仿生學(xué)是研究模擬生物系統(tǒng)或使人造技術(shù)系統(tǒng)具有類似于生物系統(tǒng)功能的科學(xué)，即學(xué)習(xí)生物系統(tǒng).進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)造。信鴿是一種擅長飛行的鳥類，一只普通的信鴿常常能以80km/h的速度飛行，這個速度大約相當(dāng)于每秒鐘75倍鴿子的體長。生物表面的幾何構(gòu)型有特定的功能適應(yīng)，具有存在的合理性，必然存在定量的規(guī)律性。認(rèn)識這種量化規(guī)律，需要實現(xiàn)生物表面的定最測量，獲取空間表面數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)生物體曲面的建模和定量分析，進(jìn)而進(jìn)行仿生技術(shù)探索。逆向工程技術(shù)可以實現(xiàn)生物體三維表面數(shù)字化測最及其實體模型重構(gòu)。以信鴿體表作為仿生對象，進(jìn)行仿生減阻研究，首先要獲取量化的仿生表面信息。3D曲面模型能夠反映信鴿表面的非光滑形態(tài)，能夠反映表面的許多幾何特征，可以從模型中獲取許多量化的幾何信息。

　　1表面模型的建立

　　1.1樣品制作

　　從信鴿的胸部和背部上分別取下帶羽毛的表皮，立即將其展平，并固定于某一平面上。盡量保持表皮上的羽毛完整無損，并保持羽毛搭接的自然狀態(tài)，翅膀整個取下，保持自然形貌。樣品在常溫下，自然晾干。這里主要研究靜態(tài)情況下信鴿表面的自然的非光滑形貌，所以。排除風(fēng)等外界因素的影響。

　　1.2點群數(shù)據(jù)采集與處理

　　信鴿表面羽毛柔軟。受力容易變形.這里主要采用非接觸式測量方法，使用特制的3D SCANNER激光掃描儀.其掃描精度為0.2mm，機(jī)臺的掃描范周是80mmx70mm，景深為30mm。主要選擇乳了白色的信鴿作為掃描樣本，其他顏色的掃描樣本在掃描之前進(jìn)行了噴涂處理。掃描了胸部、背部和翅膀的多個樣品，根據(jù)精度要求，X軸和Y軸的間隔分別設(shè)為0.05mm，0.1mm及0.2mm.掃描長度分別設(shè)為8mm.10mm和12mm.點群數(shù)據(jù)文件存儲為.ASCII文件形式。

　　從激光掃描儀上經(jīng)過掃描獲得的每一個點群數(shù)據(jù)中，都含有噪聲數(shù)據(jù)。為了精確合理地建立信鴿表面形貌的模型。采用誤差點處理，數(shù)據(jù)平滑和數(shù)據(jù)精簡等方法對點群數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理。首先，手工刪除掃描數(shù)據(jù)中的無關(guān)點。將點云放大、旋轉(zhuǎn)，多角度觀察，手工刪除不屬于信鴿體表的數(shù)據(jù)點云.如實驗臺底架、生物體固定裝置等數(shù)據(jù)點。其次，剔除失真點。受信鴿體表光線的散射，測量環(huán)境的突然變化及測量設(shè)備分辨率等因素影響，在信鴿體表的尖角、凹邊及信鴿體表邊界附近的測最數(shù)據(jù)容易產(chǎn)生誤差較大的“跳點”。直接將點云局部放大、旋轉(zhuǎn)，將篩選出的與數(shù)據(jù)點云偏離較大的異常點直接刪除。CopyCAD軟件中提供了四種精簡點群數(shù)據(jù)的方法，采用了抽樣方法。數(shù)據(jù)平滑處理可以消除噪聲影響，得到較光順的重建模型，但前后兩組數(shù)據(jù)的偏差不能過大。分別采用高斯模式、平均模式和中值模式濾波器對數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。

　　1.3表面模型的建立

　　使用CopyCAD軟件.建立了信鴿胸部、背部及翅膀表面的的模型。主要經(jīng)過四步實現(xiàn)：1)輸入數(shù)字化點數(shù)據(jù)，利用import輸入已經(jīng)存好的.asc點云數(shù)據(jù);2)產(chǎn)生掃描結(jié)構(gòu)線.公差處理模型;3)經(jīng)過偏置和三角化，產(chǎn)生三角模型;4)生成曲面模型。白翅膀在體視顯微鏡下的照片及用CopyCAD建盤的表面模型如圖l(b)所示。根據(jù)建立的體表的3D模型，獲取了許多有價值的幾何信息，并進(jìn)行了特征曲線和特征曲面的幾何特性分析。

　　圖1表面及模型

　　2結(jié)束語

　　信鴿的體表凸凹較明顯，呈較規(guī)則的宏觀柔性非光滑表面結(jié)構(gòu)。利用逆向工程軟件CopyCAD進(jìn)行數(shù)據(jù)點云的平滑處理、精簡處理，通過點云數(shù)據(jù)網(wǎng)格化的造型方法，建立了體表非光滑表面的3D模型，獲取了需要的幾何信息，為下一步以信鴿體表為仿生對象，進(jìn)行仿生減阻研究奠定了基礎(chǔ)。