基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法制造技术

本发明专利技术涉及三维重构技术领域，具体涉及基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法，本发明专利技术根据化石CT扫描的原始数据，利用计算机辅助设计软件对耳材村虫进行建模，由于身体形态和壳瓣展开角度等参数不能通过化石数据获得，因此对不确定参数进行多种不同形态的尝试建模，然后通过计算流体力学仿真（CFD）进行仿真研究，得出每种形态下的升力和阻力，以此推断重构的何种身体形态最为合理。本发明专利技术所涉及的三维重构方法将传统建模方法与计算流体力学仿真相结合，利用仿真结果推断建模结果的准确性，将该方法应用于古生物的3D复原，填补了耳材村虫研究上的空白。

【技术实现步骤摘要】
基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法
本专利技术涉及三维重构
，具体涉及基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法。
技术介绍
澄江动物群是20世纪最伟大的发现之一，是寒武纪生命大爆发的直接证据，是目前地球上所发现的最古老、保存最好的一个多门类动物群，它几乎包括了现代所有的动物门类。勿容置疑，它们代表了现生动物的祖先类型，其构造特征也多为原始特征，为追溯早期动物类群的起源和研究其谱系关系提供了得天独厚的条件。三维重构技术不仅能让古生物学家对其研究对象获得更为丰富、生动的视觉效果，更为重要的是合理的三维重构模型将对仿生学的研究具有重大意义。中国云南澄江生物群的多节耳材村虫的CT扫描的原始数据不完备，导致其身体形态和壳瓣展开角度等参数不能通过化石数据获得，且目前还未有基于三维重构技术对多节耳材村虫化石进行复原的方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法，具体技术方案如下：基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法，包括以下步骤：S1：根据多节耳材村虫化石的CT扫描得到原始数据，在三维建模软件中对多节耳材村虫附肢、躯干、尾叉部分进行实体建模；S2：建立多种壳瓣连接方式及展开角度和身体形态组合的多节耳材村虫完整实体模型；S3：对建立的多种完整实体模型，在计算流体力学仿真软件中进行仿真研究，每种实体模型均可得出一系列的阻力值和升力值；S4：对每个模型的升力值、阻力值进行对比分析，找出升阻比最小的对应模型，即推断该模型为多节耳材村虫的3D复原模型结果；所述升阻比为升力值与阻力值之比。优选地，所述壳瓣连接方式包括壳瓣连接状态和壳瓣分开状态。优选地，所述身体形态包括背部平直腹部凸起和背部凸起腹部平直两种状态。优选地，所述展开角度的操作具体是在最大可能展开角度和最小展开角度的范围，按n度的间隔进行展开角度建模，其中n小于最小展开角度。本专利技术的有益效果为：根据化石CT扫描的原始数据，利用计算机辅助设计软件对耳材村虫进行建模，由于身体形态和壳瓣展开角度等参数不能通过化石数据获得，因此对不确定参数进行多种不同形态的尝试建模，然后通过计算流体力学仿真（CFD）进行仿真研究，得出每种形态下的升力和阻力，以此推断重构的何种身体形态最为合理，最后通过实验验证该三维重构方法的有效性。本专利技术基于不完备信息对多节耳材村虫化石进行逆向推导复原，可以让古生物学家对其研究获得更为丰富、生动的视觉效果。本专利技术所涉及的三维重构方法将传统建模方法与计算流体力学仿真相结合，利用仿真结果推断建模结果的准确性，将该方法应用于古生物的3D复原，填补了耳材村虫研究上的空白。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2多节耳材村虫化石的照片，其中图2（a）为多节耳材村虫化石的光学显微镜照片，图2（b）为俯视图视角的多节耳材村虫化石显微CT成像图；图2（c）为仰视图视角的多节耳材村虫化石显微CT成像图；图2（d）为侧视图视角的多节耳材村虫化石显微CT成像图；图3为耳材村虫身体轮廓线图；图4为耳材村虫身体轮廓模型；图5为附肢及尾叉轮廓线拟合图；图6为耳材村虫尾部建模效果图；其中图6（a）为短叉尾部模型图；图6（b）为长叉尾部模型图；图6（c）为尾部薄膜形成过程图；图6（d）为尾部整体模型图；图7为耳材村虫附肢建模效果图；其中图7（a）为单条腿肢模型图；图7（b）为完整腿肢模型图；图8为耳材村虫壳瓣及身体模型图；其中图8（a）为壳瓣分开状态的壳瓣模型图；图8（b）为壳瓣连接状态的壳瓣模型图；图8（c）为背部凸起腹部平直的身体模型图；图8（d）为背部平直腹部凸起的身体模型图；图9为4种完整耳材村