We are interested in the problem of fitting a sphere to a set of data points in the three dimensional Euclidean space. In Spath [6] a descent algorithm already have been given to find the sphere of best fit in least squares sense of minimizing the orthogonal distances to the given data points. In this paper we present another new algorithm which computes a parametric represented sphere in order to minimize the sum of the squares of the distances to the given points. For any choice of initial approximations our algorithm has the advantage of ensuring convergence to a local minimum. Numerical examples are given.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.4
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pp.17-22
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2003
This paper presents a new circular curve fitting approach of articulated manipulators, based on least square. The approach aims at gaining the interpolation of circle from n data points, under the condition that the fitted circle should pass both a starting point and an ending point. First a spherical fitting should be performed, using least squares. Then the circular curve fitting can be resulted from the intersection of the fitted sphere and the plane obtained from 3 points, i. e., a starting point, an ending point and the center of a sphere. The proposed algorithms are shown to be efficient by using MATLAB-based simulation.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.3
no.8
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pp.329-334
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2014
In this study, a new method that automatically segments trabecular bone for its morphological analysis using micro-computed tomography imaging was proposed. In the proposed method, the bone region was extracted using a threshold value, and the outer boundary of the bone was detected. The sphere of maximum size with the corresponding voxel as the center was obtained by applying the sphere-fitting method to each voxel of the bone region. If this sphere includes the outer boundary of the bone, the voxels included in the sphere are classified as cortical bone; otherwise, they are classified as trabecular bone. The proposed method was applied to images of the distal femurs of 15 mice, and comparative experiments, with results manually divided by a person, were performed. Four morphological parameters-BV/TV, Tb.Th, Tb.Sp, and Tb.N-for the segmented trabecular bone were measured. The results were compared by regression analysis and the Bland-Altman method; BV/TV, Tb.Th, Tb.Sp, and Tb.N were all in the credible range. In addition, not only can the sphere-fitting method be simply implemented, but trabecular bone can also be divided precisely by using the three-dimensional information.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.570-575
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2002
This paper presents a new circular curve fitting approach of articulated manipulators, based on pseudoinverses. The paper aims at gaining the interpolation of circle from n data points, under the condition that the fitted circle should pass both a start point and an end point. In this paper, two algorithms of circular interpolation are presented. Prior to circular interpolation, are a spherical fitting should be performed, using least squares. In the first algorithm, the relationship between point data and normal vector on the sphere is used. In the second algorithm. the equation of plane which can be obtained from 3 points, i.e., a start point, an end point, and center of a sphere. The proposed algorithms are show to be efficient by using MATLAB-based simulation.
In solid-liquid two phase flow, the knowledge of how descending solid particles affected by the presence of downstream wall is important. This work studies at what interstitial distance the velocity of a vertically descending sphere is affected by a downstream wall as a consequence of wall-modified hydrodynamic forces through a validated dynamic model. This interstitial distance-the hydrodynamic coupling distance ${\delta}_c-is$ found to decay monotonically with the approach Stokes number St which compares the particle inertia to viscous drag characterized by the quasi-steady Stokes' drag. The scaling relation ${\delta}_c-St-1$ decays monotonically as literature below the value of St equal to 10. However, the faster diminishing rate is found above the threshold value from St=10-40. Furthermore, an empirical relation of ${\delta}_c-St$ shows dependence on the drop height which clearly indicates the non-negligible effect of unsteady hydrodynamic force components, namely the added mass force and the history force. Finally, we attempt a fitting relation which embedded the particle acceleration effect in the dependence of fitting constants on the diameter-scaled drop height.
An accurate and robust estimation of center of rotation (CoR) using optical marker trajectory is crucial in human biomechanics. In this regard, the performances of the two prevailing least-squares methods, the Gamage and Lasenby (GL) method, and the Chang and Pollard (CP) method, are verified in this paper. While both methods are sphere-fitting approaches in closed form and require no tuning parameters, they have not been thoroughly verified by comparison of their estimation accuracies. Furthermore, while for both methods, results for stationary CoR locations are presented, cases for perturbed CoR locations have not been investigated for any of them. In this paper, the estimation performances of the GL method and CP method are investigated by varying the range of motion (RoM) and noise amount, for both stationary and perturbed CoR locations. The difference in the estimation performance according to the variation in the amount of noise and RoM was clearly shown for both methods. However, the CP method outperformed the GL method, as seen in results from both the simulated and the experimental data. Particularly, when the RoM is small, the GL method failed to estimate the appropriate CoR while the CP method reasonably maintained the accuracy. In addition, the CP method showed a considerably better predictability in CoR estimation for the perturbed CoR location data than the GL method. Accordingly, it may be concluded that the CP method is more suitable than the GL method for CoR estimation when RoM is limited and CoR location is perturbed.
