Lissage et simplification des surfaces

Lors du travail avec des maillages de surface, il est courant de simplifier ces maillages pour permettre leur analyse. Le lissage peut également être nécessaire, par exemple pour éviter de mesurer des structures voxelisées.

import napari_process_points_and_surfaces as nppas
import vedo

Notre point de départ est le branchoïde simulé que nous avons sauvegardé sur le disque plus tôt dans ce chapitre.

mesh = vedo.load("../../data/branchoid.ply")
surface = nppas.to_napari_surface_data(mesh)
surface

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 50.000,46.575,42.589 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.500...74.500 2.500...88.500 2.500...83.500 average size 31.277 number of vertices 19040 number of faces 38076

Lissage des maillages

Les structures circulaires que vous voyez dans cet ensemble de données résultent de l’origine des données : la surface a été créée à partir d’une image binaire. Les lignes correspondent aux bords des voxels. Mesurer la surface serait trompeur. Nous devons donc lisser l’ensemble de données avant de faire des mesures quantitatives.

smoothed_surface = nppas.smooth_surface(surface)
smoothed_surface

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 50.000,46.578,42.588 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.347...74.653 2.328...88.704 2.334...83.678 average size 31.345 number of vertices 19040 number of faces 38076

Nous pouvons également modifier la finesse du lissage appliqué.

smoothed_surface2 = nppas.smooth_surface(surface, pass_band=0.01)
smoothed_surface2

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 50.000,46.577,42.588 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.360...74.640 2.296...88.797 2.302...83.693 average size 31.349 number of vertices 19040 number of faces 38076

Les paramètres permettent également de supprimer la structure locale, en particulier le nombre d’itérations.

smoothed_surface3 = nppas.smooth_surface(surface, number_of_iterations=100,
                                         pass_band=0.00001, 
                                        )
smoothed_surface3

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 50.013,46.548,42.623 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 27.575...72.373 6.941...82.192 7.009...79.894 average size 29.331 number of vertices 19040 number of faces 38076

Il existe également d’autres fonctions pour lisser les surfaces, par exemple basées sur les moindres carrés mobiles.

nppas.smooth_surface_moving_least_squares_2d(surface, smoothing_factor=0.2)

 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ elapsed: 5s (3714.7 it/s)             (3707.5 it/s)         working ...

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 50.000,46.575,42.589 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.500...74.500 2.500...88.488 2.500...83.500 average size 31.218 number of vertices 19040 number of faces 38076

nppas.smooth_surface_moving_least_squares_2d_radius(surface, smoothing_factor=0.2, radius=3)

 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ elapsed: 5s (3572.6 it/s)             (3577.5 it/s)         working ...

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 50.000,46.575,42.589 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.500...74.500 2.500...88.500 2.500...83.500 average size 31.211 number of vertices 19040 number of faces 38076

Simplification des maillages de surface

Dans le cas où un maillage de surface a trop de sommets et de faces, son traitement peut prendre beaucoup de temps. Des maillages de surface trop détaillés peuvent également ne pas apporter d’informations supplémentaires. Il peut donc être judicieux de simplifier les surfaces, par exemple en réduisant de moitié le nombre de sommets et de faces.

simplified_surface = nppas.decimate_pro(smoothed_surface, fraction=0.5)
simplified_surface

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 50.024,46.096,39.540 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.347...74.653 2.332...88.704 2.338...83.678 average size 32.057 number of vertices 9521 number of faces 19038

Si nous simplifions trop la surface, nous risquons de perdre des informations spatiales et de la résolution. L’objet peut alors ne plus être représenté de manière appropriée.

simplified_surface2 = nppas.decimate_quadric(smoothed_surface, fraction=0.1)
simplified_surface2

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 49.963,47.454,39.244 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.366...74.634 2.312...88.678 2.318...83.672 average size 31.565 number of vertices 1905 number of faces 3806

simplified_surface2 = nppas.decimate_quadric(smoothed_surface, fraction=0.01)
simplified_surface2

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 50.146,45.715,39.357 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.440...74.623 2.344...88.258 2.412...83.760 average size 31.898 number of vertices 192 number of faces 380

simplified_surface2 = nppas.decimate_quadric(smoothed_surface, fraction=0.001)
simplified_surface2

nppas.SurfaceTuple origin (z/y/x) [0. 0. 0.] center of mass(z/y/x) 49.941,45.866,38.671 scale(z/y/x) 1.000,1.000,1.000 bounds (z/y/x) 25.548...75.905 3.858...93.107 3.380...86.408 average size 33.976 number of vertices 22 number of faces 38