一种基于生成元的裂纹生成方法、存储介质及终端设备技术

本发明专利技术公开了一种基于生成元的裂纹生成方法、存储介质及终端设备，其中，方法包括步骤：获取待处理裂纹图像中裂纹点的坐标数据；对所述裂纹点坐标数据进行方向概率分解，获得裂纹生成元数据；设置组合数n‑1，将所述裂纹生成元数据中的每一段裂纹重新排列后依次连接，形成n‑1条裂纹生成元，并获得n‑1条裂纹生成元的点坐标数据；对所述n‑1条裂纹生成元进行放缩变换和平移变换处理并首尾连接组合成新的裂纹。本发明专利技术提供的基于生成元的裂纹生成方法操作简便，可批量生成具备统计特征的裂纹，弥补了随机生成裂纹难以具备统计特征的空白，极大地方便了科研工作者对裂纹萌生、发育、扩展的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生成元的裂纹生成方法、存储介质及终端设备
本专利技术涉及裂纹表征与建模
，尤其涉及一种基于生成元的裂纹生成方法、存储介质及终端设备。
技术介绍
随着学者们研究地不断深入，基于岩石、混凝土等材料中原生的裂纹/节理/裂缝，对其渗流特征和力学特征等进行研究受到极大的关注。在对岩石、混凝土等材料中的原生裂纹进行研究时，通常可通过实验室观测和表征进行研究，也可以通过数值模拟等手段进行力学分析，获得规律。无论是实验室研究，还是数值模拟，对其裂纹形态的构建一直是分析其力学特征的重要条件。获得的裂纹形态相似度越高，相关表征参数越接近，越能观测到一些复杂结构影响下的力学效应，以指导实际工程。在当前的裂纹生成手段中，可通过布朗运动、分形插值等方法进行构建。其中，布朗运动形成的裂纹随机性过大，不利于表征和区分；分形插值构建的裂纹虽然可以采用分形维数进行表征，但缺乏一定的统计特征，使用起来也存在诸多的限制。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于生成元的裂纹生成方法、存储介质及终端设备，旨在解决现有技术中尚未有构建相同的统计概率特征的裂纹生成方法的问题。本公开的技术方案如下：一种基于生成元的裂纹生成方法，其中，包括以下步骤：获取待处理裂缝图像，通过图像处理方法获得裂纹点坐标数据；对所述裂纹点坐标数据进行方向概率分解，获得裂纹生成元数据；设置组合数n-1，将所述裂纹生成元数据中的每一段裂纹重新排列后依次连接，形成n-1条裂纹生成元，并获得n-1条裂纹生成元的点坐标数据；对所述n-1条裂纹生成元进行放缩变换和平移变换处理并首尾连接组合成新的裂纹。所述基于生成元的裂纹生成方法，其中，通过图像处理方法获得裂纹点坐标数据的步骤包括：对待处理裂纹图像进行二值化处理；对经过二值化处理的裂纹图像进行形态学细化处理，获得标准裂纹轮廓线图像；通过提取所述标准裂纹轮廓线图像中的裂纹所在像素位置，获得裂纹点的坐标数据，记为F＝{fi},fi＝(xi,yi,zi)T,i＝1,2...,n，其中，F表示裂纹点的集合，符号T表示转置，f1表示裂纹线中第i个点的坐标，则裂纹起点为f1＝(x1,y1,z1)T，裂纹终点为fn＝(xn,yn,zn)T。所述基于生成元的裂纹生成方法，其中，对所述裂纹点坐标数据进行方向概率分解，获得裂纹生成元数据的步骤包括：根据所述裂纹点坐标数据计算每一段裂纹的成长向量；统计每一段裂纹的成长向量对应的成长次数；计算每一段裂纹的成长向量对应的概率；通过将每一段裂纹的成长向量的每个坐标与对应的概率相乘，获得裂纹生成元的向量坐标；设定一个方向向量集合的顺序，便获得了一个确定的裂纹生成元。所述基于生成元的裂纹生成方法，其中，对所述裂纹点坐标数据进行方向概率分解，获得裂纹生成元数据的步骤具体包括：在三维像素空间中，将所有裂纹点之间的裂纹线段归纳为26个成长方向向量，其组成的集合为：其中，D表示成长方向矩阵，di表示第i种成长方向向量，di＝(D1,i,D2,i,D3,i)T，i＝1,2...,26；在二维像素平面中，将所有裂纹点之间的裂纹线段归纳为8个成长方向向量，其组成的集合为：对像素空间中各方向统计特征一致的裂纹线，设沿着26个方向的累计生长次数为Ti(i＝1,2,...,26)，则成长方向向量对应的概率集合P＝{pi},pi∈[0,1]，式中：且当成长方向向量集合和对应的概率集合确定后，设定一个成长方向的检索集合ΔS＝{ΔSt}，ΔSt∈[1,2,...,26]，i＝1,2,...n-1，在二维像素空间时，ΔSt∈[1,2,...,8]，则获得一条各个方向成长概率和为1的裂纹生成元。