【摘要】：數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)是智能制造的核心技術(shù)。近年來,隨著三維建模軟件、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、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(shè)計與制造的三維CAD模型,數(shù)字制造面臨著面向產(chǎn)品全生命周期、網(wǎng)絡(luò)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(shù)的挑戰(zhàn)。如何充分利用3D模型數(shù)據(jù)庫,對產(chǎn)品設(shè)計進行快速檢索、重用、修改及功能性試驗,有效地縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期,提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量是數(shù)字化制造的關(guān)鍵。面向三維模型的形狀特征的研究和模型檢索系統(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(guān)鍵問題沒有解決:(1)三維模型檢索在數(shù)字制造上的應(yīng)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(shè)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(zhǔn)確性要求很高,如何設(shè)計一種檢索機制在滿足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(yīng)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(jié)合理論推導(dǎo)與大量實驗分析,并驗證了所提出方法優(yōu)于傳統(tǒng)的經(jīng)典算法。本文的主要研究內(nèi)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(xué)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(fù)雜3D特征不夠精細、充分,導(dǎo)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(jīng)典算法的檢索性能。(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3DCAD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(fù)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,解決了兩個不同尺度的特征向量的對齊和比較問題。(4)論文提出了 3D模型的局部-全局形狀描述子。啟發(fā)式數(shù)字化設(shè)計要求模型具有語義相似性,而傳統(tǒng)大部分方法是提取形狀的幾何和拓撲特征,不能滿足語義相似性匹配的要求。本論文計算了網(wǎng)格上每個頂點的小波核能量,以小波系數(shù)作為局部-全局描述子,并利用稀疏非負字典編碼小波系數(shù)進行比較,提高了檢索高層語義相似模型的性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.72

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本文編號：2300630