三维CAD模型的表示与检索机制研究

产品复用是CAD领域的关键问题之一。研究显示，80％的创新设计源于对已有产品的复用。三维CAD模型检索是解决三维产品复用问题的有效途径。现有研究在三维CAD模型的表示、检索算法的效率与有效性方面有待进一步改进。总体而言，三维CAD模型检索研究仍处于起步阶段。本项目首次提出层次式多级映像图表示方式（Hierarchical Multilevel Projection Graphs，HMPG），将三维CAD模型表示为拓扑图、属性图、语义关联图三级映像，各级映像间通过几何节点建立索引关系；并通过拓扑关系识别、属性分析、语义关联识别，将广泛应用的B-Reps描述转换为HMPG表示。在此基础上，提出新型、鲁棒的快速层次式动态检索算法，以及基于HMPG表示的三维CAD模型分类、聚类、索引算法；并在相关反馈基础上，建立基于用户兴趣的三维CAD模型空间，为优化三维产品设计、加快产品创新开发提供新的思路。 2100433B

三维形状的局部匹配与索引是实现计算机对形状信息分析和理解的核心技术，在设计知识管理、基于实例的设计(CBD)等智能设计的研究领域具有重要的理论意义和应用价值。为实现基于三维CAD模型的产品设计信息智能检索与获取，本项目根据CAD模型的外形特点，提出了综合特征点、线、区域和骨架图的多层次、多分辨率形状描述算子；提出应用参数估计技术来求解局部匹配的特征点对应，基于金字塔匹配核设计面向多分辨率形状描述算子的匹配算法，并提出综合应用两种方法的递进匹配策略；在测度空间理论下研究海量三维数据的索引建立，采用机器学习方法进行距离测度的设计，基于精简空间分割方法构造测度索引并形成数据结构，设计出高效的三维模型检索算法。本项目研究三维形状的局部匹配和高效索引建立问题，具有较大的研究和推广价值，对智能设计、反求工程、三维物体识别等技术的理论发展和解决复杂工程问题具有重要意义。 2100433B

三维重建是计算机视觉中公认的难题，本项目使用CAD模型来提高三维重建的精度、稳健性和速度的思路，围绕着空间曲线和曲面的三维重建和匹配开展了以下五个方面的研究：1）基于高曲率点和拐点分割的空间曲线三维重建方法研究；2）基于B样条和NURBS表示的空间自由曲线三维重建方法研究；3）基于单帧图像的有源曲面仿射重建；4）三维离散数据的匹配与重建；5）基于迭代最近点的数据拟合方法。曲线和曲面是构成物体几何的基本要素，对它们三维重建和匹配的研究必然能够促进对整个物体几何结构三维重建和识别的研究，在视觉领域里具有非常重要的研究价值和意义，而我们提出的基于CAD模型的方法，为解决这些问题提供了一条有效的途径。 2100433B

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。