[发明专利]一种基于生物隐性形状获取的产品形状设计方法

权利要求书

1.一种基于生物隐性形状获取的产品形状设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)统计分析样本库构建：采集若干幅生物图像，对生物图像中的目标生物形状进行标定获取表示目标生物形状的特征点，并对特征点表示的目标生物形状进行正规化处理构建统计分析样本库X；

2)隐性形状统计分析模型构建：对正规化后的形状建立隐性形状统计分析模型并进行统计分析，其中模型的参数为隐性特征参数；

3)隐性特征参数物理属性映射：对隐性特征参数进行定步长的连续调节并重建获得隐性形状和产品形状，分析重建后的隐性形状变化以及对应的产品形状的仿真性能变化，获取隐性特征参数物理属性；

4)隐性形状设计方案生成：根据几何结构和力学性能的产品设计要求，结合隐性特征参数的物理属性，选择最优的隐性特征参数的数值，获得最终隐性形状；

所述步骤4)具体为：

4.1)采用以下公式对比若干幅生物图像所获得的目标生物形状对应的隐性特征参数的物理属性与产品设计要求之间的相似值γ：

γ＝||Ψ-Φj||²

其中，Ψ表示目标产品的几何结构和力学性能的产品设计要求，γ表示相似值，Φj表示第j个隐性特征参数的物理属性，|| ||²表示Frobenius范数的平方；

4.2)选取最低相似值对应的隐性特征参数y_min，根据下式计算设计值y_d：

其中，f_input表示目标产品设计要求形状特征，a_min表示最低相似值对应的隐性特征参数y_min对应的正交矩阵A中的列向量；

然后根据隐性形状统计分析模型采用以下公式重建最终隐性形状x_r：

x_r＝m+Ay_d

其中，m为统计分析样本库X中所有目标生物形状的均值，A为正交矩阵；

5)产品形状设计生成：对最终隐性形状进行形状标准化，建立最终产品形状。

2.根据权利要求1所述的一种基于生物隐性形状获取的产品形状设计方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：针对同一生物，选取数量为n的同类生物图像样本，对每张图像样本中的目标生物形状通过标定获得特征点，并将每张图像样本中的所有特征点的坐标组建一个列向量s_i以用于表征目标生物形状，i＝1,2…n，i表示图像样本的序数，n表示图像样本的总数；然后通过普氏分析法对每个列向量s_i进行正规化，结果记为x_i，所有正规化后的目标生物形状x_i组建构成统计分析样本库X，统计分析样本库X中的每一列为一个正规化后的目标生物形状x_i。

3.根据权利要求1所述的一种基于生物隐性形状获取的产品形状设计方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：

针对目标生物形状建立以下公式的隐性形状统计分析模型，基于主成分分析方法对统计分析样本库X进行统计分析获得每个目标生物形状x_i的隐性形状统计分析模型：

x_i＝m+Ay_i

其中，m为统计分析样本库X中所有目标生物形状的均值；A为正交矩阵，称为转换矩阵，其每一列为一个单位向量；y_i为隐性特征参数向量，隐性特征参数向量y_i中的每一个元素为一个隐性特征参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于生物隐性形状获取的产品形状设计方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：

3.1)针对每一个隐性特征参数，在其取值范围内以固定步长作为增量从小到大进行调节，同时保持其它隐性特征参数不变；

3.2)利用每一次调节后的隐性特征参数，重建获得隐性形状，利用隐性形状构建产品形状并利用仿真软件进行性能仿真；

3.3)对比分析各次调节后获得的隐性形状的变化及其产品形状的仿真性能的变化确定隐性特征参数的物理属性；

3.4)针对各个隐性特征参数，重复上述步骤3.1)-3.3)各个隐性特征参数的物理属性。