产品逆向工程多维数据动态存取机制制造技术

一种产品逆向工程多维数据动态存取机制，可对产品型面三维测量数据点云直接进行快速空间聚类划分建立多维数据动态存取模型，基于该模型对点云数据进行动态存取管理及数据空间关系快速查询。本发明专利技术对于各类多维数据操作能及时响应更新，并可实现数据存储设备多级存取体系，具有数据适应性强、存储设备利用率高、易扩展为其他空间对象的存取机制等特点，应用于产品逆向工程数据处理中可有效提高数据处理速度，以及处理结果的稳定性与准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种产品逆向工程多维数据动态存取机制，属于产品逆向工程

技术介绍
在产品逆向工程中，采用光学测量设备对产品原型进行数字化采样，所获取数据表现为多维散乱数据点集。由于这类数据具有数据量大、空间复杂度高且数据之间缺乏拓扑关系等特点，采用传统的一维数据存储结构无法为其建立稳定、高效的存取机制，导致逆向工程数据处理效率偏低。多维数据存取机制的研究已成为逆向工程
关键技术之一。目前，在产品逆向工程中所使用的多维数据存取机制主要有两种1)采用降维处理方法，将多维数据沿三个维向分解，以传统的一维线性或非线性数据结构作为散乱数据的存取机制；2)基于静态多维数据结构，如散列表、空间八叉剖分树等，按预定空间剖分规则分割点云空间，对生成的空间子域进行编码处理，建立静态的多维数据存取机制，在对多维数据进行各种操作时，可直接计算多维数据点在多维数据结构中所对应的空间子域编码信息，根据编码信息，可大幅度缩减数据在点云静态多维数据结构中的搜索范围，可以实现快速目标点定位及其邻近点查询。上述方法存在的缺陷是1)对多维数据进行降维处理虽然简单易行，但对于复杂型面测量数据，由于难以构造从高维到低维的映射关系，易出现数据投影重叠问题，导致无法建立正确的数据拓扑关系。另外，在对多维数据进行各种操作时，无法利用某一维的高选择性去缩小剩余维向数据的搜索空间，需进行分维处理，效率较低；2)基于静态多维数据结构的处理方法，所采用的数据结构不支持数据动态插入、删除、调整等操作，且过于依赖数据的空间分布状况，当数据沿某一维度过度偏斜，甚至退化为二维或一维状态时，会导致数据结构急剧恶化，严重影响数据查询效率。另外，该方法无法建立多级存储体系，难以解决数据内存储溢出问题。综上所述，现有的多维数据存取技术应用于产品逆向工程数据处理中，仅适合处理分布较为均匀的产品数据点云的存取，对于不同数据规模、拓扑类型及型面复杂程度的点云数据缺乏通用性，导致后续数据处理结果的稳定性与准确性无法满足工程需求。
技术实现思路
为克服现有多维数据存取技术在产品逆向工程数据处理中的不足，本专利技术的目的在于提供一种多维数据动态存取机制，使之对于各类多维数据操作能及时响应更新，可实现多级存取体系，具有数据适应性强、存储设备利用率高、易扩展为其他空间对象的存取机制等特点。其技术方案如下一种用于产品逆向工程中的多维数据动态存取机制，依次包含以下步骤一、多维数据输入；二、建立多维数据动态存取模型；三、实现基于多维数据动态存取模型数据结构的空间查询机制；四、定义外部程序应用开发接口。为实现专利技术目的，所述的多维数据动态存取机制，在步骤一中将产品数字化设备输出的数据点云文件读入到存储设备中，并为其建立线性表存储结构，以满足对数据结点基本存储及数据顺序遍历的需求。为实现专利技术目的，所述的多维数据动态存取机制，在步骤二中，将多维数据动态存取模型数据结构定义为平衡树结构，其结点层自上而下分为根索引结点层、内部索引结点层、叶索引结点层和数据结点层，其中任意上层结点可包含多个下层结点。