本技術(shù)涉及昆蟲運(yùn)動(dòng)模擬領(lǐng)域，特別是涉及一種昆蟲攻擊行為3d仿真模擬方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
1、昆蟲在地球上種類繁多，其獨(dú)特的生理結(jié)構(gòu)和行為模式一直是生物學(xué)研究的重要領(lǐng)域。昆蟲肌肉的研究更是其中的關(guān)鍵部分，它主要聚焦于肌肉形態(tài)、發(fā)育和相關(guān)神經(jīng)信號(hào)等多方面。從肌肉形態(tài)來看，昆蟲的肌肉有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，不同的肌肉類型分布于昆蟲身體的各個(gè)部位，承擔(dān)著支撐身體、驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)等多種功能。例如，昆蟲的飛行肌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能夠快速收縮和舒張，為昆蟲的飛行提供強(qiáng)大的動(dòng)力。
2、在肌肉發(fā)育方面，昆蟲肌肉的形成和生長是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。從昆蟲的胚胎期開始，肌肉細(xì)胞就開始分化和發(fā)育，隨著昆蟲的生長，肌肉不斷增長和強(qiáng)化，以適應(yīng)昆蟲日益復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)需求。這個(gè)過程中，基因的表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)等多種機(jī)制共同作用，確保肌肉的正常發(fā)育。而相關(guān)神經(jīng)信號(hào)的研究則揭示了昆蟲肌肉運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制。昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)通過神經(jīng)信號(hào)來控制肌肉的收縮和舒張，這些神經(jīng)信號(hào)的傳遞和調(diào)節(jié)對(duì)于昆蟲的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)至關(guān)重要。例如，昆蟲在行走、飛行、捕食等行為中，神經(jīng)信號(hào)能夠精準(zhǔn)地控制不同肌肉群的運(yùn)動(dòng)，使昆蟲能夠靈活地適應(yīng)各種環(huán)境。
3、然而，盡管在這些方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，但目前仍不能直觀地觀察運(yùn)動(dòng)中肌肉的形態(tài)變化。昆蟲身體微小，肌肉結(jié)構(gòu)精細(xì)，運(yùn)動(dòng)過程快速且復(fù)雜，這使得在昆蟲運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)其肌肉形態(tài)變化的實(shí)時(shí)觀察面臨諸多技術(shù)難題。現(xiàn)有的成像技術(shù)和觀察方法在分辨率、速度和對(duì)昆蟲行為的影響等方面都存在局限性，難以捕捉到昆蟲肌肉在運(yùn)動(dòng)中的細(xì)微變化。這種觀察上的困難限制了對(duì)昆蟲肌肉運(yùn)動(dòng)機(jī)制的深入理解，也給進(jìn)一步的研究帶來了挑戰(zhàn)。
4、盡管在昆蟲運(yùn)動(dòng)模擬的研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但目前仍存在一些亟待解決的缺陷。其中最為關(guān)鍵的問題之一是，還無法將視頻中昆蟲運(yùn)動(dòng)的空間坐標(biāo)百分之百精準(zhǔn)地映射到動(dòng)畫之中。這意味著在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，從視頻中獲取的昆蟲運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)化為動(dòng)畫模擬時(shí)，會(huì)不可避免地出現(xiàn)一定程度的偏差，這無疑限制了對(duì)昆蟲運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)的深入理解和精確再現(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本技術(shù)的目的是提供一種昆蟲攻擊行為3d仿真模擬方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，以提高昆蟲運(yùn)動(dòng)的模擬精度。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：
3、第一方面，本技術(shù)提供了一種昆蟲攻擊行為3d仿真模擬方法，包括：
4、獲取待模擬昆蟲樣本的ct斷層圖像序列；
5、根據(jù)所述ct斷層圖像序列，進(jìn)行三維重構(gòu)，得到初始面數(shù)三角網(wǎng)格模型；
6、利用zbrush軟件或blender軟件，將所述初始面數(shù)三角網(wǎng)格模型，優(yōu)化為布線整齊的四邊形網(wǎng)格模型；
7、根據(jù)所述四邊形網(wǎng)格模型，構(gòu)建所述待模擬昆蟲樣本的3d力學(xué)模型；
