水泥作为一种非常重要的建筑基材料,在人民的社会生产及生活中占有重要地位。中国是水泥第一大生产国,但是水泥质量却达不到世界的平均水平。因此,如何结合科学方法深入研究水泥,以突破现有水泥质量瓶颈成为水泥发展的重要问题。然而,水泥的水化反应非常复杂,其特征在于所述物理变化和化学反应难以被理解,水泥的微观结构可以反映微观变化和影响水泥的宏观性质。所以水泥微观结构的建模在理解水泥水化、微观结构的研究和新型材料的研发中有着重要的作用。先进的图像采集技术使得水泥微观结构图像采集精确到纳米级别,推动了基于水泥图像数据和智能算法的计算机建模研究的快速发展。先进的技术可以分析水泥的微观结构,从而获取水泥水化过程中未知的特征,然而迄今为止,人们仍未能从获得的真实水泥微结构图像给出一种完整统一的数学映射,在计算机模拟方面也尚未解决高度逼真的微元外貌描述方法及展示技术。因此,针对真实水泥微观结构高精度拟合的研究成为了提高水泥微观结构模拟质量、推动水泥水化建模仿真的科学发展的重要研究课题。本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)基于交互式遗传算法的水泥图像边缘检测针对水泥微观结构图像高度复杂,水泥物质各向同性,水泥边缘与内部水泥颗粒难以检测的问题,本文提出了一种基于交互式遗传算法的边缘检测方法,通过人机交互进行指导,实现了复杂水泥微观结构图像的精准边缘提取,实验结果表明该算法对于水泥微元图像具有效性。(2)基于移动最小二乘曲面的水泥微元拟合针对水泥微观结构图像点云复杂并且难以拟合的问题,本文提出一种重构水泥水化物微观形貌三维曲面的新方法。本文探究了移动最小二乘方法在水泥复杂微观结构图像的拟合中的优势和作用,并且针对水泥复杂点云数据进行了拟合实验。此外,本文还探究了移动最小二乘内部参数的影响,包括对基函数的选取和紧支撑域的大小进行了研究,并且分析了基函数的选取和紧支撑域的大小对水泥微观结构图像的影响。(3)引入边界点的移动最小二乘曲面的水泥微元拟合针对水泥曲面重构中点云庞大、拟合效率低的问题,本文探究了图像特征点云的选取的方法,提出了针对水泥微元图像的快速特征点云选取方法。该方法引入了边界点与内部特征点结合的方法,通过构建边缘响应邻域对图像进行操作,选取边缘信息中重要的特征点,最后利用移动最小二乘曲面进行微观结构的拟合。实验结果表明,该方法可以在保证精度的情况下实现水泥微观结构的快速重构。