三維CAD模型的形狀特征提取與檢索.pdf

1、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)是智能制造的核心技術(shù)。近年來(lái)，隨著三維建模軟件、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、專用圖形顯示硬件等的廣泛使用，制造企業(yè)累積了大量的用于數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的三維CAD模型，數(shù)字制造面臨著面向產(chǎn)品全生命周期、網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及大規(guī)模模型數(shù)據(jù)庫(kù)處理等新制造模式和新技術(shù)的挑戰(zhàn)。如何充分利用3D模型數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速檢索、重用、修改及功能性試驗(yàn)，有效地縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量是數(shù)字化制造的關(guān)鍵。面向三維模型的形狀特征的研

2、究和模型檢索系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。
　　目前，基于形狀特征的三維模型檢索算法取得了很多進(jìn)展，但仍然存在如下關(guān)鍵問(wèn)題沒(méi)有解決:(1)三維模型檢索在數(shù)字制造上的應(yīng)用具有多樣性，如何有效表達(dá)模型的形狀特征并且能夠滿足用戶的不同檢索需求;(2)三維模型的形狀特征往往是一個(gè)高維度的特征向量，在大規(guī)模的模型數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行特征匹配時(shí)，如何設(shè)計(jì)一種有效的匹配機(jī)制;(3)用戶對(duì)模型檢索系統(tǒng)效率和準(zhǔn)確性要求很高，如何設(shè)計(jì)一種檢索機(jī)制在滿足

3、個(gè)性化需求的同時(shí)還要滿足高檢索性能要求。
　　本文從三維模型形狀特征提取出發(fā)，分析和挖掘蘊(yùn)含在不同應(yīng)用類型模型中豐富的形狀特征信息，建立了高效的模型檢索機(jī)制。論文結(jié)合理論推導(dǎo)與大量實(shí)驗(yàn)分析，并驗(yàn)證了所提出方法優(yōu)于傳統(tǒng)的經(jīng)典算法。本文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)論文探索了大規(guī)模3D CAD模型數(shù)據(jù)庫(kù)中快速有效檢索方法。分析了六種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的三維描述子（D1、D2、D3、A3形狀分布、弦方法和凸包）的特點(diǎn)和屬性，并通

4、過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)其效率和效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，同時(shí)驗(yàn)證了統(tǒng)計(jì)模型的簡(jiǎn)單幾何信息是一種快速、簡(jiǎn)單且計(jì)算和存儲(chǔ)代價(jià)低的方法，適合于大規(guī)模的模型庫(kù)檢索。
　　(2)論文提出了一種新型切片模型形狀特征分布的描述子。針對(duì)形狀特征分布方法描述復(fù)雜3D特征不夠精細(xì)、充分，導(dǎo)致區(qū)分不同類別的能力不足，利用基于2D切片的新型模型表達(dá)方式和局部切片信息表征3D CAD模型形狀，使提取的特征具有較強(qiáng)的可判別性和魯棒性，該方法改善了傳統(tǒng)的經(jīng)典算法的檢索性能。
　

5、　(3)論文提出了一種高維形狀特征空間的低維嵌入的方法。針對(duì)模型3D CAD形狀特征空間維度高的問(wèn)題，利用基于數(shù)據(jù)的本征低維度空間表示3D模型幾何和拓?fù)涮卣?，為模型建立鄰接圖，計(jì)算鄰接圖的特征向量作為基函數(shù)，保留了原模型數(shù)據(jù)的拓?fù)浜蛶缀翁卣?。其中，運(yùn)用了表面各向異性核擴(kuò)散的方法，使得復(fù)雜3D CAD模型（如齒輪）的曲線幾何信息被保留下來(lái);由于直接比較特征向量很困難，論文提出了運(yùn)用Grovmov-Hausdorff度量方法，解決了兩個(gè)不同