Mesh Generation and Isogeometric Analysis

[EN]We present advances of the meccano method [1,2] for tetrahedral mesh generation and volumetric parameterization of solids. The method combines several former procedures: a mapping from the meccano boundary to the solid surface, a 3-D local refinement algorithm and a simultaneous mesh untangling and smoothing. The key of the method lies in defining a one-to-one volumetric transformation between the parametric and physical domains. Results with adaptive finite elements will be shown for several engineering problems. In addition, the application of the method to T-spline modelling and isogeometric analysis [3,4] of complex geometries will be introduced…

T-spline parameterization of 2D geometries based on the meccano method with a new T-mesh optimization algorithm

[EN]We present a new method, based on the idea of the meccano method and a novel T-mesh optimization procedure, to construct a T-spline parameterization of 2D geometries for the application of isogeometric analysis. The proposed method only demands a boundary representation of the geometry as input data. The algorithm obtains, as a result, high quality parametric transformation between 2D objects and the parametric domain, the unit square. First, we define a parametric mapping between the input boundary of the object and the boundary of the parametric domain. Then, we build a T-mesh adapted to the geometric singularities of the domain in order to preserve the features of the object boundary with a desired tolerance…

Tetrahedral mesh optimization combining boundary and inner node relocation and adaptive local refinement

[EN]This work introduces a new technique for tetrahedral mesh optimization. The procedure relocates boundary and inner nodes without changing the mesh topology. In order to maintain the boundary approximation while boundary nodes are moved, a local refinement of tetrahedra with faces on the solid boundary is necessary in some cases. New nodes are projected on the boundary by using a surface parameterization. In this work, the proposed method is applied to tetrahedral meshes of genus-zero solids that are generated by the meccano method. In this case, the solid boundary is automatically decomposed into six surface patches which are parameterized into the six faces of a cube with the Floater parameterization...

Surface insertion in a tetrahedral mesh using the meccano method

[EN]This work presents an innovative method to insert an open surface in a tetrahedral mesh. The insertion of a surface in a mesh can be done with 2 different approaches: introduce the surface to the geometry before generating the mesh, or insert the surface once the mesh is generated. This work uses the second approach. Essentially, the surface is first approximated by a set of faces of the existing mesh. This set is refined to obtain a more accurate approximation. Finally, the set is processed to satisfy some topological properties and projected to the actual surface. The strategy is based on a mesh generated by the Meccano Method…

Un metodo multilivello per la semplificazione di mesh poligonali da scanner 3D

L'algoritmo di semplificazione proposto in questa tesi agisce in modo iterativo su due livelli, in una prima fase alla mesh viene applicato un operatore di smoothing e alla mesh così elaborata viene poi applicata la decimazione. L'alternanza di questi due operatori permette di avere mesh semplificate che mantengono però una qualità maggiore rispetto al risultato che si avrebbe invece applicando solo la decimazione. A partire da una mesh ad alta risoluzione, ad ogni iterazione viene quindi creata una mesh con una risoluzione inferiore fino all'ultima iterazione che produce la mesh coarse (a bassa risoluzione) desiderata. Si viene quindi a creare una struttura di semplificazione multilivello, utile in molte applicazioni di computer graphics.

Un approccio all'integrazione di mesh e nurbs

Viene sviluppata in XCSurf, un pacchetto di XCModel, una struttura dati chiamata B-Rep il cui scopo è quello di poter accogliere sia geometrie mesh che nurbs. La struttura B-Rep è stata progettata nel lavoro di tesi di F.Pelosi a seguito del riscontro di diverse analogie fra la struttura winged-edge (per mesh) e la struttura B-Rep (per nurbs). In questa tesi viene sviluppata ed integrata ulteriormente. Il punto di arrivo è la possibilità di attaccare due modelli qualsiasi (Nurbs + Nurbs, Mesh + Nurbs, Mesh + Mesh), deformando opportunamente le parti da attaccare, ma mantenendo tutte le informazioni in un'unica struttura.