索引结点分层处理可满足存储器分级处理的需要。在根索引结点层、内部索引结点层和叶索引结点层中，各结点对应产品原型数据点云包围空间中的相互嵌套的子域空间，点云包围空间及其子域空间在本专利技术中皆以空间最小包围矩形(Spatial Minimum Box Rectangle SMBR)近似表示。数据结点层为线性表结构，存储海量多维散乱数据点集信息，每个数据点信息存储于不同的线性表结点中。在多维数据动态存取模型数据结构的定义中还规定所有结点的子结点数不得大于M(M为大于0的整数)个，且除根结点外，所有结点的子结点数不得小于m个(m＜(M/2+1))。为实现专利技术目的，所述的多维数据动态存取机制，在步骤二中，多维数据动态存取模型的实现程序包括多维散乱数据读入程序、新结点动态插入程序与数据结点动态删除程序。为实现专利技术目的，所述的多维数据动态存取模型数据结构新结点动态插入程序由选择子树、溢出结点处理、插入路径中各层结点SMBR调整三个程序组合而成，在其实现中首先调用选择子树程序确定新结点在多维数据动态存取模型数据结构中的最佳父结点。当选择子树程序所确定的最佳父结点中插入新结点时，若最佳父结点包含新结点后，其子结点数未超出步骤二中所定义的子结点数目上限M，则直接执行新结点插入操作；否则，产生结点溢出事件，从而引发调用溢出结点处理程序对溢出的结点进行强制重新插入或分裂处理。多维数据动态存取模型数据结构在插入新结点后会导致插入路径中各层结点的SMBR信息发生变化，插入路径各层结点SMBR调整程序可以自插入路径的最底层结点逐层向上，完成对各层结点SMBR的修正处理。为实现专利技术目的，所述的选择子树程序，首先接受传入的新结点SMBR信息及该结点欲插入至多维数据动态存取模型数据结构中目标结点层的层号，而后自根索引结点开始，逐层向下在每一层结点中根据特定的优化准则筛选出最佳结点作为新结点的父系结点，直至到达所指定结点层为止。最终所筛选的各层结点顺次形成了新结点最佳插入路径，其中在目的结点层中所选择的结点即为新结点的父结点。在筛选各层结点的过程中，所采用的优化准则依次为1)包含新结点后，最佳结点的SMBR外接球体积增量应为其兄弟结点中最小的；2)包含新结点后，最佳结点的SMBR外接球重叠度增量应为其兄弟结点中最小的；3)包含新结点后，最佳结点的SMBR外接球半径应为其兄弟结点中最小的。为实现专利技术目的，所述的溢出结点处理程序由结点强制重新插入处理程序与结点分裂处理程序组成。当多维数据动态存取模型数据结构的结点因插入新结点而导致溢出时，溢出结点处理程序会首先判断溢出结点所在的索引层是否为非根结点层，且在插入新结点的过程中第一次进行溢出结点处理。若满足该条件，则进行强制重新插入处理；否则进行结点分裂处理。其中，在结点分裂处理中，溢出结点被一对新结点取代，这可能会导致溢出结点的父结点发生溢出，溢出处理将会沿插入路径自下向上传播，直至未能形成溢出的结点层为止。为实现专利技术目的，所述的强制重新插入处理程序，其调用条件是首先在溢出结点中有选择地取出一部分子结点；然后，由于溢出结点在提取部分子结点后，其SMBR发生变化，调用所述的插入路径各层结点SMBR调整程序对新结点插入路径各层结点的SMBR进行调整；最后，将其依次插入到多维数据动态存取模型数据结构中。溢出结点子结点的提取准则是提取SMBR距溢出结点SMBR中心最远的一些子结点，其个数需由用户指定。为实现专利技术目的，所述的结点分裂处理程序将溢出结点的子结点集分裂为两组，并为每组子结点新建一个新结点。溢出结点的子结点集的分裂是沿某个维向进行的，其选择准则是将溢出结点各子结点SMBR在各维向上形成的序列划分为子序列对集合，以相应子序列对集合中所有的子序列对的SMBR外接球半径之和最小的维向为分裂维向。