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建模工具 博客文章

如何将图像转换为几何模型

2020年 1月 23日

“图像到曲线”是 COMSOL Multiphysics 的一个产品插件,通过它您可以将图像用作仿真分析的起点。通过此插件,将导入图像的轮廓图创建为插值曲线,然后将其转化为几何的一部分。本文我们将演示如何使用此功能。 “图像到曲线”插件简介 下图展示了基于用黑色标记线绘制的轮廓照片创建扫掠网格的一些步骤。在这种情况下,通过拉伸 2D 几何图形来创建 3D 模型。 导入的照片(用智能手机拍摄),其中的轮廓用黑色标记线画出,并带有包覆的轮廓线(绿色细线)。 从图像到几何的转换过程中,删除产生的一些无关域而得到的实体几何轮廓。 基于黑色标记线轮廓的扫掠网格。 启用“图像到曲线”插件 首先,选择“模型开发器”中的“开发人员”选项卡,单击“插件库”,然后从“插件库”启用 “图像到曲线” 插件。 插件库按钮。 从列表中,选中“图像到曲线”插件的复选框以启用它。 插件库窗口。 单击“开发人员”选项卡上的“插件”按钮时,将显示“图像到曲线”插件。 通过“开发人员”选项卡访问插件。 “图像到曲线”设置窗口 “图像到曲线” 插件的 “设置窗口” 如下所示。顶部有5个工具栏按钮,并有5个不同设置项目的栏。 图像到曲线 “设置窗口”。 通过 “设置窗口” 顶部的工具栏在不同步骤之间导航。 “要弯曲的图像”加载项的工具栏按钮。 “图像到曲线”插件按钮包括: 重启 将所有值重置为出厂设置 绘图 渲染原始导入的图像,不包含任何过滤器 过滤器 使用 “图像” 栏中指定的 “过滤器” 渲染过滤的图像 轮廓 使用“ 轮廓”栏中的阈值设置绘制图像轮廓 曲线 在2D几何序列或3D工作平面中创建插值曲线节点 曲线插值公差可以在 “曲线” 栏中进行调整 “图像到曲线”插件栏包括: 图片 轮廓 曲线 目标 高级 下面将详细描述各栏的设置项。 图像栏 要导入图像,请在插件“设置窗口”的“图像”栏中单击“浏览”按钮,打开文件浏览器,您可以在其中选择要导入的图像。 图像栏 图像可以是物体或图像的照片,支持的格式为.png,.jpg,.jpeg,.bmp和.gif。 为了创建高质量的几何图形,图像最好应在较亮的背景上为深色,或在较暗的背景上为浅色。导入时,彩色图像将会转换为灰度图像。导入后,“图像”栏中将显示有关图像尺寸(以像素为单位)的信息(x尺寸和y尺寸),以当前长度单位表示的图像宽度,由“几何”节点、“文件名”和用于处理图片的“过滤器”确定。 通过更改图像宽度值,可以调整最终几何图形的尺寸。以后也可以通过在几何序列中添加比例要素节点来更改此设置。滤镜选项包括一些模糊滤镜和锐化滤镜,如下图所示。 过滤器设置 使用这些滤镜可减少导入图像中的噪点(模糊)或增强边缘(锐化),更改滤镜将更改从图像提取的曲线的形状,默认值为高斯模糊滤镜。如果有必要,请在导入之前使用专用的图像处理软件进一步处理图像。单击工具栏中的“绘图”或“过滤器”按钮分别渲染原始图像或过滤后的图像。 轮廓栏 默认情况下,轮廓曲线会自动放置在相对于过滤之后的图像中像素强度级别接近于平均阈值的位置。 如需手动控制轮廓阈值,请清除“自动轮廓阈值”复选框。 轮廓栏 单击工具栏中的“轮廓”按钮以可视化轮廓曲线和图像,下图所示为一个导入的工字梁轮廓图。 工字梁图像的图像轮廓(绿色)。 如要检查像素值,请在“图像到曲线”图组中,选择“表面”节点,然后单击“图形”窗口。像素值和坐标在评估2D表中显示,如下图所示。 表格中显示工字梁图像的像素灰度值。 曲线栏 单击工具栏中的“曲线”按钮,以2D几何序列或3D工作平面生成“插值曲线”节点。默认情况下,“曲线”类型设置为“开放”,但是您可以将其更改为“闭合”或“实体”。曲线容差设置确定曲线应近似于轮廓曲线的程度。 曲线栏 下图显示了工字梁示例,其中“曲线”类型使用“实体”,并且“曲线公差”为0.0。 基于工字梁的图像轮廓的2D实体几何。 目标栏 […]

