三维CAD模型的形状特征提取与检索

发布时间：2018-10-30 17:08

【摘要】：数字化设计与制造技术是智能制造的核心技术。近年来,随着三维建模软件、互联网技术、专用图形显示硬件等的广泛使用,制造企业累积了大量的用于数字化设计与制造的三维CAD模型,数字制造面临着面向产品全生命周期、网络化、智能化以及大规模模型数据库处理等新制造模式和新技术的挑战。如何充分利用3D模型数据库,对产品设计进行快速检索、重用、修改及功能性试验,有效地缩短产品的研发周期,提高产品开发的效率和质量是数字化制造的关键。面向三维模型的形状特征的研究和模型检索系统的开发是解决这一问题的有效途径。目前,基于形状特征的三维模型检索算法取得了很多进展,但仍然存在如下关键问题没有解决:(1)三维模型检索在数字制造上的应用具有多样性,如何有效表达模型的形状特征并且能够满足用户的不同检索需求;(2)三维模型的形状特征往往是一个高维度的特征向量,在大规模的模型数据库中进行特征匹配时,如何设计一种有效的匹配机制;(3)用户对模型检索系统效率和准确性要求很高,如何设计一种检索机制在满足个性化需求的同时还要满足高检索性能要求。本文从三维模型形状特征提取出发,分析和挖掘蕴含在不同应用类型模型中丰富的形状特征信息,建立了高效的模型检索机制。论文结合理论推导与大量实验分析,并验证了所提出方法优于传统的经典算法。本文的主要研究内容与创新点如下:(1)论文探索了大规模3D CAD模型数据库中快速有效检索方法。分析了六种基于统计学的三维描述子(D1、D2、D3、A3形状分布、弦方法和凸包)的特点和属性,并通过实验对其效率和效果进行了评价,同时验证了统计模型的简单几何信息是一种快速、简单且计算和存储代价低的方法,适合于大规模的模型库检索。(2)论文提出了一种新型切片模型形状特征分布的描述子。针对形状特征分布方法描述复杂3D特征不够精细、充分,导致区分不同类别的能力不足,利用基于2D切片的新型模型表达方式和局部切片信息表征3D CAD模型形状,使提取的特征具有较强的可判别性和鲁棒性,该方法改善了传统的经典算法的检索性能。(3)论文提出了一种高维形状特征空间的低维嵌入的方法。针对模型3DCAD形状特征空间维度高的问题,利用基于数据的本征低维度空间表示3D模型几何和拓扑特征,为模型建立邻接图,计算邻接图的特征向量作为基函数,保留了原模型数据的拓扑和几何特征。其中,运用了表面各向异性核扩散的方法,使得复杂3D CAD模型(如齿轮)的曲线几何信息被保留下来;由于直接比较特征向量很困难,论文提出了运用Grovmov-Hausdorff度量方法,解决了两个不同尺度的特征向量的对齐和比较问题。(4)论文提出了 3D模型的局部-全局形状描述子。启发式数字化设计要求模型具有语义相似性,而传统大部分方法是提取形状的几何和拓扑特征,不能满足语义相似性匹配的要求。本论文计算了网格上每个顶点的小波核能量,以小波系数作为局部-全局描述子,并利用稀疏非负字典编码小波系数进行比较,提高了检索高层语义相似模型的性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.72

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 顾正朝,应道宁,王尔键;形状特征操作的有效性问题及处理[J];计算机工程与应用;1996年06期

2 王洪君,任秀丽;基于对象形状特征的图象检索[J];松辽学刊(自然科学版);2001年03期

3 高飞;形状特征的表示[J];计算机辅助工程;1995年02期

4 王春河,张铁昌;面向集成化的形状特征分类与表示[J];航空学报;1996年02期

5 王春河,周济,张新访,张铁昌;凸起形状特征在集成过程中的处理技术[J];计算机辅助设计与图形学学报;1996年04期

6 张炜,杜晓荣,张蕊;形状特征的显示表达框架的构造[J];微机发展;1998年06期

7 贺双拾;辛玉林;倪友平;陈曾平;;基于灰度图形状特征的低分辨雷达架次判别[J];雷达科学与技术;2008年01期

8 廖凯宁;李志强;孙静;;基于形状特征描述算子的3D模型检索[J];计算机工程;2010年12期

9 高飞，叶尚辉;形状特征的定义[J];计算机辅助工程;1994年01期

10 曹尚稳;两类形状特征的语义差及其操作互换性[J];系统工程与电子技术;1999年07期

相关会议论文 前6条

1 张世学;吴恩华;;基于形状特征与变形保持的动态模型简化[A];中国计算机图形学进展2008--第七届中国计算机图形学大会论文集[C];2008年

2 高剂斌;李裕梅;;基于复杂网络的图像形状特征提取及多特征融合方案探究[A];中国系统工程学会第十八届学术年会论文集——A12系统科学与系统工程理论在各个领域中的应用研究[C];2014年

3 胡帆;廖斌;薛巧平;;基于轮廓的形状特征提取方法[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年

4 路阳;董宏丽;;基于MATLAB实现水稻颗粒图像形状特征分析[A];黑龙江省计算机学会2007年学术交流年会论文集[C];2007年

5 李连;朱爱红;;基于形状的图像检索技术研究[A];’2004计算机应用技术交流会议论文集[C];2004年

6 甘俊英;赵向阳;张有为;;视觉语言特征—灰度轮廓权向量差分形状特征[A];图像 仿真 信息技术——第二届联合学术会议论文集[C];2002年

相关重要报纸文章 前2条

1 程春;画面清新自然 寓意美好吉祥[N];中国集邮报;2014年

2 党耀武;给你一双“慧眼”　判读高空侦察照片[N];中国国防报;2002年

相关博士学位论文 前10条

1 赵伟;自由形状特征的重用与抑制[D];浙江大学;2008年

2 王青;反求工程中基于变形的自由形状特征重构[D];浙江大学;2006年

3 陈飞;基于形状先验的同时分割与识别研究[D];浙江大学;2013年

4 柴伦绍;具有形变鲁棒性的形状特征研究及其在检索中的应用[D];北京邮电大学;2014年

5 桂江生;二维水果形状检测与分类算法研究[D];浙江大学;2007年

6 贾棋;形状不变特征提取及应用研究[D];大连理工大学;2014年

7 罗磊;形状分解和基于机器学习的图像检索技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

8 王军伟;融合全局与局部信息的形状轮廓特征分析与匹配[D];华中科技大学;2012年

9 陈国栋;面向机器人的物体形状及姿态识别研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

10 王淳;形状的部分结构解析和识别[D];华中科技大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 王松鹤;2D形状中分支结构的检测[D];大连海事大学;2015年

2 周斌;基于图像形状特征量的计算机辅助肝硬化检测研究[D];广西大学;2015年

3 张倩;基于支持向量机的多特征交通标志识别的研究与实现[D];东北大学;2014年

4 李龙卓;基于形状特征的图像检索技术研究[D];青岛科技大学;2015年

5 王璐;三维耳廓点云形状特征提取及匹配[D];辽宁师范大学;2015年

6 刘春爽;基于植物叶形状和叶脉的植物叶自动分类研究[D];浙江理工大学;2016年

7 郑培甜;边缘与形状特征信息在图像分割中的应用研究[D];西安邮电大学;2016年

8 姬建光;基于形状上下文的物体匹配与识别研究[D];西北师范大学;2016年

9 张锐;面向汉语国际教育的形状量词研究[D];山东师范大学;2017年

10 顾华;基于形状特征的人脸分类研究[D];清华大学;2004年

，

本文编号：2300630