沿分裂维向，在各子序列对中采用结点SMBR外接球最小重叠度和最小体积准则选取最优子序列对，并将其封装为一对新结点，即为溢出结点的分裂结果。为实现专利技术目的，设N为SMBR发生变化的源结点，所述的插入路径各层结点SMBR调整程序按以下步骤进行1)调整N的SMBR；2)如果N为根结点，程序返回；3)调整N的父本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产品逆向工程多维数据动态存取机制，其特征在于依次包含以下步骤：一、将产品数字化设备输出的数据点云文件读入到存储设备中，并为其建立线性表存储结构；二、建立多维数据动态存取模型；三、实现基于多维数据动态存取模型数据结构的空间查询机制。

【技术特征摘要】
1.一种产品逆向工程多维数据动态存取机制，其特征在于依次包含以下步骤一、将产品数字化设备输出的数据点云文件读入到存储设备中，并为其建立线性表存储结构；二、建立多维数据动态存取模型；三、实现基于多维数据动态存取模型数据结构的空间查询机制。2.如权利要求1所述的产品逆向工程多维数据动态存取机制，其特征在于步骤二中，将多维数据动态存取模型数据结构定义为平衡树结构，由新结点动态插入程序和数据结点动态删除程序实现。3.如权利要求2所述的产品逆向工程多维数据动态存取机制，其特征在于多维数据动态存取模型数据结构的根索引结点层、内部索引结点层和叶索引结点层中各结点对应产品原型数据点云包围空间中的相互嵌套的空间最小包围矩形(Spatial Minimum Box RectangleSMBR)，且所有结点的子结点数不得大于M(M为大于0的整数)个，除根结点外，所有结点的子结点数不得小于m个(m＜(M/2+1))。4.如权利要求2所述的产品逆向工程多维数据动态存取机制，其特征在于新结点动态插入程序由选择子树、溢出结点处理、插入路径中各层结点SMBR调整三个程序组合而成，在其实现中首先调用选择子树程序确定新结点在多维数据动态存取模型数据结构中的最佳父结点；当选择子树程序所确定的最佳父结点中插入新结点时，若最佳父结点包含新结点后，其子结点数未超出步骤二中所定义的子结点数目上限M，则直接执行新结点插入操作，否则，产生结点溢出事件，引发调用溢出结点处理程序对溢出的结点进行强制重新插入或分裂处理。5.如权利要求4所述的产品逆向工程多维数据动态存取机制，其特征在于选择子树程序，首先将新结点的SMBR信息以及该结点欲插入至多维数据动态存取模型数据结构中目标结点层的层号，而后自根索引结点开始，逐层向下在每一层结点中根据特定的优化准则筛选出最佳结点作为新结点的父系结点，直至到达所指定结点层为止，最终所筛选的各层结点顺次形成了新结点最佳插入路径，其中在目的结点层中所选择的结点即为新结点的父结点。6.如权利要求5所述的产品逆向工程多维数据动态存取机制，其特征在于在选择子树程序的筛选各层结点过程中，所采用的优化准则依次为1)包含新结点后，最佳结点的SMBR外接球体积增量应为其兄弟结点中最小的；2)包含新结点后，最佳结点的SMBR外接球重叠度增量应为其兄弟结点中最小的；3)包含新结点后，最佳结点的SMBR外接球半径应为其兄弟结点中最小的。7.如权利要求4所述的产品逆向工程多维数据动态存取机制，其特征在于溢出结点处理程序由结点强制重新插入处理程序与结点分裂处理程序组成，当多维数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙殿柱，李延瑞，范志先，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]