【摘要】：以體素構造三維模型原理為基礎,闡述了體素的幾何信息和體素間的拓撲關系及基準問題,建立了三維模型特征提取函數,并對其旋轉、平移和尺寸變化進行了經典不變矩處理,提出了一種基于體素構造和遺傳算法的三維模型檢索方法。該方法通過對遺傳信息編碼,以及迭代中的遺傳信息交叉與變異,減小了檢索區(qū)域的收斂速度,提高了檢索準確率和檢索速度。
【圖文】：

圓環(huán)體：圓環(huán)體中心圓半徑r6，截面圓半徑r7，基準為中心圓半徑所在的圓心。1.2三維模型拓撲信息特征根據具體三維模型的結構特點，將孤立的體素進行有效地組合，確定體素之間的相對位置關系和具體體素數量。為了有序地組合基本體素，形成有實際需求的具體三維模型，需要引入布爾運算。在建模過程中，布爾運算是通過對2個及2個以上的體素進行并集、差集、交集運算，從而得到新的模型。一般采用布爾運算的樹狀結構圖來形象、直觀地表現三維模型各個體素間的數量關系及拓撲關系[4]。三維模型樹狀結構示例如圖1所示。圖1三維模型樹狀結構根據上述體素的布爾運算，可得到體素與復雜三維模型的關系——體素拓撲關系樹P={P1，P2，…，Pi，…，Pn 1}T(1)其中，Pi為描述基于三維模型樹狀結構圖中第i個體素和第i 1個體素的拓撲關系子向量。在確定了體素組合關系的基礎上，需進一步確定各體素基準點相對于三維模型的具體位置。體素基準關系包含拓撲關系特征的各個體素基準向量，其表示為D={D1，D2，…，Dj，…，Dk 1，Dk}T(2)Dj={x，y，z}(3)根據上文所述，體素拓撲關系樹P與體素基準關系D共同決定了三維模型拓撲信息特征。2三維模型特征提取在三維模型特征提取過程中，定義三維模型的幾何信息特征為X，拓撲信息特征為Y。因此，三維模型的特征信息可以描述為關于幾何特征信息X和拓撲特征信息Y的函數F(X,Y)。在統(tǒng)計學中矩用來表示隨機變量的分布情況，而在物理學中用來表示物體在三維空間中的分布位置。如果把三維模型看作是體素在三維空間中帶有布爾運算的有序分布，那么三維模型的特征就可以用矩來描述[5]。F(X,Y)的n+m階矩定義為

變異操作，獲得新的遺傳信息后轉向步驟4；步驟9.輸出最優(yōu)的中心矩參數ρmn，進而得到最優(yōu)三維模型幾何信息和拓撲信息，然后對零件庫中的三維模型進行測試以獲得最優(yōu)檢索結果[10]。4應用實例與對比分析三維模型檢索實驗是在OpenCASCADE平臺下的CAD三維模型庫中進行的，檢索資源涉及到500多個三維模型。選擇庫中的一種脹緊聯接套作為檢索目標，遺傳算法檢索參數設置如下：染色體種群規(guī)模Spop=300，交叉概率Pcros=0.5，變異概率Pmu=0.1t，最大迭代次數maxiter=500。其相似度大于0.1的檢索結果如圖2所示，在三維模型檢索庫容量較大的情況下，依然能夠檢索到相似度比較高的三維模型。編號01的三維模型與目標三維模型相比較，都是含有環(huán)狀分布的圓柱、兩個半徑不同的圓環(huán)體的3段結構，具有非常高的相似特征和局部結構的重復度。編號12的三維模型在圖中相似度最低，主要是由于在特征提取過程中，環(huán)狀分布的圓柱布爾運算從并集運算變異為差集運算。在相同的檢索條件下，查全率分別為10%、20%、50%、80%、100%時，遺傳算法、蟻群算法、形態(tài)分布算法分別檢索到的最優(yōu)相似度三維模型如圖3所示[1,11]。從檢索的相似度值分析，在查全率為10%時，即只在OpenCASCADE庫中檢索50多個三維模型，3種方法能夠檢索到相同的最優(yōu)三維模型。當查全率增高時，蟻群算法和形態(tài)分布算法檢索到的最優(yōu)模型相似度比遺傳算法低。由此可知，在檢索范圍變大、檢索特征信息干擾因素增多的情況下，遺傳算法相比于其他兩種檢索方法，具有更可靠的特征提取匹配性能。圖2遺傳算法檢索結果圖33種算法檢索結果比較

