三维CAD模型检索中的快速过滤与聚类索引方法研究

《三维CAD模型检索中的快速过滤与聚类索引方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：三维CAD模型检索中的快速过滤与聚类索引方法研究作者：皇甫中民学科专业：航空宇航制造工程指导教师：张树生2017年4月ResearchonRapidFilteringandClusterIndexingMethodin3DCADModelRetrievalByHuangfuZhong-minUndertheSupervisionofProfessorZhangShu-shengADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartia

2、lfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyXi’anP.R.ChinaApril2017摘要摘要随着信息化技术在制造业领域的深入发展，依据数字化模型进行产品研发的制造模式受到广泛关注。产品的数字化三维模型越来越成为产品研发的信息载体和基础，这些模型的数量正以迅猛的速度在企业内和网络平台上增长。若能从这些海量的模型数据中获取所需要的模型，对其中所承载的产品设计和加工信息加以有效重用，必将能够缩短产品研发周期、提高产品研制质量和效率。然而，由于三维CAD模型的结构复杂性、特征数据

3、的超高维性、海量性等，三维CAD模型检索无论从精度还是效率方面尚难以满足工程实际的应用。本文为了提高检索中模型特征描述的粒度、局部细节的区别能力以及检索的效率，从特征提取与相似性比较、三维模型库的聚类划分、三维模型库的索引过滤机制等方面展开了系统研究。论文的主要研究工作及成果如下：1）提出一种三维CAD模型的层次化特征描述子提取方法。首先，提出模型的属性标记关联图（LabelledAttributeAdjacencyGraph,LAAG）的概念，以描述CAD模型的几何拓扑等属性，并通过从B-Rep表示的模型中提取属性信息，将模型转换为LAAG；然后，依

4、据模型的LAAG，以定义的分割内聚度最大为目标，将训练集中的各CAD模型分割成一系列具有一定工程意义的局部区域；最后，根据图谱原理，基于LAAG局部图谱利用融合空间关系的词袋模式构建CAD模型的层次化特征描述子，自顶而下由粗到精地描述模型的整体至局部属性特征。针对该描述子的特点，采用一种粗精结合的分层检索机制验证了特征描述方法的有效性。实验表明，所提取的特征描述子能够由粗到精逐层深入地对模型进行细致的区别和描述，基于该描述子的的相似比较效率也很高，为高效获取优质的检索结果奠定了良好的基础。2）提出一种鱼群启发的三维CAD模型库空间聚类划分与检索方法。为

5、克服因线性搜索而导致的检索效率低下问题，将模型库搜索空间聚类划分为若干小的搜索子空间。首先，以提取的层次化特征描述子为基础，定义三维CAD模型库聚类划分的数学模型；然后，借鉴鱼群运动寻优模式的思想，以一种全局公告信息引导和模糊c均值修正的鱼群寻优方式进行模型库的聚类划分；基于该模型库空间划分，采取将搜索子空间集的快速定位与子空间内模型的精细匹配相结合的两层定位机制来实现CAD模型的检索，以缩小模型检索时的搜索范围，减少模型比较的次数，从而提高检索效率。实验表明，该方法对聚类参数的选取具有较好的鲁棒性，算法的收敛性以及模型库聚类效果好，在不影响检索质量的

6、情况下效率有明显提高。3）提出一种基于聚类层次分解的CAD模型库索引与检索方法。单一的模型库聚类划分在高维环境下各聚簇易发生相互重叠。为进一步提高检索效率，在对模型库空间进I西北工业大学博士学位论文行聚类划分的基础上，对各聚簇进行更加细致的分解，并依此构建聚类层次分解索引。该方法首先以各分解子空间的模型数量基本相等为目标，仅依据特征描述子间的距离分布进行层次分解并构建索引，因此索引结构具有良好的平衡性，且各分解的子空间没有重叠，能克服维数灾难；模型检索时，在制定剪枝规则的基础上，提出一种子空间深度优先访问同时动态修正查询半径的自动搜索与剪枝方法，能以很

7、少的数据访问来获取候选模型，最后再对剩余的少数模型进行精细匹配和比较。由实验结果可知，所提索引与检索方法在高维环境下具有良好的索引和剪枝性能，且对聚类和索引参数具有一定鲁棒性，对较大规模测试库的检索效率提高显著，可有效地支持企业对三维CAD模型检索的实际应用。4）提出一种面向三维CAD模型局部检索的图索引过滤机制。该方法是针对工程中具有广泛需求的用户对三维CAD模型指定查询区域的局部检索模式而提出的。将三维CAD模型转换成的LAAG作为输入源，以图谱的有关原理为理论基础，在模型的LAAG及其各顶点的局部结构两个层次上进行适合于局部检索的索引过滤的编码；

8、然后，分别在LAAG和顶点两个编码层次上提出引理，论证模型局部匹配时两级编码需满足的必要条件；