所述基于生成元的裂纹生成方法，其中，还包括步骤：设定裂纹生成元的起点坐标全为0，即Δf1＝(0,0,0)T，此时，该生成元的有序成长向量集合系统ΔD＝{pidi},i＝1,2,...,26，在二维像素空间中，i＝1,2...,8；当已知生成元的成长向量集合系统ΔD、每条生成元的成长方向检索集合ΔS，以及组合数n-1时，一条统计上成长方向向量及其对应的概率一致的裂纹点集合系统GΔDP＝(ΔDi,ΔSi,n-1),i＝1,2,3,...n-1，式中，ΔDi表示第i个生成元，ΔSi表示第ΔSi个生成元中每段的顺序。所述基于生成元的裂纹生成方法，其中，设置组合数n-1，将所述裂纹生成元数据中的每一段裂纹重新排列后依次连接，形成n-1条裂纹生成元的步骤具体包括：确定所需生成的裂纹中的裂纹生成元的组合数设为n-1；将裂纹生成元集合中的成长向量随机排序；将经过随机排序后的成长向量依次连接，生成n-1条随机顺序的裂纹生成元。所述基于生成元的裂纹生成方法，其中，设置组合数n-1，将所述裂纹生成元数据中的每一段裂纹重新排列后依次连接，形成n-1条裂纹生成元的步骤具体包括：确定所需生成的裂纹中的裂纹生成元的组合数设为n-1；将裂纹生成元集合中的成长向量非随机排序；将经过非随机排序后的成长向量依次连接，生成n-1条非随机排序的裂纹生成元。所述基于生成元的裂纹生成方法，其中，对所述n-1条裂纹生成元进行放缩变换和平移变换处理，并使其首尾连接组合成新的裂纹的步骤具体包括：通过对n-1条裂纹生成元的点坐标数据进行放缩变换，获得n-1条新的裂纹生成元的点坐标数据；将n-1条新的裂纹生成元的点坐标数据通过平移变换，使其首尾相连，形成统计上成长方向向量及其对应的概率一致的新裂纹。一种存储介质，其中，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现本专利技术所述基于生成元的裂纹生成方法中的步骤。一种终端设备，其中，包括处理器，适于实现各指令；以及存储介质，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行本专利技术所述基于生成元的裂纹生成方法中的步骤。有益效果：相较于现有技术，本专利技术所提供的基于生成元的裂纹生成方法，操作简便，能解决现有技术中无法获得具备统计特征的裂纹生成的问题。本专利技术操作简单，可批量生成具备统计特征的裂纹，弥补了随机生成裂纹难以具备统计特征的空白，极大地方便了科研工作者对裂纹萌生、发育、扩展的研究。附图说明图1为本专利技术一种基于生成元的裂纹生成方法较佳实施例的流程图。图2为以标准节理轮廓图像为例的待提取的含裂纹图像。图3为裂纹生成元获取的流程示意图。图4为裂纹生成过程示意图。图5为随机排列的裂纹生成元经平移变换后获得的裂纹图。图6为非随机排列的裂纹生成元经平移变换后获得的裂纹图。图7为本专利技术终端设备的原理框图。具体实施方式本专利技术提供一种基于生成元的裂纹生成方法、存储介质及终端设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生成元的裂纹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取待处理裂缝图像，通过图像处理方法获得裂纹点坐标数据；/n对所述裂纹点坐标数据进行方向概率分解，获得裂纹生成元数据；/n设置组合数n-1，将所述裂纹生成元数据中的每一段裂纹重新排列后依次连接，形成n-1条裂纹生成元，并获得n-1条裂纹生成元的点坐标数据；/n对所述n-1条裂纹生成元进行放缩变换和平移变换处理并首尾连接组合成新的裂纹。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于生成元的裂纹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待处理裂缝图像，通过图像处理方法获得裂纹点坐标数据；
对所述裂纹点坐标数据进行方向概率分解，获得裂纹生成元数据；
设置组合数n-1，将所述裂纹生成元数据中的每一段裂纹重新排列后依次连接，形成n-1条裂纹生成元，并获得n-1条裂纹生成元的点坐标数据；
对所述n-1条裂纹生成元进行放缩变换和平移变换处理并首尾连接组合成新的裂纹。