在相同的檢索條件下，查全率分別為10%、20%、50%、80%、100%時，遺傳算法、蟻群算法、形態(tài)分布算法分別檢索到的最優(yōu)相似度三維模型如圖3所示[1,11]。從檢索的相似度值分析，在查全率為10%時，即只在OpenCASCADE庫中檢索50多個三維模型，3種方法能夠檢索到相同的最優(yōu)三維模型。當查全率增高時，蟻群算法和形態(tài)分布算法檢索到的最優(yōu)模型相似度比遺傳算法低。由此可知，在檢索范圍變大、檢索特征信息干擾因素增多的情況下，遺傳算法相比于其他兩種檢索方法，具有更可靠的特征提取匹配性能。圖2遺傳算法檢索結果圖33種算法檢索結果比較

【參考文獻】

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2 李亮;張樹生;白曉亮;邵立;;基于遺傳算法的三維CAD模型多特征融合和檢索[J];制造業(yè)自動化;2013年03期

3 鄧念東;侯恩科;張志華;趙洲;;三維拓撲關系形式化描述及拓撲關系模型研究[J];西安建筑科技大學學報(自然科學版);2007年06期

4 沈艷,郭兵,古天祥;粒子群優(yōu)化算法及其與遺傳算法的比較[J];電子科技大學學報;2005年05期

5 邵 虹,崔文成,張繼武,趙宏;遺傳算法在基于內容的圖像檢索中的應用[J];計算機工程;2003年16期

6 何青,杜永祚,宋之平;一種實用的不變矩計算方法[J];華北電力大學學報;1998年04期

7 張申生;基于單元分解的實體構造幾何技術(CDCSG)——一種構造實體模型的新方法[J];計算機輔助設計與圖形學學報;1990年02期

【共引文獻】

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3 王家樂;;一種基于法向量分布特征的機械零件模型手繪草圖查詢接口[J];中國機械工程;2016年16期

4 羅運廣;;G-PSO:一種改進的遺傳粒子組合尋優(yōu)算法[J];山東工業(yè)技術;2016年09期

5 王樹坤;黃妙華;張志運;;基于PSO-SVR優(yōu)化的鋰離子電池剩余容量預測[J];武漢理工大學學報(交通科學與工程版);2016年02期

6 王林;賀鵬;劉世辰;艾欣;;包含電動汽車的熱電聯供微網系統(tǒng)經濟運行優(yōu)化[J];陜西電力;2016年03期

7 趙倩;焦黎;譚方浩;羅智文;王西彬;王昭;;三維工序模型切削載荷動態(tài)變化的工藝優(yōu)化策略[J];圖學學報;2016年01期

8 田凱;張連寬;熊美東;黃志豪;李就好;;基于葉片病斑特征的茄子褐紋病識別方法[J];農業(yè)工程學報;2016年S1期

9 單志偉;錢潛;劉福勝;;基于粒子群優(yōu)化的灰色系統(tǒng)對一體化保障設備使用工作量的預測[J];四川兵工學報;2015年10期

10 肖海林;任嬋嬋;聶在平;李民政;;基于線性權重粒子群優(yōu)化算法的多基站協作波束成型[J];電子科技大學學報;2015年05期

【二級參考文獻】

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1 王家樂;姜波;黃逸民;;機械零件模型局部形狀相似性檢索算法研究[J];中國機械工程;2012年11期