Add-on in blender per la deformazione di mesh poligonali

L’idea da cui nasce questa tesi è quella di introdurre in Blender un Add-on in linguaggio Python che permetta di applicare alcune deformazioni di tipo surface-based a mesh poligonali. Questa tipologia di deformazioni rappresentano l’alternativa alle deformazioni di mesh poligonali tramite rigging ( cioè l’aggiunta di uno scheletro per controllare e per animare la mesh) e caging (cioè l’utilizzo di una struttura di controllo di tipo reticolare che propaga la sua deformazione su un oggetto in essa immerso), che di solito sono le prescelte in computer animation e in modellazione. Entrambe le deformazioni indicate sono già estremamente radicate in Blender, prova ne è il fatto che esiste più di un modificatore che le implementa, già integrato in codice nativo. Si introduce inizialmente la tecnica di deformazione di mesh poligonali tramite elasticità discreta, che è stata realizzata, quindi, presenteremo diverse metodologie di deformazione. Illustreremo poi come modellare, creare ed editare delle mesh in Blender. Non ci soffermeremo su dettagli puramente dettati dall’interfaccia utente, cercheremo invece di addentrarci nei concetti e nelle strutture teoriche, allo scopo di avere le basi logiche per definire una Add-on che risulti veramente efficace e utile all’interno del sistema di modellazione. Approfondiremo la struttura di due modificatori chiave per la deformazioni di mesh : Lattice Modifier e Mesh Deform Modifier che implementano una metodologia di tipo space-based. Infine ci concentreremo sulla parte di scripting Python in Blender. Daremo un’idea delle strutture dati, dei metodi e delle funzioni da utilizzare per interagire con l’ambiente circostante, con i singoli oggetti ed in particolare con le Mesh e daremo un esempio di script Python. Andremo infine a descrivere l’implementazione della deformazione elastica mediante add-on Python in Blender.

Una libreria OpenGL per la selezione e editing di mesh poligonali

Nel mondo Open Source, la libreria grafica OpenGL è oggi ampiamente utilizzata in svariati settori come l'animazione 2D/3D, la modellazione CAD o nello sviluppo di videogiochi. A causa dei suoi innumerevoli usi e dell'astrazione che OpenGL permette di ottenere su diversi ambienti grafici, lo sviluppatore - che la utilizza - è vincolato a cercare librerie di supporto al fine di sfruttarne al meglio le potenzialità. Questa tesi si configura su questi presupposti, presentando una libreria di selezione e editing di mesh 3D basata su OpenGL. La libreria, chiamata libEditMesh, sfrutta il meccanismo geometrico del RayPicking permettendo all'utilizzatore di identificare col mouse punti, facce e lati di solidi in scena. La tesi si articola sostanzialmente in due parti: nella prima vengono proposte alcune soluzioni ad-hoc sviluppate su applicazioni già esistenti nel panorama openSource, e non; nella seconda vengono esposti gli algoritmi e funzioni implementate in libEditMesh.

Modellazione di mesh tramite operatori booleani

Nella computer grafica, nell’ambito della modellazione geometrica, si fa uso delle operazioni booleane tra solidi per la manipolazione e la creazione di nuovi oggetti. Queste operazioni, quali unione, intersezione e differenza, vengono applicate alle superfici degli oggetti 3D esattamente come si fa su altri insiemi. In questo modo si riescono ad ottenere nuove forme complesse come combinazione delle altre, che sono in genere più semplici. Ciò che è stato realizzato in questo lavoro di tesi si colloca all’interno di un progetto preesistente, realizzato per consentire la manipolazione di modelli tridimensionali mediante l’utilizzo di operatori booleani: Mesh Glue. In questo lavoro, si è estesa la logica dell’applicazione degli operatori booleani, presente in Mesh Glue, per poter gestire anche scenari con mesh che presentano facce in tangenza. Inoltre, si è inserito Mesh Glue all’interno di un progetto più grande: Mesh Craft. Mesh Craft è un progetto che consiste in un ambiente di modellazione che utilizza come sistema di input il Leap Motion Controller, un dispositivo capace di identificare le dita di una mano e seguirne i movimenti con alta precisione.

Mesh shrinkage and pain in laparoscopic ventral hernia repair: a randomized clinical trial comparing suture versus tack mesh fixation

Mesh fixation during laparoscopic ventral hernia repair can be performed using transfascial sutures or metal tacks. The aim of the present study is to compare mesh shrinkage and pain between two different techniques of mesh fixation in a prospective randomized trial.

