Zamykanie otworów w trójwymiarowych obiektach wolumetrycznych

Abstract

Hole closing in 3D volumetric objects is a challenge in computer science because from a topologieal point of view a hole is not a subset of 3D space. Therefore it is impossible to close a hole by the use of classical methods based on connected component labeling or suppressing filters. The article presents the new algorithm of hole closing based on the algorithm presented by Aktouf e.g. in 2002 year. Algorithm presented in the paper has several advantages in comparison with the Aktouf's approach: only holes are closed but not cavities - bounded by an object disconnected fragments of background. Moreover generated patch which closes a hole corresponds to its 'geometry' and geometry of the patch is not influenced by branches of the object which are situated close to the hole. The algorithm has been tested on artificially generated objects and very complicated 3D objects which represent stress-corrosion crack to be propagated in stainless steel. The article includes also results of the algorithm tests, discussion of its properties and possible applications.

Zamykanie otworów w obiektach wolumetrycznych jest wyzwaniem w dziedzinie informatyki, gdyż z punktu widzenia topologii otwór nie jest podzbiorem przestrzeni 3D. Stąd nie można go zamknąć stosując klasyczne metody poszukiwań z wykorzystaniem algorytmów detekcji połączonych komponentów lub filtrów tłumiących. Niniejszy artykuł prezentuje algorytm zamykania otworów zbudowany na bazie algorytmu zaprezentowanego przez Aktouf i innych w 2002 roku. Proponowany algorytm posiada kilka zalet w porównaniu do algorytmu Aktouf: zamykaniu podlegają tylko otwory a nie pustki - otwory wewnątrz obiektu stanowiące rozłączne komponenty tła. Ponadto 'łata' zamykająca otwór odzwierciedla geometrię tego otworu' nie ulegając zniekształceniom wskutek występowania gałęzi obiektu w pobliżu tego otworu. Algorytm został przetestowany na sztucznie wygenerowanych obiektach jak i na bardzo skomplikowanych obiektach 3D reprezentujących propagację szczeliny korozyjno-naprężeniowej w stali nierdzewnej. Artykuł zawiera również wyniki testowania algorytmu jak i dyskusję dotyczącą jego właściwości oraz możliwych zastosowań.