8、基于所述3d力學(xué)模型和攻擊行為關(guān)鍵幀參考圖，利用逐幀對(duì)照法和骨骼動(dòng)畫插值方法，進(jìn)行所述待模擬昆蟲樣本的攻擊行為模擬；所述攻擊行為關(guān)鍵幀參考圖包括低級(jí)劍刺關(guān)鍵幀參考圖、高級(jí)劍刺關(guān)鍵幀參考圖、刺撲關(guān)鍵幀參考圖和步態(tài)運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵幀參考圖。
9、在一實(shí)施方式中，還包括：
10、依據(jù)肌腱附著點(diǎn)和肌纖維走向，在所述3d力學(xué)模型中建立一套動(dòng)力肌肉與肌纖維模型，其中每組肌肉均被賦予初始長度參數(shù)與初始方向向量；
11、在每一攻擊行為關(guān)鍵幀位置對(duì)動(dòng)力肌肉與肌纖維模型進(jìn)行差分測(cè)量，利用blender-python腳本提取肌肉在原始狀態(tài)與當(dāng)前幀下的相對(duì)長度變化，獲得關(guān)鍵幀肌肉拉伸數(shù)據(jù)；
12、將所述關(guān)鍵幀肌肉拉伸數(shù)據(jù)通過熱圖方式呈現(xiàn)。
13、在一實(shí)施方式中，獲取待模擬昆蟲樣本的ct斷層圖像序列，具體包括：
14、利用高分辨率顯微ct掃描系統(tǒng)對(duì)處于固定狀態(tài)下的待模擬昆蟲樣本進(jìn)行多角度斷層掃描，獲取覆蓋前足、中足、胸部及相關(guān)附肢的外骨骼與肌肉組織結(jié)構(gòu)的圖像；
15、將所述圖像以tiff格式保存，構(gòu)成ct斷層圖像序列。
16、在一實(shí)施方式中，根據(jù)所述ct斷層圖像序列，進(jìn)行三維重構(gòu)，得到初始面數(shù)三角網(wǎng)格模型，具體包括：
17、根據(jù)所述ct斷層圖像序列，利用amira軟件的基于灰度閾值的組織分割與體繪制功能，進(jìn)行外骨骼與肌肉組織的三維重構(gòu)，導(dǎo)出初始面數(shù)三角網(wǎng)格模型。
18、在一實(shí)施方式中，利用zbrush軟件或blender軟件，將所述初始面數(shù)三角網(wǎng)格模型，優(yōu)化為布線整齊的四邊形網(wǎng)格模型，具體包括：
19、將所述初始面數(shù)三角網(wǎng)格模型導(dǎo)入所述zbrush軟件或所述軟件中，利用動(dòng)態(tài)重拓?fù)渌惴ǎ_定四邊形網(wǎng)格模型。
20、在一實(shí)施方式中，根據(jù)所述四邊形網(wǎng)格模型，構(gòu)建所述待模擬昆蟲樣本的3d力學(xué)模型，具體包括：
21、通過逆向動(dòng)力學(xué)與正向動(dòng)力學(xué)混合控制方法對(duì)所述四邊形網(wǎng)格模型賦予運(yùn)動(dòng)屬性，得到具備運(yùn)動(dòng)屬性的三角網(wǎng)格模型；
22、根據(jù)灰度分布與表皮紋理參考圖，在blender軟件中對(duì)所述具備運(yùn)動(dòng)屬性的網(wǎng)格模型進(jìn)行基于節(jié)點(diǎn)著色的材質(zhì)擬真繪制，得到所述待模擬昆蟲樣本的3d力學(xué)模型。
23、在一實(shí)施方式中，攻擊行為關(guān)鍵幀參考圖的確定過程，具體包括：
24、采用高速攝像機(jī)以500幀/秒的速率對(duì)處于限制空間中的待模擬昆蟲進(jìn)行拍攝，記錄所述待模擬昆蟲在特定社交刺激條件下的攻擊行為視頻；
25、根據(jù)所述攻擊行為視頻，利用逐幀分析法，識(shí)別所述待模擬昆蟲的攻擊行為關(guān)鍵幀；
26、對(duì)每個(gè)所述攻擊行為關(guān)鍵幀進(jìn)行手工描邊與結(jié)構(gòu)標(biāo)注，得到攻擊行為關(guān)鍵幀參考圖。
27、第二方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述的昆蟲攻擊行為3d仿真模擬方法。
28、第三方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的昆蟲攻擊行為3d仿真模擬方法。
29、第四方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的昆蟲攻擊行為3d仿真模擬方法。
30、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)具有了以下技術(shù)效果：
31、本技術(shù)提供了一種昆蟲攻擊行為3d仿真模擬方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，該方法包括獲取待模擬昆蟲樣本的ct斷層圖像序列；根據(jù)所述ct斷層圖像序列，進(jìn)行三維重構(gòu)，得到初始面數(shù)三角網(wǎng)格模型；基于所述初始面數(shù)三角網(wǎng)格模型，利用zbrush軟件或blender軟件，獲得四邊形網(wǎng)格模型；根據(jù)所述四邊形網(wǎng)格模型，構(gòu)建所述待模擬昆蟲樣本的3d力學(xué)模型；基于所述3d力學(xué)模型和攻擊行為關(guān)鍵幀參考圖，利用逐幀對(duì)照法和骨骼動(dòng)畫插值方法，進(jìn)行所述待模擬昆蟲樣本的攻擊行為模擬；所述攻擊行為關(guān)鍵幀參考圖包括低級(jí)劍刺關(guān)鍵幀參考圖、高級(jí)劍刺關(guān)鍵幀參考圖、刺撲關(guān)鍵幀參考圖和步態(tài)運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵幀參考圖。本技術(shù)結(jié)合顯微ct和3d建模，構(gòu)建包含外骨骼與肌肉結(jié)構(gòu)的完整力學(xué)模型，提高了昆蟲運(yùn)動(dòng)的模擬精度。