2.根据权利要求1所述基于生成元的裂纹生成方法，其特征在于，通过图像处理方法获得裂纹点坐标数据的步骤包括：
对待处理裂纹图像进行二值化处理；
对经过二值化处理的裂纹图像进行形态学细化处理，获得标准裂纹轮廓线图像；
通过提取所述标准裂纹轮廓线图像中的裂纹所在像素位置，获得裂纹点的坐标数据，记为F＝{fi},fi＝(xi,yi,zi)T,i＝1,2...,n，其中，F表示裂纹点的集合，符号T表示转置，f1表示裂纹线中第i个点的坐标，则裂纹起点为f1＝(x1,y1,z1)T，裂纹终点为fn＝(xn,yn,zn)T。


3.根据权利要求1所述基于生成元的裂纹生成方法，其特征在于，对所述裂纹点坐标数据进行方向概率分解，获得裂纹生成元数据的步骤包括：
根据所述裂纹点坐标数据计算每一段裂纹的成长向量；
统计每一段裂纹的成长向量对应的成长次数；
计算每一段裂纹的成长向量对应的概率；
通过将每一段裂纹的成长向量的每个坐标与对应的概率相乘，获得裂纹生成元的向量坐标；
设定一个方向向量集合的顺序，便获得了一个确定的裂纹生成元。


4.根据权利要求3所述基于生成元的裂纹生成方法，其特征在于，对所述裂纹点坐标数据进行方向概率分解，获得裂纹生成元数据的步骤具体包括：
在三维像素空间中，将所有裂纹点之间的裂纹线段归纳为26个成长方向向量，其组成的集合为：



其中，D表示成长方向矩阵，di表示第i种成长方向向量，di＝(D1,i,D2,i,D3,i)T，i＝1,2...,26；
在二维像素平面中，将所有裂纹点之间的裂纹线段归纳为8个成长方向向量，其组成的集合为：
对像素空间中各方向统计特征一致的裂纹线，设沿着26个方向的累计生长次数为Ti(i＝1,2,...,26)，则成长方向向量对应的概率集合P＝{pi},pi∈[0,1]，式中：且
当成长方向向量集合和对应的概率集合确定后，设定一个成长方向的检索集合ΔS＝{ΔSt}，ΔSt∈[1,2,...,26]，i＝1,2,.....

【专利技术属性】
技术研发人员：李铭辉，吴明洋，李存宝，尚德磊，鲁俊，宋真龙，朱正文，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44