基于X射线计算机断层扫描的Metaball描述符的三维真实地质颗粒表征与生成
图像与视频处理
2023-07-24 v1 地球物理
摘要
地质颗粒的形态对其颗粒特性和集合响应至关重要。本文提出了基于Metaball函数的解决方案，用于根据X射线计算机断层扫描（XRCT）图像对三维真实颗粒进行形态表征和生成。在表征方面，我们开发了一种基于几何的Metaball-Imaging算法。该算法能够通过一系列非重叠球体捕捉母体颗粒的主要轮廓，并通过梯度搜索细化表面纹理细节。使用四种类型的颗粒、数百个样本进行评估。结果显示，在关键形态指标（即体积、表面积、球形度、圆度、Corey形状因子、标称直径和表面等效球直径）上匹配良好，证实了其表征精度。在生成方面，我们提出了Metaball变分自编码器。借助深度神经网络，该方法能够以Metaball形式生成三维颗粒，同时保留与母体颗粒同源的形态特征。此外，该方法允许通过算术模式控制生成的形状，从而生成具有特定形状的颗粒。选择两组在样本数量和几何特征上不同的XRCT图像作为母体数据。在每个训练集上，生成一千个颗粒进行验证。通过比较生成颗粒与母体颗粒的形态和形状特征分布，证明了生成保真度。还提供了示例以展示对生成形状的可控性。结合作者先前提出的基于Metaball的模拟框架，这些方法有望为实际地质颗粒的性质和行为提供有价值的见解。
引用
@article{arxiv.2302.01931,
title = {Characterization and Generation of 3D Realistic Geological Particles with Metaball Descriptor based on X-Ray Computed Tomography},
author = {Yifeng Zhao and Xiangbo Gao and Pei Zhang and Liang Lei and S. A. Galindo-Torres and Stan Z. Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.01931},
year = {2023}
}