基于逆向工程的信鸽表面建模

　　仿生学是研究模拟生物系统或使人造技术系统具有类似于生物系统功能的科学，即学习生物系统.进行技术创造。信鸽是一种擅长飞行的鸟类，一只普通的信鸽常常能以80km/h的速度飞行，这个速度大约相当于每秒钟75倍鸽子的体长。生物表面的几何构型有特定的功能适应，具有存在的合理性，必然存在定量的规律性。认识这种量化规律，需要实现生物表面的定最测量，获取空间表面数据，以实现生物体曲面的建模和定量分析，进而进行仿生技术探索。逆向工程技术可以实现生物体三维表面数字化测最及其实体模型重构。以信鸽体表作为仿生对象，进行仿生减阻研究，首先要获取量化的仿生表面信息。3D曲面模型能够反映信鸽表面的非光滑形态，能够反映表面的许多几何特征，可以从模型中获取许多量化的几何信息。

　　1表面模型的建立

　　1.1样品制作

　　从信鸽的胸部和背部上分别取下带羽毛的表皮，立即将其展平，并固定于某一平面上。尽量保持表皮上的羽毛完整无损，并保持羽毛搭接的自然状态，翅膀整个取下，保持自然形貌。样品在常温下，自然晾干。这里主要研究静态情况下信鸽表面的自然的非光滑形貌，所以。排除风等外界因素的影响。

　　1.2点群数据采集与处理

　　信鸽表面羽毛柔软。受力容易变形.这里主要采用非接触式测量方法，使用特制的3D SCANNER激光扫描仪.其扫描精度为0.2mm，机台的扫描范周是80mmx70mm，景深为30mm。主要选择乳了白色的信鸽作为扫描样本，其他颜色的扫描样本在扫描之前进行了喷涂处理。扫描了胸部、背部和翅膀的多个样品，根据精度要求，X轴和Y轴的间隔分别设为0.05mm，0.1mm及0.2mm.扫描长度分别设为8mm.10mm和12mm.点群数据文件存储为.ASCII文件形式。

　　从激光扫描仪上经过扫描获得的每一个点群数据中，都含有噪声数据。为了精确合理地建立信鸽表面形貌的模型。采用误差点处理，数据平滑和数据精简等方法对点群数据进行了预处理。首先，手工删除扫描数据中的无关点。将点云放大、旋转，多角度观察，手工删除不属于信鸽体表的数据点云.如实验台底架、生物体固定装置等数据点。其次，剔除失真点。受信鸽体表光线的散射，测量环境的突然变化及测量设备分辨率等因素影响，在信鸽体表的尖角、凹边及信鸽体表边界附近的测最数据容易产生误差较大的“跳点”。直接将点云局部放大、旋转，将筛选出的与数据点云偏离较大的异常点直接删除。CopyCAD软件中提供了四种精简点群数据的方法，采用了抽样方法。数据平滑处理可以消除噪声影响，得到较光顺的重建模型，但前后两组数据的偏差不能过大。分别采用高斯模式、平均模式和中值模式滤波器对数据进行平滑处理。

　　1.3表面模型的建立

　　使用CopyCAD软件.建立了信鸽胸部、背部及翅膀表面的的模型。主要经过四步实现：1)输入数字化点数据，利用import输入已经存好的.asc点云数据;2)产生扫描结构线.公差处理模型;3)经过偏置和三角化，产生三角模型;4)生成曲面模型。白翅膀在体视显微镜下的照片及用CopyCAD建盘的表面模型如图l(b)所示。根据建立的体表的3D模型，获取了许多有价值的几何信息，并进行了特征曲线和特征曲面的几何特性分析。

　　图1表面及模型

　　2结束语

　　信鸽的体表凸凹较明显，呈较规则的宏观柔性非光滑表面结构。利用逆向工程软件CopyCAD进行数据点云的平滑处理、精简处理，通过点云数据网格化的造型方法，建立了体表非光滑表面的3D模型，获取了需要的几何信息，为下一步以信鸽体表为仿生对象，进行仿生减阻研究奠定了基础。