一种软骨鱼盾鳞沟槽截面轮廓曲线的建模方法

摘要

本发明公开了一种软骨鱼盾鳞沟槽截面轮廓曲线的建模方法，该方法通过生物表皮取样及预处理、生物样本表面轮廓扫描与成像、三维盾鳞沟槽生物原型模型提取、二维盾鳞沟槽截面轮廓曲线提取、盾鳞沟槽截面轮廓曲线模型建立等步骤，最终得到软骨鱼表皮样本上盾鳞沟槽截面轮廓曲线的数学模型。本发明的优点在于，通过对软骨鱼表皮样本进行高精度表面轮廓扫描和成像，所建立的数学模型与生物原型的拟合程度较高。采用本发明方法建立的软骨鱼盾鳞沟槽截面轮廓曲线数学模型，可以作为数控加工设备制造高逼真仿生减阻表面的数据来源。

主权项

一种软骨鱼盾鳞沟槽截面轮廓曲线的建模方法，其特征在于包括有下列步骤：第一步：生物表皮取样及预处理（A）将购入的原软骨鱼表皮裁取一定面积经去离子水清洗3～6次，然后将洗净的原软骨鱼表皮在2.5%戊二醛溶液中化学固定6～8h，化学固定温度0～4℃，制得固定表皮样本；（B）将经（A）步骤制得的固定表皮样本采用去离子水清洗3～6次，然后将洗净的固定表皮样本依次放入浓度50%乙醇溶液中脱水20～30min、浓度75%乙醇溶液中脱水20～30min、浓度95%乙醇溶液中脱水20～30min、浓度100%乙醇溶液中脱水20～30min，制得脱水表皮样本；（C）将经（B）步骤制得的脱水表皮样本在50～70℃条件下烘8～12h，制得含水率5～10%的干燥表皮样本；第二步：生物样本表面轮廓扫描与成像（A）将第一步制得的软骨鱼干燥表皮样本放在生物显微镜下观察，并利用记号笔在软骨鱼干燥表皮样本上标示出盾鳞的沟槽方向；（B）将经（A）步骤标记后的软骨鱼表皮样本用双面胶固定在触针式表面轮廓仪的工作台上，保持轮廓仪扫描触针的往复运动方向与软骨鱼盾鳞的沟槽方向相垂直；（C）设置轮廓仪顺沟槽方向和垂直沟槽方向的扫描长度分别为200µm～800µm，设置轮廓仪顺沟槽方向的扫描点数为200～400、垂直沟槽方向的扫描点数为600～1000，扫描完毕后变换扫描区域重复扫描3～5次；（D）从经（C）步骤扫描后自动生成的扫描图像中选择清晰无噪点的图像，获得软骨鱼表皮样本的表面轮廓图像；第三步：三维盾鳞沟槽生物原型模型提取（A）在第二步制得的软骨鱼表皮样本表面轮廓图像中选取出单个完整盾鳞，并在该盾鳞上划定矩形区域以涵盖软骨鱼盾鳞沟槽的主体结构；（B）利用轮廓仪随机自带的图像处理软件对经（A）步骤划定的矩形区域进行垂直截取，截取出软骨鱼盾鳞沟槽的三维立体图像；第四步：二维盾鳞沟槽截面轮廓曲线提取将第三步制得的软骨鱼盾鳞沟槽三维立体图像借助轮廓仪随机自带的图像进行截面显示处理，得到二维软骨鱼盾鳞沟槽截面轮廓曲线；第五步：盾鳞沟槽截面轮廓曲线模型建立（A）将第四步制得的二维软骨鱼盾鳞沟槽截面轮廓曲线进行分段化处理，即将关于中心脊对称的两个沟槽中的一个分为两段，其中一段从沟槽谷底到中心脊峰顶，另一段从沟槽谷底到副脊峰顶；（B）在经（A）步骤划分的其中一段截面曲线上等间距选取一定数量的采样点，分别记录各采样点的坐标位置，并对所述采样点进行3～5阶多项式拟合，便得到软骨鱼盾鳞沟槽该段截面曲线的数学模型； （C）在经（A）步骤划分的另一段截面曲线上等间距选取一定数量的采样点，分别记录各采样点的坐标位置，并对所述采样点进行3～5阶多项式拟合，便得到软骨鱼盾鳞沟槽该段截面曲线的数学模型。