CAD模型的多分辨率层次表示及层次匹配加权比较方法技术

一种CAD模型的多分辨率层次表示及层次匹配加权比较方法，对特征相交的边界进行单面/多面环区分建立种子环，将面的集合视为特征分区，定义种子环的优先级以描述相邻特征分区的父子/兄弟关系，以此进行几何推理构建多分辨率的层次结构。本发明专利技术从提取代表三维模型拓扑的面相邻属性图(FAG)，自动识别关键特征进行几何推理，抽象为多分辨率表示的层次结构，利用模型的拓扑和几何信息进行层次加权计算相似度。本方法不依靠形状特征定义、设计历史或特定CAD系统，以STEP格式模型检索试验结果表明效率和精度优于已有算法，可提高PLM产品数据管理效率，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
CAD模型的多分辨率层次表示及层次匹配加权比较方法
本专利技术涉及的是一种机械零件设计重用(designreuse)领域的方法，具体是一种CAD三维实体模型的多分辨率层次表示及层次匹配加权比较方法。
技术介绍
三维实体模型的相似度比较算法是计算机辅助设计(CAD)领域很多应用的技术瓶颈，如检索、重用、分析、管理、报价等。比较两个模型常可转化为比较二者描述符的相似度。现有描述符主要有几何和拓扑两类。几何方法中典型的形状分布算法(D2)对于有复杂特征分布的三维模型区分度不足；拓扑方法一种为单层表示，若采用精确图匹配算法复杂度过高，若采用模糊匹配又不能解释匹配特征之间的对应关系；另一种是依靠于特定CAD系统、特征定义、设计历史的多层表示，不能用于跨平台、无特征定义、无设计历史的中性数据交换格式(如STEP格式)的相似度比较。现有技术中：M.Li，Y.Zhang，J.Fuh，andZm.Qiu，“Towardeffectivemechanicaldesignreuse:CADmodelretrievalbasedongeneralandpartialshapes，”JournalofMechanicalDesign，vol.131，p.124501，2009.以及J.Bai，S.Gao，W.Tang，Y.Liu，andS.Guo，“DesignreuseorientedpartialretrievalofCADmodels，”Computer‐AidedDesign，vol.42，pp.1069–1084，2010.中公开了一种基于形状特征语义的层次结构。其优点在于：直观易于设计者理解，例如将特征分为孔、槽凸台等。该技术缺点在于：系统定义特征或用户自定义特征(UDF)仅适用于特定的CAD系统，特征定义没有唯一标准，不同CAD系统可有不同的特征语义；相同特征也可以有不同表示，例如圆柱可表示为扫掠、或拉伸。因此不能有效支持异构平台的模型相似度比较。D.Bespalov，A.Shokoufandeh，W.C.Regli，andW.Sun，“Scale‐spacerepresentationof3dmodelsandtopologicalmatching，”inProceedingsoftheeighthACMsymposiumonSolidmodelingandapplications，2003，pp.208–215.中公开了一种基于频域空间采样层次结构，该技术优点在于速度快，可处理带噪音的模型。该技术缺点在于：采样的特征面片，不能同实体模型的边界表示建立联系，不能有效建立底层面边和高层特征语义之间的联系，以支持相似比较检索的后续应用，如局部特征的设计重用等。M.Li，Y.Zhang，andJ.Fuh，“Retrievingreusable3DCADmodelsusingknowledge‐drivendependencygraphpartitioning，”Computer‐AidedDesignandApplications，vol.7，pp.417–430，2010.公开了一种基于建模历史路径的层次结构，该技术优点在于：直观，易于设计者理解。该技术缺点在于：不同设计者对相同模型，可有不同的建模历史路径，由此生成的历史特征依靠关系，没有唯一性，相似的模型误认为相似度不同。S.KooandK.Lee，“Wrap‐aroundoperationtomakemulti‐resolutionmodelofpartandassembly，”Computers&Graphics，vol.26，pp.687–700，2002.公开了一种基于包围盒的层次结构，该技术优点在于：算法简洁，可处理带噪音的模型。该技术缺点在于：分块的特征区域，不能同实体模型的边界表示建立联系，支持后续应用如局部特征设计重用等。M.El‐MehalawiandR.AllenMiller，“Adatabasesystemofmechanicalcomponentsbasedongeometricandtopologicalsimilarity.PartII:indexing，retrieval，matching，andsimilarityassessment，”Computer‐AidedDesign，vol.35，pp.95–105，2003.以及M.El‐MehalawiandR.AllenMiller，“Adatabasesystemofmechanicalcomponentsbasedongeometricandtopologicalsimilarity.PartI:representation，”Computer‐AidedDesign，vol.35，pp.83–94，2003.公开了一种基于面邻接属性图的单层结构，该技术优点在于：同用户及CAD系统隔离，可唯一描述实体模型的面相邻关系。