2 董雁;徐靜;;基于裝配結構相似的零件三維模型檢索方法[J];機械工程學報;2009年04期

3 冷彪;覃征;;基于先驗知識的三維模型特征選擇算法[J];清華大學學報(自然科學版)網絡.預覽;2008年04期

4 王飛;張樹生;白曉亮;王洪申;;拓撲和形狀特征相結合的三維模型檢索[J];計算機輔助設計與圖形學學報;2008年01期

5 朱文博;李愛平;劉雪梅;;基于工藝相似的沖壓件實例檢索方法[J];計算機集成制造系統(tǒng);2007年04期

6 張駿;秦小麟;;利用簡化9交模型進行三維拓撲分析[J];計算機輔助設計與圖形學學報;2006年12期

7 鄧敏;李志林;李永禮;張雪松;;GIS線目標間拓撲關系描述的4交差模型[J];武漢大學學報(信息科學版);2006年11期

8 鄧敏,張雪松,林宗堅;拓撲關系形式化描述的Euler示性數模型[J];武漢大學學報(信息科學版);2004年10期

9 陳東立;點集拓撲中一個重要定理的非標準證明[J];西安建筑科技大學學報(自然科學版);2003年01期

10 郭薇,陳軍;基于點集拓撲學的三維拓撲空間關系形式化描述[J];測繪學報;1997年02期

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3 謝應濤;;一種基于結構的三維模型檢索方法[J];電腦知識與技術;2010年19期

4 鄭燕玲;;基于混合相關反饋的三維模型檢索[J];計算機仿真;2010年06期

5 鄭贏;周明全;耿國華;高原;;多特征動態(tài)融合的三維模型檢索方法[J];計算機科學;2010年07期

6 羅東;周明全;耿國華;;局部區(qū)分區(qū)域在三維模型檢索中的應用及改進[J];計算機工程與應用;2010年31期

7 程雪敏;;三維模型檢索中特征權值的應用研究[J];常州信息職業(yè)技術學院學報;2011年04期

8 毛瑞;唐雁;;基于聚類分析的三維模型檢索綜述[J];微型機與應用;2012年10期

9 張樹生;白曉亮;張開興;王明微;;產品精細化聚類與重用的使能新技術:三維模型檢索[J];成組技術與生產現代化;2012年02期

10 王占松;田凌;;基于功能的三維模型檢索系統(tǒng)[J];計算機輔助設計與圖形學學報;2013年12期

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2 程言志;呂天陽;王森;王鉦旋;;基于表面顏色屬性的三維模型檢索[A];第26屆中國數據庫學術會議論文集（B輯）[C];2009年

3 彭博;朱清新;;三維模型檢索的最優(yōu)搜索策略[A];第一屆建立和諧人機環(huán)境聯合學術會議（HHME2005）論文集[C];2005年

4 景暉;黃美發(fā);鐘艷如;;基于模糊C均值聚類算法的三維模型檢索[A];中國儀器儀表學會第九屆青年學術會議論文集[C];2007年

5 霍星;檀結慶;;基于特征向量的三維模型檢索[A];計算機技術與應用進展·2007——全國第18屆計算機技術與應用（CACIS）學術會議論文集[C];2007年

6 黃清穎;饒潔;林淑金;高成英;;利用方向梯度直方圖實現基于手繪素描的三維模型檢索[A];第六屆全國幾何設計與計算學術會議論文集[C];2013年

7 胡斌;費耀平;李敏;;基于同心球殼劃分的三維模型檢索[A];第十四屆全國圖象圖形學學術會議論文集[C];2008年

8 馬韻潔;胡敏;;基于語義矩陣的特征集成三維模型檢索方法[A];全國第21屆計算機技術與應用學術會議（CACIS·2010）暨全國第2屆安全關鍵技術與應用學術會議論文集[C];2010年

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6 劉玉杰;基于形狀的三維模型檢索若干關鍵技術研究[D];中國科學院研究生院（計算技術研究所）;2006年

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10 周繼來;三維模型檢索技術研究及系統(tǒng)實現[D];西北大學;2005年

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