三維CAD模型的形狀特征提取與檢索.pdf

1、數(shù)字化設計與制造技術是智能制造的核心技術。近年來，隨著三維建模軟件、互聯(lián)網技術、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)字化設計與制造的三維CAD模型，數(shù)字制造面臨著面向產品全生命周期、網絡化、智能化以及大規(guī)模模型數(shù)據(jù)庫處理等新制造模式和新技術的挑戰(zhàn)。如何充分利用3D模型數(shù)據(jù)庫，對產品設計進行快速檢索、重用、修改及功能性試驗，有效地縮短產品的研發(fā)周期，提高產品開發(fā)的效率和質量是數(shù)字化制造的關鍵。面向三維模型的形狀特征的研

2、究和模型檢索系統(tǒng)的開發(fā)是解決這一問題的有效途徑。
　　目前，基于形狀特征的三維模型檢索算法取得了很多進展，但仍然存在如下關鍵問題沒有解決:(1)三維模型檢索在數(shù)字制造上的應用具有多樣性，如何有效表達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高維度的特征向量，在大規(guī)模的模型數(shù)據(jù)庫中進行特征匹配時，如何設計一種有效的匹配機制;(3)用戶對模型檢索系統(tǒng)效率和準確性要求很高，如何設計一種檢索機制在滿足

3、個性化需求的同時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)，分析和挖掘蘊含在不同應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制。論文結合理論推導與大量實驗分析，并驗證了所提出方法優(yōu)于傳統(tǒng)的經典算法。本文的主要研究內容與創(chuàng)新點如下:
　　(1)論文探索了大規(guī)模3D CAD模型數(shù)據(jù)庫中快速有效檢索方法。分析了六種基于統(tǒng)計學的三維描述子（D1、D2、D3、A3形狀分布、弦方法和凸包）的特點和屬性，并通

4、過實驗對其效率和效果進行了評價，同時驗證了統(tǒng)計模型的簡單幾何信息是一種快速、簡單且計算和存儲代價低的方法，適合于大規(guī)模的模型庫檢索。
　　(2)論文提出了一種新型切片模型形狀特征分布的描述子。針對形狀特征分布方法描述復雜3D特征不夠精細、充分，導致區(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的可判別性和魯棒性，該方法改善了傳統(tǒng)的經典算法的檢索性能。
　

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。針對模型3D CAD形狀特征空間維度高的問題，利用基于數(shù)據(jù)的本征低維度空間表示3D模型幾何和拓撲特征，為模型建立鄰接圖，計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)的拓撲和幾何特征。其中，運用了表面各向異性核擴散的方法，使得復雜3D CAD模型（如齒輪）的曲線幾何信息被保留下來;由于直接比較特征向量很困難，論文提出了運用Grovmov-Hausdorff度量方法，解決了兩個不同