前处于Alpha阶段）正在进行的一项工作，旨在将Python直接绑定到所有meshlab过滤器

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《医学物理学杂志》上有一篇标题为"Technical Note: an algorithm and software for conversion of radiotherapy contour‐sequence data to ready‐to‐print 3D structures"的整洁论文，很好地描述了这个问题。不需要python软件包，但是使用numpy更容易实现。不需要任何3D软件包。

提供了一个有用的摘录： ...

1. 确定构成指定结构的切片（2D轮廓）的数量。
2. 确定每个切片中的点数。
3. 提取每个切片中每个点的笛卡尔坐标并将其存储在专用数据结构中...
4. 重新排列每个切片（曲线）中的点数，以使起点（索引为0的点）是后续切片之间的最接近点。重新计数从点0开始，切片0（z坐标最低的切片）。
确定每个曲线的方向（即，由点相对于曲线的内部/外部的增加的索引确定的方向）。如果发现切片之间存在差异，则不匹配曲线中的点编号（以及方向）将相反。
5. 所考虑结构的侧面是离散的。相邻层的点排列成三份，构成STL文件的三角形小平面。对于每个三角形，最接近的点与每个图层的后续索引都被连接。
6. 所考虑结构的上下基础表面是离散的。程序对曲线上的每三个后续点进行迭代，并检查它们是否属于边的凸部。如果是，则将它们连接到一个构面，然后从进一步的迭代中删除中间点。

因此，基本上，这是将每个切片中的数据集与每个切片的最近值对齐的问题。然后对齐每个轮廓的方向。然后根据距离将两层之间的点连接起来。

本文还提供了执行此操作的代码（用于DICOM文件），但是我自己重新编写了该代码，它很吸引人。

我希望这对其他人有帮助！确保在使用此功能的任何工作中都赞誉作者。

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pymadcad的最新功能可以做到这一点，不确定是否符合“旋转球”之类的确切期望，请检查doc for blending

从轮廓列表开始，它可以生成混合曲面以将它们连接起来：

出于您的目的，我认为最好的方法之一是：

• blendpair(line1,line2)
• junction(*lines)