Suavizado y simplificación de superficies

Cuando se trabaja con mallas de superficie, es una tarea común simplificar estas mallas para permitir su análisis. También puede ser necesario suavizarlas, por ejemplo, para evitar medir estructuras voxeladas.

import napari_process_points_and_surfaces as nppas
import vedo

Nuestro punto de partida es el branchoide simulado que guardamos en el disco anteriormente en este capítulo.

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

Suavizado de mallas

Las estructuras circulares que ves en este conjunto de datos resultan del origen de los datos: La superficie fue creada a partir de una imagen binaria. Las líneas corresponden a bordes de vóxeles. Medir el área de la superficie sería engañoso. Por lo tanto, necesitamos suavizar el conjunto de datos antes de hacer mediciones cuantitativas.

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

También podemos modificar qué tan fino se aplica el suavizado.

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

Los parámetros también permiten eliminar la estructura local, en particular el número de iteraciones.

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

También hay más funciones para suavizar superficies, por ejemplo, basadas en mínimos cuadrados móviles.

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

Simplificación de mallas de superficie

En caso de que una malla de superficie tenga demasiados vértices y caras, su procesamiento puede llevar mucho tiempo. Las mallas de superficie demasiado detalladas pueden no aportar información adicional. Por lo tanto, puede tener sentido simplificar las superficies, por ejemplo, reduciendo a la mitad el número de vértices y caras.

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 simplificamos demasiado la superficie, podemos perder información espacial y resolución. El objeto puede entonces no estar representado adecuadamente.

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