Sexual health of ethnic minority MSM in Britain (MESH project): design and methods

Background Men who have sex with men (MSM) remain the group most at risk of acquiring HIV infection in Britain. HIV prevalence appears to vary widely between MSM from different ethnic minority groups in this country for reasons that are not fully understood. The aim of the MESH project was to examine in detail the sexual health of ethnic minority MSM living in Britain. Methods/Design The main objectives of the MESH project were to explore among ethnic minority MSM living in Britain: (i) sexual risk behaviour and HIV prevalence; (ii) their experience of stigma and discrimination; (iii) disclosure of sexuality; (iv) use of, and satisfaction with sexual health services; (v) the extent to which sexual health services (for treatment and prevention) are aware of the needs of ethnic minority MSM. The research was conducted between 2006 and 2008 in four national samples: (i) ethnic minority MSM living in Britain; (ii) a comparison group of white British MSM living in Britain; (iii) NHS sexual health clinic staff in 15 British towns and cities with significant ethnic minority communities and; (iv) sexual health promotion/HIV prevention service providers. We also recruited men from two "key migrant" groups living in Britain: MSM born in Central or Eastern Europe and MSM born in Central or South America. Internet-based quantitative and qualitative research methods were used. Ethnic minority MSM were recruited through advertisements on websites, in community venues, via informal networks and in sexual health clinics. White and "key migrant" MSM were recruited mostly through Gaydar, one of the most popular dating sites used by gay men in Britain. MSM who agreed to take part completed a questionnaire online. Ethnic minority MSM who completed the online questionnaire were asked if they would be willing to take part in an online qualitative interview using email. Service providers were identified through the British Association of Sexual Health and HIV (BASHH) and the Terrence Higgins Trust (THT) CHAPS partnerships. Staff who agreed to take part were asked to complete a questionnaire online. The online survey was completed by 1241 ethnic minority MSM, 416 men born in South and Central America or Central and Eastern Europe, and 13,717 white British MSM; 67 ethnic minority MSM took part in the online qualitative interview. In addition 364 people working in sexual health clinics and 124 health promotion workers from around Britain completed an online questionnaire. Discussion The findings from this study will improve our understanding of the sexual health and needs of ethnic minority MSM in Britain.

Influence of Smoothing on Voxel-Based Mesh Accuracy in Micro-Finite Element

The interest in automatic volume meshing for finite element analysis (FEA) has grown more since the appearance of microfocus CT (μCT), due to its high resolution, which allows for the assessment of mechanical behaviour at a high precision. Nevertheless, the basic meshing approach of generating one hexahedron per voxel produces jagged edges. To prevent this effect, smoothing algorithms have been introduced to enhance the topology of the mesh. However, whether smoothing also improves the accuracy of voxel-based meshes in clinical applications is still under question. There is a trade-off between smoothing and quality of elements in the mesh. Distorted elements may be produced by excessive smoothing and reduce accuracy of the mesh. In the present work, influence of smoothing on the accuracy of voxel-based meshes in micro-FE was assessed. An accurate 3D model of a trabecular structure with known apparent mechanical properties was used as a reference model. Virtual CT scans of this reference model (with resolutions of 16, 32 and 64 μm) were then created and used to build voxel-based meshes of the microarchitecture. Effects of smoothing on the apparent mechanical properties of the voxel-based meshes as compared to the reference model were evaluated. Apparent Young’s moduli of the smooth voxel-based mesh were significantly closer to those of the reference model for the 16 and 32 μm resolutions. Improvements were not significant for the 64 μm, due to loss of trabecular connectivity in the model. This study shows that smoothing offers a real benefit to voxel-based meshes used in micro-FE. It might also broaden voxel-based meshing to other biomechanical domains where it was not used previously due to lack of accuracy. As an example, this work will be used in the framework of the European project ContraCancrum, which aims at providing a patient-specific simulation of tumour development in brain and lungs for oncologists. For this type of clinical application, such a fast, automatic, and accurate generation of the mesh is of great benefit.