[发明专利]鳞翅目昆虫模型仿真和控制方法、系统及可读存储介质

权利要求书

1.一种鳞翅目昆虫模型的仿真和控制方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：采用三维mesh和层次化骨骼建立虚拟鳞翅目昆虫模型；所述模型包括n个翅膀和重力信息；并基于鳞翅目昆虫的飞行状态特性设置多个飞行控制角θ^＊，所述多个飞行控制角θ^*包括：前翼和后翼拍打角θ^γ、前翼旋转角θ^ζ、俯仰角θ^β、前翼扫角θ^Ψ和腹部旋转角θ^Φ；所述重力信息包括虚拟鳞翅目昆虫模型的质量、重力和虚拟鳞翅目昆虫模型的重心坐标；

步骤2：求解所述虚拟鳞翅目昆虫模型第j个翅膀上第i个三角面片上的空气动力F_i，j，并将所述第j个翅膀上第i个三角面片上的空气动力F_i，j进行叠加，得到第j个翅膀上的空气动力F_j；依次求解所述虚拟鳞翅目昆虫模型的n个翅膀上的空气动力，并得到所述虚拟鳞翅目昆虫模型的空气动力总和，以及在旋度噪声场上叠加Perlin噪声得到涡旋力F_vor；

步骤3：根据所述空气动力总和、所述涡旋力F_vor和所述重力得到虚拟鳞翅目昆虫模型的局部加速度a_loc；通过飞行路径规划，获取若干吸引点；通过最近吸引点、鳞翅目昆虫模型的重心坐标和鳞翅目昆虫模型的质量计算得到虚拟鳞翅目昆虫模型的偏好加速度a_pre；并通过所述局部加速度a_loc和所述偏好加速度a_pre得出鳞翅目昆虫的速度u_t；

步骤4：依据所述鳞翅目昆虫的速度u_t得出虚拟鳞翅目昆虫模型各飞行控制角θ^＊对应的振幅和虚拟鳞翅目昆虫模型各飞行控制角θ^＊对应的频率f^＊(u_t)；根据鳞翅目昆虫的速度u_t、振幅和频率f^＊(u_t)求得鳞翅目昆虫模型的飞行控制角θ^＊；以对所述虚拟鳞翅目昆虫模型进行飞行控制。

2.如权利要求1所述的一种鳞翅目昆虫模型的仿真和控制方法，其特征在于，所述飞行控制角θ_＊的计算公式为：

其中为平均角度，为相位，为振幅，f^*(u)为频率；

其中，所述振幅的计算公式为：

其中，表示计算飞行控制角θ^*所使用到的幅度域宽，|u^max|是蝴蝶的最大飞行速度；

其中，所述频率f^*(u_t)的计算公式为：

其中，R^*_f是计算飞行控制角θ^*所使用到的频率域宽；

其中符号*为上标，当*为β时表示俯仰角θ^β、为γ时表示前翼和后翼拍打角θ^γ，为ζ时表示前翼旋转角θ^ζ，为Ψ时表示前翼扫角θ^Ψ，为φ时表示腹部旋转角θ^φ。

3.如权利要求1所述的一种鳞翅目昆虫模型的仿真和控制方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述层次化骨骼基于线性混合蒙皮模型建立，并与所述三维mesh绑定，用于驱动三维mesh运动。

4.如权利要求1所述的一种鳞翅目昆虫模型的仿真和控制方法，其特征在于，所述俯仰角θ^β用于表征鳞翅目昆虫的胸部沿身体纵轴上下翘动的幅度；所述前翼和后翼拍打角θ^γ用于表征鳞翅目昆虫翅膀前后翼的拍打幅度；所述前翼旋转角θ^ζ用于表征鳞翅目昆虫前翼绕其前翼轴线的旋转角度；所述前翼扫角θ^Ψ用于表征鳞翅目昆虫前翼扫动的幅度；所述腹部旋转角θ^φ用于表征鳞翅目昆虫腹部沿身体纵轴上下翘动的幅度。