该技术缺点在于：通常实体模型的面个数多，使得属性图复杂度很高，若采用精确图匹配复杂度较高，且拓扑结构对细节特征敏感；若采用模糊匹配，匹配结果不能确定特征之间的对应关系，不能建立底层面片同高层特征语义之间的联系，用于后续应用如局部特征设计重用等。还有一些基于几何信息统计的形状分布算法，其优点在于：简洁高效，可处理带噪音的模型。该技术缺点在于：仅用一条概率分布曲线描述，随着特征复杂度增加，不同的模型的概率曲线接近正态分布，区分度下降。H.Sundar，D.Silver，N.Gagvani，andS.Dickinson，“Skeletonbasedshapematchingandretrieval，”inShapeModelingInternational，2003，2003，pp.130–139.以及白静，唐韦华，刘玉生，and高曙明，“面向实体模型相似评价的层次图生成与高效匹配，”计算机辅助设计与图形学学报，vol.21，2009.公开了基于骨架图或Reeb图(V.BarraandS.Biasotti，“3DshaperetrievalusingKernelsonExtendedReebGraphs，”PatternRecognition，vol.46，pp.2985–2999，2013.；D.Bespalov，W.C.Regli，andA.Shokoufandeh，“ReebgraphbasedshaperetrievalforCAD，”inASME2003InternationalDesignEngineeringTechnicalConferencesandComputersandInformationinEngineeringConference，2003，pp.229–238.；M.Hilaga，Y.Shinagawa，T.Kohmura，andT.L.Kunii，“Topologymatchingforfullyautomaticsimilarityestimationof3Dshapes，”inProceedingsofthe28thannualconferenceonComputergraphicsandinteractive本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CAD模型的多分辨率层次表示及层次匹配加权比较方法，其特征在于，对特征相交的边界进行单面/多面环区分建立种子环，将面的集合视为特征分区，定义种子环的优先级以描述相邻特征分区的父子/兄弟关系，以此进行几何推理构建多分辨率的层次结构，即层次分区图描述符；所述的层次分区图描述符是一种由树形结构和节点属性邻接图组成的超图，通过包含凹凸边识别、种子边提取、面的聚类、单位分区层次图生成的第一阶段和模型分区图的组装、层次简化以及层次分区图的组装的第二阶段得到；所述的几何推理是指：从提取代表三维模型拓扑的面相邻属性图，自动识别关键特征进行几何推理，抽象为多分辨率表示的层次结构，利用模型的拓扑和几何信息进行层次加权计算相似度。

【技术特征摘要】
1.一种CAD模型的多分辨率层次表示及层次匹配加权比较方法，其特征在于，对特征相交的边界进行单面/多面环区分建立种子环，将面的集合视为特征分区，定义种子环的优先级以描述相邻特征分区的父子/兄弟关系，以此进行几何推理构建多分辨率的层次结构，即层次分区图描述符；所述的层次分区图描述符是一种由树形结构和节点属性邻接图组成的超图，通过包含凹凸边识别、种子边提取、面的聚类、单位分区层次图生成的第一阶段和模型分区图的组装、层次简化以及层次分区图的组装的第二阶段得到；所述的几何推理是指：从提取代表三维模型拓扑的面相邻属性图，自动识别关键特征进行几何推理，抽象为多分辨率表示的层次结构，利用模型的拓扑和几何信息进行层次加权计算相似度；所述的父子/兄弟关系是指：种子环两边分区的关系，即在以分区为节点、种子环为边构建的无向的分区图中：多面环，即多面凹闭环MCX、多面凸闭环MCV、和多面开环MOX时，所述的种子环两边分区为兄弟关系：其中：p1-p2表示该种子环确定一对分区，表示该种子环对于p1分区的级别为m，m＝0，1，2，表示该种子环对于p2分区的级别为n，n＝0，1，2；单面环，即单面凹闭环SCX和单面凸闭环SCV时，所述的种子环两边分区为父子关系，0表示种子环在父分区侧的级别，2为种子环在子分区侧的级别且其中：在没有歧义的情况，单个分区内部简化表示为Lm。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的层次加权计算相似度是指：引入ωout为每层分辨率的权重，总的相似度计算公式为：其中：σ为惩罚因子，用于度量模型未匹配面积占总面积的比例；为模型第i层分辨率匹配上的面积占总面积的比例，满足公式Stotal为总的相似度，Si为第i层的相似度，其中：是匹配上的第j个节点面积和第i层分辨率匹配上总面积的比例，D2sim是一对节点计算的形状分布相似度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的凹凸边识别是指：用边界表示法的实体模型以确定点、线、面的正方向；即一条实线边为两个面的边界，定义每个面的材料方向为面的正法向叉乘面的边的正方向，及材料方向在边的左边，将两个面的材料方向进行平行四边形合成，选...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智，周雄辉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31