The Transactions of the Korea Information Processing Society
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v.3
no.6
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pp.1553-1567
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1996
The numerous applications surface interpolation include the modeling and visualization phenomena. A tetrahedrization is one of pre-processing steps for 4-D space interpolation. The quality of a piecewise linear interpolation 4-D space depends not only on the distribution of the data points in $R^2$, but also on the data values. We show that the quality of approximation can be improved by data dependent tetraheadrization through visualization of 4-D space. This paper discusses Delaunary tetrahedrization method(sphere criterion) and one of the data dependent tetrahedrization methods(least squares fitting criterion). This paper also discusses new data dependent criteria:1) gradient difference, and 2) jump in normal direction derivative.
Purpose: This study aimed to generate 3-D occlusal curvatures and evaluate the relationship between the occlusal curvatures and mandibular occlusal morphology factors. Methods: Mandibular dental casts from 25 young adult Korean were scanned as a virtual dental models with a 3-D scanner(Scanner S600, Zirkonzahn, Italy). The curve of Spee, curve of Wilson, and Monson's sphere were generated by fitting a circle/sphere to the cusp tips using a least-squares method. The mandibular mesiodistal cusp inclination, buccolingual cusp inclination, and tooth wear parameters were measured on the prepared virtual models using RapidForm2004(INUS technology INC, Seoul, Korea). Wilcoxon signed-rank test was performed to test side difference, and Spearman's rank correlation coefficients were investigated to verify the correlation between occlusal curvatures and correlated factors (a=0.05). Results: The mean radii of curve of Spee were $83.09{\pm}33.94$ in the left side and $79.00{\pm}28.12mm$ in the right side. The mean radii of curve of Wilson were $66.82{\pm}15.87mm$ in the mesial side and $47.87{\pm}9.40mm$ in the distal side with significantly difference between mesiodistal sides(p<0.001). The mean radius of Monson's sphere was $121.85{\pm}47.11mm$. Most of the cusp inclination parameters showed negative correlation for the radius of Monson' sphere(p<0.05). Especially, the buccolingual cusp inclinations in mesial side of molar showed high correlation coefficients among the factors(p<0.05). Conclusion: The radius of Monson's sphere was greater than the classical 4-inch values, and the buccolingual cusp inclinations in mesial side of molar can be considered as one of the main factors correlating with the radius of Monson's sphere.
This paper proposes an automatic segmentation method of cortical bone and trabecular bone and describes an implementation of structural analysis method of trabecular bone in micro-CT images. The proposed segmentation method extract bone region with binarization using a threshold value. Next, it finds adjacent contour lines from outer boundary line into inward direction and sets candidate regions of cortical bone. Next it remove cortical bone region by finding the candidate cortical region of which the average pixel value is maximum. We implemented the method which computes four structural indicators BV/TV, Tb.Th, Tb.Sp, Tb.N by using VTK(Visualization ToolKit) and sphere fitting algorithm. We applied the implemented method to twenty proximal femur of mouses and compared with the manual segmentation method. Experimental result shows that the average error rates between the proposed segmentation method and the manual segmentation method are less than 3% for the four structural indicatiors. This result means that the proposed method can be used instead of the combersome and time consuming manual segmentation method.
Recently, novel application areas in digital geometry processing, such as simulation, dynamics, and medical surgery simulations, have necessitated the representation of not only the surface data but also the interior volume data of a given 3D object. In this paper, we present an efficient framework for the shape approximations of spherical solid objects based on trivariate B-splines. To do this, we first constructed a smooth correspondence between a given object and a unit solid cube by computing their harmonic mapping. We set the unit solid cube as a rectilinear parametric domain for trivariate B-splines and utilized the mapping to approximate the given object with B-splines in a coarse-to-fine manner. Specifically, our framework provides user-controllability of shape approximations, based on the control of the boundary condition of the harmonic parameterization and the level of B-spline fitting. Experimental results showed that our method is efficient enough to compute trivariate B-splines for several models, each of whose topology is identical to a solid sphere.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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