无肢动物的连续身体三维重建
生物物理
2025-10-14 v2 系统与控制
系统与控制
定量方法
摘要
蛇、无肢蜥蜴、蠕虫、鳗鱼和七鳃鳗等无肢动物通过使其在三维空间中运动的细长身体穿越多样环境。准确量化其连续身体的三维形状与运动对于理解复杂地形中的身体-环境相互作用十分重要，但这难以实现（尤其是局部朝向与旋转）。在此，我们描述一种插值方法来量化连续身体的三维位置与朝向。我们将身体简化为弹性杆，并应用骨干优化方法在由跟踪标记点施加的端点约束之间插值连续身体形状。尽管过度简化了生物力学，我们的方法在三维位置和朝向上的插值精度（约 50% 误差）均高于广泛使用的三次 B 样条插值方法。除所展示的蛇穿越大型障碍物外，我们的方法也适用于其他细长无肢动物和连续体机器人。我们提供代码与演示文件以便于应用我们的方法。
引用
@article{arxiv.2103.05198,
title = {Continuous body 3-D reconstruction of limbless animals},
author = {Qiyuan Fu and Thomas W. Mitchel and Jin Seob Kim and Gregory S. Chirikjian and Chen Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.05198},
year = {2025}
}