三維CAD零部件檢索關鍵技術研究

《三維CAD零部件檢索關鍵技術研究》是依託清華大學，由王斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三維CAD零部件檢索關鍵技術研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王斌
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

基於內容的三維CAD零部件檢索技術是提高三維CAD產品設計效率的必要手段，好的檢索技術可以有效利用企業已經積累的知識和成果，創造出新的價值和產品。本項目的研究目標就是解決面向三維CAD零部件復用的檢索技術中的關鍵問題，提高產品設計中的零部件復用率。針對目前三維CAD零部件檢索研究現狀和實際套用中存在的主要不足，本項目擬從四個方面展開研究：第一方面是研究基於IGES曲面模型的檢索技術；第二方面是研究基於圖編輯距離的實體模型檢索技術；第三方面研究是基於解析曲面輸入的三維模型檢索方法；第四方面是研究基於語義圖的機器學習方法獲取語義信息，更好地捕捉用戶檢索意圖。本項目的研究成果將支持草圖、文本、實體等多種輸入方式，實現基於標準表示的零部件檢索算法。研究成果一方面可以使得檢索結果更好地反映零部件的製造特徵和功能特性，另一方面可以避免將實體模型格線化導致的信息丟失，結果能夠更好地支持設計復用。

結題摘要

經過三年的研究，本項目主要取得了以下五個方面的進展。首先，本項目提出了一種基於特徵面匹配的機械零部件檢索方法。在訓練階段，對模型庫中的面進行訓練，標識面的區分度，並過濾小面和非特徵面；在檢索階段，通過訓練結果估算用戶輸入面的區分度，按照區分度順序，採用貪心算法分別和模型中的面進行面匹配和相似度排序。第二，本項目提出了一個CAD模型標準視圖的自動生成算法。對於CAD模型檢索的預處理過程來講，模型最佳視圖生成是其必不可少的一個步驟。本項目算法考慮了基元位置的標準化、正確的朝上方向以及儘可能多的可視特徵等，而且最佳視圖也應能反映基元體間的幾何約束關係、便於識別模型的功能等。算法流程可以分為三個主要步驟，即獲取主軸方向、推導朝上方向和選擇最佳視圖。實驗結果表明，本項目算法得到的標準視圖能夠很好地反應三維物體的特徵。第三，本項目將編輯距離的思想引入到三維CAD 模型檢索中，提出了一種基於圖編輯距離的檢索方法，稱為實體模型編輯距離。本項目給出了該距離的定義和計算方法，並且給出了一種加速的近似計算方法。由於編輯距離本身的靈活性，該方法適用於 CAD 模型檢索的多個套用。同時，本課題提出了一種多層次的最佳化方法來改進其效率和效果。第四，本項目把流形排序算法套用到三維模型檢索領域中以達到更好的檢索效果。提出了一種新的圖結構K平衡近鄰圖，同時給出了近似的構造算法， 通過在三維模型檢索、圖像檢索、二維數據聚類的廣泛實驗，發現K平衡近鄰圖比連通圖和K近鄰圖存在更大的優勢。同時本項目又對影響流形排序結果的參數σ進行了實驗，實驗結果說明，基於K平衡近鄰圖的流形排序算法的參數σ更容易選取，而且比連通圖和K近鄰圖有更好的檢索性能。第五，本項目提出了一種基於向量空間模型的裝配體檢索算法，通過引入信息檢索領域中經典的向量空間模型，來支持對裝配體的局部匹配和定量排序，並通過對原有向量空間模型的擴展，來實現對裝配體的模糊查詢。該算法分為離線處理和線上檢索兩個階段。在離線處理階段，將裝配體分解成為由不同種類的單零件所組成的集合，並且採用向量空間模型提供的權重計算方法計算每個單零件的權重；線上檢索階段，採用一種近似的二分圖匹配算法計算查詢輸入同裝配體的相似度。