一種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法
【專利摘要】本發明涉及了一種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，該方法是基于一種家蠶吐絲行為數據的自動采集方法獲得家蠶吐絲行為三維坐標數據，根據多項式曲線擬合的方法，求得家蠶吐絲行為的運動軌跡，利用模擬仿真的原理，再現家蠶的吐絲行為，并從時間和空間等全新的角度分析家蠶的軌跡方程，解析出家蠶吐絲行為的時序和位姿等特性，獲得家蠶吐絲行為的平均速度與運動方向。本發明的有益效果在于該仿真方法為獲取家蠶吐絲行為數據與蠶絲理化性能之間關聯性的研究提供有利依據，有利于家蠶吐絲行為的控制以及蠶絲的獲取。
【專利說明】—種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數據仿真領域，尤其是涉及一種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法。
【背景技術】
[0002]蠶絲是自然界中最輕最柔最細的天然纖維，撤銷外力后可輕松恢復原狀，內胎不結餅，不發悶，不縮攏，均勻柔和，可永久免翻使用。
[0003]蜘蛛絲的理化性質與蠶絲相比，具有非常明顯的優勢，特別在力學強度方面，蜘蛛絲纖維與強度最高的碳纖維及高強合纖等強度相接近。目前蜘蛛絲纖維在國防、軍事、建筑領域具有廣闊前景，而家蠶絲在紡織領域應用廣泛。但是由于蜘蛛的地盤意識較強，容易相互殘殺而無法大規模集體飼養，因此蜘蛛絲的產量有限。而蠶絲在幾千年前就被人類大規模地利用，在全球的年產量達到幾十萬噸，同時家蠶可以高密度養殖，獲得高產量的蠶絲。
[0004]家蠶吐絲行為仿真是一個復雜的計算過程。家蠶吐絲行為仿真過程中會模擬出不同實體的行為，通過對家蠶吐絲行為進行分析可以幫助人們理解家蠶的運動軌跡以及運動規律，為獲取家蠶吐絲行為與蠶絲理化性能之間關聯性的研究提供有利依據。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，該方法是基于家蠶吐絲行為三維坐標數據，根據多項式曲線擬合的方法，求得家蠶吐絲行為的運動軌跡，利用仿真的原理，再現家蠶吐絲行為的運動軌跡，并從時間和空間等全新的角度分析家蠶的軌跡方程，解析出家蠶吐絲行為的時序和位姿等特性，為人們提取高質量的家蠶絲提供了有利依據，克服傳統力學性能強弱混雜的家蠶絲的缺陷，提高家蠶絲的質量。
[0006]本發明所采用的技術方案如下:
[0007]一種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，所述方法是基于家蠶吐絲行為三維坐標數據，通過整理重建三維坐標，仿真再現家蠶的吐絲行為，并從時間和空間等全新的角度解析家蠶吐絲行為的時序和位姿等特性，為獲取家蠶吐絲行為與蠶絲理化性能之間關聯性的研究提供有利依據；具體步驟如下:
[0008]步驟A:數據采集，獲得家蠶吐絲行為三維坐標數據。
[0009]步驟B:數據處理，在Matlab曲線擬合工具箱中，通過⑶I傳輸三維坐標數據，以散點圖的方式進行查看。然后采用區間排除法的方法對數據進行預處理，目的是去除界外值、不定值和重復值，減小人為誤差，提高精度。
[0010]步驟C:模擬仿真，將處理后三維坐標數據分別在xoy以及yoz平面上進行多項式曲線擬合，得到方程<t(x，y) =0，(p{y,z) = Q (其中，p(x,_y)=0和(Hy，z)=0分別表示在xoy和yoz平面上的蠶絲運動軌跡);然后對平面曲線進行綜合得到空間曲線\4(x.v) = 0
y廠c.v，.v,z) = 0;最后在Matlab下對方程F(x，y，z) =0進行仿真得到的即為
{(p{y,z)=Q家蠶吐絲行為的運動軌跡。
[0011]步驟D:行為解析，根據家蠶吐絲行為的運動軌跡方程為F (x，y，z) = O,設定初始點為OUci, y0, z0),若在時刻t時家蠶運動到點P (xt, yt, zt)，通過家蠶的運動軌跡方程,可以
得到家蠶在t時刻的梯度
【權利要求】
1.一種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，其特征在于:所述方法是基于家蠶吐絲行為三維坐標數據，根據多項式擬合的方法，求出家蠶吐絲行為的運動軌跡，利用仿真的原理再現家蠶的吐絲行為，并從時間和空間角度解析家蠶吐絲行為的時序和位姿，為獲取家蠶吐絲行為與蠶絲理化性能之間關聯性的研究提供有利依據，有利于家蠶吐絲行為的控制以及蠶絲的獲取；具體步驟如下: 步驟A:數據采集，采集家蠶吐絲行為三維坐標數據； 步驟B:數據處理，在Matlab曲線擬合工具箱中，通過⑶I傳輸三維坐標數據，以散點圖的方式進行查看；然后采用區間排除法對數據進行預處理，去除界外值、不定值和重復值； 步驟C:模擬仿真，將處理后三維坐標數據分別在xoy以及yoz平面上進行多項式曲線擬合，求得平面運動軌跡，得到方程Φ(χ，y) = O, 9(y,z) = Q (其中，機x，y)=0和Φ (y, z)=0分別表示在xoy和yoz平面上的蠶絲運動軌跡);然后通過兩個不平行的平面軌跡方程組求得的立體運動軌跡方程F (x，y，z) = 0，即對平面曲線進行綜合得到空間曲線
2.根據權利要求1所述的家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，其特征在于:所述家蠶吐絲行為三維坐標數據是通過如下方法獲得:在放置家蠶的平臺上設置兩個攝像頭，同時采集家蠶吐絲過程中家蠶頭部吐絲口的圖像序列，然后對采集到的圖像序列進行處理，并利用視差原理求出家蠶頭部吐絲口的一系列三維坐標點；所述對圖像序列的處理是利用家蠶吐絲口的顏色信息不同于家蠶身體其他部位的特點，根據顏色信息從背景中分割出家蠶頭部吐絲口。
3.根據權利要求2所述的家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，其特征在于:所述三維坐標點的求取步驟如下: (1)利用兩個攝像頭同時采集到的多幅圖像，對攝像機進行標定，得到攝像機的內外參數； (2)利用攝像機的內外參數對圖像進行畸變矯正，使用數學方法消除徑向和切線方向上的鏡頭畸變，得到無畸變圖像； (3)對通過圖像序列處理后分割出的家蠶頭部吐絲口，分別提取兩個攝像頭采集到的家蠶吐絲口的特征點； (4)查找兩個攝像機視場中家蠶頭部吐絲口的相同特征，求取相匹配的相同特征點的視差； (5)最后利用圖像坐標系與世界坐標系之間的轉換關系和得到的視差值，求出該點在世界坐標系中的三維坐`標。
【文檔編號】G06F19/00GK103778347SQ201410070576
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】王宇俊, 向玉冰, 方燦, 孫亞芹, 譚艷, 胡翔 申請人:西南大學