开发用于按需DNA合成的硅MEMS芯片

2020年 1月 21日

体细胞基因组编辑逐渐表现出能够治疗多种遗传疾病的能力。随着功能强大的基因组编辑工具 CRISPR-Cas9 的不断发展,人们对 DNA 合成技术的需求也越来越多。一家总部位于英国的初创公司正在开发一个平台,用于高度平行、精确以及可扩展的 DNA 合成,这将大大拓宽合成生物学的应用前景。 DNA 研究的新领域 传统的 DNA 合成技术是通过化学构建一串碱基,以形成一条单链的一个片段,然后将这些片段连接在一起,形成双链DNA。这种方法造价昂贵且非常耗时,这就限制了合成生物学的应用前景。一个可以合成整个基因序列的 DNA 平台将会改变每个实验室中 DNA 合成的格局。现今,总部位于英国剑桥的初创公司 Evonetix 正在开发一种芯片系统,以实现这一目标。 Evonetix 正在开发的平台上包含有多个反应位点的硅芯片,每个反应位点都可以并行合成一条不同的 DNA 链。各个位点都有一层金,上面会发生生化反应。同时也有一些保护区域,这些保护区域将位点与之间的被动区域热隔离。 在芯片实验室里做的晶片硅上的单个反应位点。图片由 Evonetix 提供。 热控制是芯片最重要的方面之一。可以通过热控制来加速或减速芯片上各个位置的反应,就像电灯开关一样打开或关闭这些位置。热控制还可以精确且独立地控制反应位点处流体体积的温度,这种控制可以创建 “虚拟热井” ,从而消除反应位点之间的物理屏障,并允许试剂可以同时流过数千个位置。这样,当含化学试剂的液体流过这些位点时,取决于温度的反应就可以以高度并行的格式进行或者关闭。 该芯片的另一个方面是其专有的错误检测方法,这种方法可以提高良率。反应位点上生长的 DNA 序列会自动纯化以消除错误,然后再将它们组合成更长的高保真基因序列。 设计目标 为了使硅芯片可以尽可能有效地合成 DNA,Evonetix 团队想到需要优化其几何形状和材料。他们对该芯片有三个主要设计目标: 反应位点处温度均匀 反应位点上单位功率的高温升速率 流体流动过程中稳定的温度分布 首先,反应位点处保证其温度均匀很重要,因为温度可以精确控制反应。Evonetix 物理负责人 Andrew Ferguson 说:“化学反应是随着温度变化而开启的,我们希望可以精确地控制反应速率。” 其次,反应位点上单位功率的高温升速率可以使芯片的总功率保持在较低的水平。最后,芯片上稳定的温度分布确保了反应可以在流体流动条件下发生。 在 COMSOL Multiphysics® 中为硅 MEMS 芯片建模 Evonetix 团队使用 COMSOL Multiphysics® 软件在其硅芯片设计上模拟 DNA 合成。Evonetix的高级工程师 Vijay Narayan 说,“我很喜欢 COMSOL Multiphysics 的用户界面。它可以让我们专注于物理学,同时确保方程的数值结果能得到很好的后处理。”他们使用 COMSOL Multiphysics 中的内置材料以及来自文献的外部材料数据,建立了具有真实材料参数的模型。 首先,该团队使用 COMSOL Multiphysics 构建芯片的单个单元(包括反应部位和加热器)的几何形状,以满足上述三个设计要求。该 ECAD导入模块 使他们能够轻松地将他们的设计从 GDS(CAD 文件格式)导入到 COMSOL Multiphysics 软件中。Narayan说:“系统的设计,尤其是对加热器的设计,可以非常精确,并且具有非常严格的设计规则,同时 ECAD 导入模块提供了更多的灵活性。” 这一功能也使设计团队能够在原型制作阶段直接向制造商提供设计图样。 包括一个反应位点的几何模型图。图片由 Evonetix 提供。 为了分析系统的稳态和瞬态热响应,研究小组使用了传热模块。他们通过使用 电磁加热 接口,让电流流经加热器来评估系统的温度控制能力。为了扩展热分析,该团队通过添加 层流 和 非等温流 多物理场耦合来描述流体流动。 […]

如何定制 COMSOL Desktop® 和使用键盘快捷键

2018年 12月 11日

想要提高建模过程的效率吗?阅读本文,了解如何定制 COMSOL Desktop® 以及各种实用的键盘快捷键,提升你的建模技巧。

如何在 COMSOL Multiphysics® 中搜索特定 App

2018年 5月 10日

COMSOL® 软件的“案例库”提供了大量用于演示特定功能与建模技巧的案例。了解如何快速搜索特定的案例。

如何使用模型方法来加速 COMSOL® 工作流程

2017年 6月 22日

方法不仅可以加快使用“App 开发器”创建仿真 App 的流程。实际上,您可以创建模型方法来自动完成重复的建模操作,从而简化工作流程。

如何及何时在 COMSOL Multiphysics® 中打开恢复文件

2017年 2月 7日

如果软件在仿真收敛之前意外关闭,请使用“打开恢复文件”功能来接续未能完成的工作,最终获得模型解。

COMSOL Multiphysics® 直观的建模环境

2016年 6月 28日

仿真,是一件极为强大的工具,借助它可以让您对自己产品的设计性能有直观、全面的了解。研究的物理场或许很复杂,然而却可以在简单的建模环境中进行此类研究。正是以这一理念作为软件设计背后的逻辑,COMSOL Multiphysics® 软件的用户界面(UI)才不断被优化、易用性也在不断提升。在本篇博客文章中,我们从多个相关教学视频中挑选了其中三个具有代表性的视频,希望能为您熟悉建模环境及学习相关工具的使用提供指导。

使用事件接口模拟温控器

2015年 2月 19日

温控器 装置的作用是感测系统温度,并基于温度信息控制系统中的加热器和冷却器,使系统温度始终接近期设定值。温控器种类众多,我们今天只重点介绍一种利用两个设定点自动打开或停止加热器的温控器。这种温控器被称为开关式 控制器或继电式 控制器,我们可以使用 COMSOL Multiphysics 的事件 接口对其进行模拟。


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