[發(fā)明專利]神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱軸截面輪廓曲線的建模方法

有效

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• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108121859B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 王伯龍;郗昊;張學寧;付君;韓鑫;蘭玉彬
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱軸截面輪廓曲線的建模方法，包括神農潔蜣螂表皮取樣及預處理、神農潔蜣螂表皮迎土面輪廓精密測量、神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱向三維斷面結構提取、神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱軸截面輪廓曲線提取、神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱軸截面輪廓曲線數(shù)學建模等五個步驟。與現(xiàn)有技術相比，采用本發(fā)明所建立的凸包截面輪廓曲線數(shù)學模型與生物原型的擬合程度較高，所建立的神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱軸截面輪廓曲線數(shù)學模型可作為利用數(shù)控加工設備制造高逼真仿生脫附減阻表面的數(shù)據來源。

技術領域

本發(fā)明提供一種神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱軸截面輪廓曲線的建模方法，屬于仿生脫附減阻技術領域。

背景技術

生物經過近40億年的進化，其結構和功能為了適應環(huán)境而在不斷地進行優(yōu)化，許多生物體表已逐漸發(fā)展成各種非光滑功能表面。“生物非光滑”是自然界普遍存在的典型現(xiàn)象，昆蟲、植物、魚類、鳥類、貝類等表現(xiàn)出各種類型的非光滑表面，已知的生物非光滑表面具有脫附、減阻、自潔、降噪、偽裝、耐磨、抗氧化等多種功能。生物體表的這種表面形態(tài)是生物自身的機體結構與生存環(huán)境長期作用的最優(yōu)結果，其優(yōu)越性是人為設計的機器所無法比擬的。

在生物非光滑表面眾多已知的獨特機能中，當屬脫附、自潔最吸引人類關注和學習。例如，具有微納乳凸的荷葉能夠“出淤泥而不染”，表皮凸凹不平的蜣螂能夠在黏濕的糞堆或土壤中行動自如而保持身體清潔。生物非光滑脫附、自潔現(xiàn)象足以引發(fā)人類研究和學習，而對生物表皮典型微觀結構進行數(shù)學建模，以便進行后續(xù)應用無疑是一種重要的研究方式。例如專利號為ZL201210025713.4的發(fā)明專利介紹了一種軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線的建模方法。

神農潔蜣螂是節(jié)肢動物門、鞘翅目、金龜子科、潔蜣螂屬、常見糞食性甲蟲，其體表迎土面上的微觀凸包結構是一種典型的具有土壤脫附、自潔功能的生物非光滑結構。對神農潔蜣螂表皮迎土面上的凸包微結構截面輪廓曲線尤其是縱軸截面輪廓曲線進行數(shù)學建模，對于利用其獨特結構特性開展結構仿生研究具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱軸截面輪廓曲線的建模方法，以解決上述技術問題。

本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn)：神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱軸截面輪廓曲線的建模方法，包括有下列步驟。

第一步：神農潔蜣螂表皮取樣及預處理

（A）從購置的神農潔蜣螂成蟲干制標本上裁取處于迎土面上的表皮樣本，首先對其標記蟲體中軸線，再用去離子水沖洗3～5次，然后將洗凈的神農潔蜣螂干制表皮樣本在2.5%戊二醛溶液中化學固定3～5h，化學固定溫度0～4℃，制得神農潔蜣螂固定表皮樣本；

（B）將經（A）步驟制得的神農潔蜣螂固定表皮樣本采用去離子水清洗6～8次，然后在50～70℃條件下烘干1～2h，制得含水率5%～10%的神農潔蜣螂干燥表皮樣本。

第二步：神農潔蜣螂表皮迎土面輪廓精密測量

（A）將第一步制得的神農潔蜣螂干燥表皮樣本固定在光學式表面輪廓儀的工作臺上，設置光學式表面輪廓儀的掃描參數(shù)對神農潔蜣螂干燥表皮樣本重復掃描3～5次；

（B）從經（A）步驟掃描后由表面輪廓儀配套處理軟件自動生成的測量樣本三維表面輪廓圖像中選取清晰、無噪點的圖像，獲得神農潔蜣螂干燥表皮樣本的表面輪廓圖像。

第三步：神農潔蜣螂表皮迎土面凸包縱向三維斷面結構提取

（A）在第二步制得的神農潔蜣螂干燥表皮樣本表面輪廓圖像中選取出單個完整凸包，從該凸包上獲取過凸包最高點且平行于蟲體中軸線方向的凸包縱向中軸線；