三维CAD零部件检索关键技术研究

基于内容的三维CAD零部件检索技术是提高三维CAD产品设计效率的必要手段，好的检索技术可以有效利用企业已经积累的知识和成果，创造出新的价值和产品。本项目的研究目标就是解决面向三维CAD零部件复用的检索技术中的关键问题，提高产品设计中的零部件复用率。针对目前三维CAD零部件检索研究现状和实际应用中存在的主要不足，本项目拟从四个方面展开研究：第一方面是研究基于IGES曲面模型的检索技术；第二方面是研究基于图编辑距离的实体模型检索技术；第三方面研究是基于解析曲面输入的三维模型检索方法；第四方面是研究基于语义图的机器学习方法获取语义信息，更好地捕捉用户检索意图。本项目的研究成果将支持草图、文本、实体等多种输入方式，实现基于标准表示的零部件检索算法。研究成果一方面可以使得检索结果更好地反映零部件的制造特征和功能特性，另一方面可以避免将实体模型网格化导致的信息丢失，结果能够更好地支持设计复用。

经过三年的研究，本项目主要取得了以下五个方面的进展。首先，本项目提出了一种基于特征面匹配的机械零部件检索方法。在训练阶段，对模型库中的面进行训练，标识面的区分度，并过滤小面和非特征面；在检索阶段，通过训练结果估算用户输入面的区分度，按照区分度顺序，采用贪心算法分别和模型中的面进行面匹配和相似度排序。第二，本项目提出了一个CAD模型标准视图的自动生成算法。对于CAD模型检索的预处理过程来讲，模型最佳视图生成是其必不可少的一个步骤。本项目算法考虑了基元位置的标准化、正确的朝上方向以及尽可能多的可视特征等，而且最佳视图也应能反映基元体间的几何约束关系、便于识别模型的功能等。算法流程可以分为三个主要步骤，即获取主轴方向、推导朝上方向和选择最佳视图。实验结果表明，本项目算法得到的标准视图能够很好地反应三维物体的特征。第三，本项目将编辑距离的思想引入到三维CAD 模型检索中，提出了一种基于图编辑距离的检索方法，称为实体模型编辑距离。本项目给出了该距离的定义和计算方法，并且给出了一种加速的近似计算方法。由于编辑距离本身的灵活性，该方法适用于 CAD 模型检索的多个应用。同时，本课题提出了一种多层次的优化方法来改进其效率和效果。第四，本项目把流形排序算法应用到三维模型检索领域中以达到更好的检索效果。提出了一种新的图结构K平衡近邻图，同时给出了近似的构造算法， 通过在三维模型检索、图像检索、二维数据聚类的广泛实验，发现K平衡近邻图比连通图和K近邻图存在更大的优势。同时本项目又对影响流形排序结果的参数σ进行了实验，实验结果说明，基于K平衡近邻图的流形排序算法的参数σ更容易选取，而且比连通图和K近邻图有更好的检索性能。第五，本项目提出了一种基于向量空间模型的装配体检索算法，通过引入信息检索领域中经典的向量空间模型，来支持对装配体的局部匹配和定量排序，并通过对原有向量空间模型的扩展，来实现对装配体的模糊查询。该算法分为离线处理和在线检索两个阶段。在离线处理阶段，将装配体分解成为由不同种类的单零件所组成的集合，并且采用向量空间模型提供的权重计算方法计算每个单零件的权重；在线检索阶段，采用一种近似的二分图匹配算法计算查询输入同装配体的相似度。