虫模型，其中图9（a）为壳瓣分开、背部平直腹部凸起模型图；图9（b）为壳瓣分开、背部凸起腹部平直模型图；图9（c）为壳瓣连接、背部平直腹部凸起模型图；图9（d）为壳瓣连接、背部凸起腹部平直模型图；图10为壳瓣不同展开角度的模型图，其中图10（a）为壳瓣展开120度的模型图；图10（b）为壳瓣展开180度的模型图；图11为网格划分情况图；图12为四种模型在不同壳瓣展开角度的仿真结果图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：如图1所示，基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法，包括以下步骤：S1：根据多节耳材村虫化石的CT扫描得到原始数据，在UG三维建模软件中对多节耳材村虫附肢、躯干、尾叉部分进行实体建模；多节耳材村虫是一种具有一对外壳和鱼尾状尾部的节肢动物，发现并报道于上世纪九十年代。云南省古生物研究重点实验室研究人员使用精度达到微米级别的X射线三维成像技术（显微CT），透过厚厚的外壳和围岩，观察到了多节耳材村虫保存完好的附肢及其令人惊艳的形态细节，如图2所示。根据图2（b）、图2（c）所示的显微CT成像图，可以比较准确得到的身体形态参数有：耳材村虫身长及宽度、附肢数量与形状尺寸参数、尾叉与躯干形状尺寸参数。运用三维建模软件中的“光栅图像”功能，选择图像文件，将图2的（b）、（c）、（d）三张图片选择一个平面插入，后在光栅图片中设置插入草图的基点位置，本实施例中设置为图片的中点与原点重合，接着设置插入图片的宽度和高度。选择一个基准平面绘制草图，进入草图绘制状态，利用“艺术样条”命令，类型为“通过点”，沿着耳材村虫的轮廓往一个方向设置其余的点，终点位置设置在身体与尾部分叉交界处，最终构建的耳材村虫身体轮廓如图3所示。绘制好横截面草图后，利用“通过曲线网格”命令，主曲线选择刚绘制的耳材村虫身体轮廓线草图，交叉曲线依次选择身体轮廓框架线，如图4（a）所示。身体的其他部位也可用此方法来构建，注意保证曲面曲率的连续性，最后利用曲面缝合命令来形成实体，最终耳材村虫身体轮廓模型如图4（b）所示。与建立耳材村虫身体轮廓线的步骤一致，建立尾部和腿肢的拟合轮廓线，如图5所示。接着在尾部框线顶点处建立基准面，并且绘制截面草图，利用“扫掠”命令建立尾部模型，利用“N边曲面”命令形成尾部薄膜曲面，经过修剪后用“加厚”命令形成曲面分叉薄膜，经过修饰后利用“镜像几何体”命令建立尾部整体模型，建模效果如图6所示。同理，在轮廓线两端建立基准面，并且绘制草图，而后利用“扫掠”命令形成腿肢，如图7（a），再利用同样的方法以及阵列的方法形成其他腿肢，经过简单修饰后腿肢整体如图7（b）所示。S2：由于化石的压缩和残缺，导致耳材村虫的壳瓣形状和身体形态无法获得，因此建立多种壳瓣连接方式及展开角度和身体形态组合的多节耳材村虫完整实体模型；壳瓣连接方式包括壳瓣连接状态和壳瓣分开状态。身体形态包括背部平直腹部凸起和背部凸起腹部平直两种状态。展开角度的操作具体是在最大可能展开角度和最小展开角度的范围，按n度的间隔进行展开角度建模，其中n小于最小展开角度。在本实施例中由于耳材村虫化石是在挤压状态下保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：根据多节耳材村虫化石的CT扫描得到原始数据，在三维建模软件中对多节耳材村虫附肢、躯干、尾叉部分进行实体建模；/nS2：建立多种壳瓣连接方式及展开角度和身体形态组合的多节耳材村虫完整实体模型；/nS3：对建立的多种完整实体模型，在计算流体力学仿真软件中进行仿真研究，每种实体模型均可得出一系列的阻力值和升力值；/nS4：对每个模型的升力值、阻力值进行对比分析，找出升阻比最小的对应模型，即推断该模型为多节耳材村虫的3D复原模型结果；所述升阻比为升力值与阻力值之比。/n

【技术特征摘要】
1.基于不完备信息的多节耳材村虫化石逆向推导复原法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：根据多节耳材村虫化石的CT扫描得到原始数据，在三维建模软件中对多节耳材村虫附肢、躯干、尾叉部分进行实体建模；
S2：建立多种壳瓣连接方式及展开角度和身体形态组合的多节耳材村虫完整实体模型；
S3：对建立的多种完整实体模型，在计算流体力学仿真软件中进行仿真研究，每种实体模型均可得出一系列的阻力值和升力值；
S4：对每个模型的升力值、阻力值进行对比分析，找出升阻比最小的对应模型，即推断该模型为多节耳材村虫的3D复原模型结果；所述升阻比为升力值与阻力...

【专利技术属性】
技术研发人员：周祖鹏，李玉寒，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45