Simpleware 软件中包含许多有助于分析纤维数据的工具，主要用于理解取向分布和计算各种统计数据。本教程将展示无需单独进行图像分割的纤维分析核心功能。

本教程所用数据文件路径 C:\Program Files\Synopsys\Simpleware\U-2022.12\Data\FibreOrientation

• 点击File — Open 打开 Fibres.sip 项目文件
• 3D 视图自动生成体积渲染模型

1. 点击 Measurements — Centrelines — Create centrelines
2. 确认 Input 是 Active background (Fibres)
3. 设置捕捉纤维中心的阈值范围为 128-255

   对于中空纤维，可能需要一些前处理，如使用 Laplacian of Gaussian 滤波器。

4. 通过计算穿过单个纤维的体素乘以体素间距设置接近于纤维直径的 Feature diameter (mm) 参数。针对本例数据，该值设为 0.03。
5. 勾选 Isolated lines (fibres)，显示 Pruning sensitivity、Joining angle threshold 和 Remove short lines 的设置选项，保持默认即可。
6. 依次点击 Create 和 OK。
7. 放大 3D 视图，应如下所示。

生成代表每根纤维的中心线后，可以利用中心线统计选项分析纤维。不需要掩膜获取纤维表面就可以分析纤维取向、曲率和纤维长度。

1. 点击 Measurements — Centrelines — Line length
2. Centrelines to use 选 All visible
3. Compute 选 Mean length
4. 在面板中立即显示计算结果。如果没有自动计算，请单击更新箭头进行计算统计数据，将更新状态指示器变为绿色。

1. 点击 Measurements — Centrelines — Quick line statistics — Mean orientation vector
2. Centrelines to use 选 All visible
3. 在面板中立即显示计算结果。如果没有自动计算，请单击更新箭头进行计算统计数据，将更新状态指示器变为绿色。

Quick line statistics 中也提供了其他分析中心线的选项。通过阈值工具对图像分割创建掩膜后，还可以分析纤维的横截面。

1. 点击视图上方工具栏的 Centrelines statistics
2. 自动显示生成的默认 Line orientation(Built-in) 统计模版中每根纤维的数据信息
3. 点击 Template library… 可以自定义模版
4. 数据可以通过右边的导出按钮以 CSV 文件导出。

创建简化的纤维模型可能有助于进一步的纤维建模，其中的纤维具有均匀直径，且没有直接从 CT 图像数据分割而存在的噪声和复杂性。这种类型的模型可以从先使用 Sweep centrelines 工具生成的中心线产生。

1. 点击 Surface tools — General — Sweep centrelines
2. Centrelines to use 选 All visible
3. Tube type 选 Solid，中空纤维可以选 Hollow。
4. 设置 Radius (mm) 为 0.015
5. 更改 Triangle size 为 Coarse，Cap ends 选 Rounded，点击 Apply。

一种无需生成代表每根纤维中心线，直接进行纤维取向分析的方法。检测背景图像中的局部梯度确定取向，从而为较低分辨率的数据生成结果。还能够提供取向分布图形和 3D 可视化的附加功能。

1. 点击File — Open 打开 Fibres.sip 项目文件
2. 将Dataset browser 下方的 Fibres 背景图像拖拽到 Analysis
3. 选择 Create a fibre analysis，生成 Analysis 1 (Fibre orientation)
4. 在 Setup fibre analysis 面板，
   • Analysis type 勾选 Full
   • 阈值范围设置为 128-255
   • 设置 Fibre diameter (mm) 为 0.03，可通过穿过单个纤维的体素乘以体素间距计算。
   • 勾选 Remove short lines
   • 设置 Min line length (mm) 为 0.005
   • 不勾选 Copy centrelines to editor
   • 默认 Region of interest as Whole image
5. 点击 Image processing — Segmentation — Threshold，设置阈值范围位 128-255，点击 Apply生成一个掩膜，并将其拖拽到 Analysis 1。

   注：虽然运行取向分析不需要将图像分割为掩膜，但它能够限制纤维体积内进行取向分析的区域。避免了计算图像中其他区域的多余取向，还可以同时评估纤维体积。

6. 点击软件上方 Fibre analysis 菜单下的 Run analysis，完成后点击 OK 确认分析成功。

1. 点击 Fibre analysis — Statistics，显示纤维取向统计的总结，如全局主取向、取向本征分析和全局取向张量等。（由于分析对象中有掩膜，输出的结果也包含体积和密度）
2. 点击 Statistics 面板下方的 Plot… 打开 Fibre analysis statistics plots 对话框。
   • 在 Plot type 的下拉菜单选择需要绘制的图，如 Length of whole fibres histogram 等。
   • 点击 Update 呈现对应的图
   • 点击 Export… 可导出为 *.png 或 *.csv 文件
3. 点击 Fibre analysis — Vectors，在 3D 视图的一角将出现一个黄色的主取向标志
4. 在 Visualisation 3D view 的下拉菜单选择 Orientation vectors。Colour scheme 仍保持为 Angle to orientation，取向矢量和彩色标尺将在 3D 视图中可见。请注意，大多数的线条为蓝色（默认），说明它们与主取向是一致的。
5. 调整 Glyph density、Glyph scale 和 Vector width 滑块，每次变动后可以点击 Update 观察对矢量显示的影响。将 Glyph density 设置到最大、Glyph scale 最小、Vector width 最大可以清晰地查看全部纤维和基于局部取向的颜色。在掩膜体积内分析会有区域限制，具有较高曲率的纤维将沿长度方向改变颜色。

   图：显示所有纤维局部取向的紧密排列取向矢量

   如果上图中还显示了中心线网络，可以点击 Vectors 面板右下角的设置按钮，选择 Centreline visualisation….，取消勾选 Show lines 和 Show nodes 隐藏中心线。

6. 将 Visualisation 3D view 设置为 None
7. 设置 Visualisation slice views 为 Orientation vectors，将只能调整 Glyph density 滑块。
8. 设置 Glyph density 在 80% 左右，点击 Update。设置 Colour scheme 为 Angle to Z axis。放大 ZY 2D 视图，滑动切片可观察到与纤维紧密匹配的取向矢量。那些与 Z 轴大致对齐的大部份为蓝色。
9. 返回 Fibre orientation — Statistics，点击 Plot…
10. 在 Plot type 中包含一些展示绘图的选项，选择 Angle to principal orientation histogram 并点击 Update 即可生成对应的直方图。请注意，有两个主峰表明材料具有两个彼此垂直的关键纤维取向，与关键取向呈 45 度的纤维较少。
11. 将 Plot type 更改为 Angle to image axis histogram，Axis 选 X 并更新，可观察到没有纤维紧贴 X 轴。
12. 再将 Plot type 更改为 Orientation tensor components v image axis，Axis 选 X 并更新。观察到 ZZ 和 YY 张量始终很高，表明在整个纤维样品中有许多纤维在 是 Z 和 Y 轴的取向。ZZ 张量的凹陷对应于 YY 张量的峰值。这些描述了可以在切片视图和 3D 视图中验证的不同取向纤维层。XX 张量可始终忽略不计，即再次表明没有纤维紧贴 X 轴。

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