三维CAD模型检索现状综述

【摘 要】随着三维技术的发展,三维模型检索技术已成为各领域的一个研究热点问题.在机械领域,应用三维CAD模型的特征属性进行检索,具有检索精度高,检索目的强等特点.本文对三维CAD模型检索研究现状进行了综述,CAD模型检索可划分为两个层次,基于视觉相似性的和面向语义和功能描述的三维CAD模型检索.对这两种检索层次下CAD模型的检索方法进行详细的分析和总结.最后展望了进一步的研究方向.

【关 键 词】CAD模型；模型检索；现状研究

引言

近几年来随着三维获取设备及相关软件技术的不断发展,对数据描述的需求开始增加.机械工程,建筑设计和装潢,服装设计,虚拟建模等领域都渐渐建立了相关模型库,三维模型数量仍在增加.所以三维模型检索技术也已经成为各个领域的研究热点问题,各类学者提出了一些不同类型的检索方法.

根据不同场合、检索要求的不同,三维模型检索基本可以分为通用检索和CAD模型检索.通用型检索和CAD模型检索有较大的区别.前者以注重全局和相似度,容易忽略细节.三维CAD模型检索有较大优势.它表示方法多样,而且考虑模型全局和相关的细节差异.在领域知识和检索需求方面,三维CAD模型检索主要用于整个产品的生产周期的全过程.

现如今,越来越多的领域都在进行模型的设计和制造.因此较多的三维模型堆积挤压.在我们新产品的设计时,我们可以参考已有的模型来进行相似和快速设计,同时能让我们避免一些原有设计中的错误,所以对于模型二次利用和检索变的越来越重要.因此深入研究适合于三维CAD模型检索的研究具有重要的使用价值和现实意义.本文主要介绍目前三维CAD模型检索的研究现状,并对模型检索方法进行分析和总结,最后展望三维CAD模型检索进一步的研究方向.

1.三维CAD模型检索概述

三维模型检索就是通过现有的三维模型特征信息建立索引,对特征信息的相似度查找所需的模型,实现检索.目前主要在生物、机械、地形外貌等方面进行检索.三维CAD设计已经逐步用到各种工程领域.CAD模型在数量和复杂程度上征加,但自动检索寻找,比较分类的技术发展较慢.CAD模型检索本质是是从大规模相似模型的数据库中搜索到我们所需要的一些相似度较高的模型,在此基础上再进行部分和细节设计,提高设计效率.对于三维CAD模型检索主要可以划分为基于视觉相似和面向语义与功能描述两个方面.

2、基于视觉相似性的三维CAD模型检索

对于视觉相似性CAD检索通常独立特定的领域,以各种方式提取模型几何描述,比较相似特征描述子进行检索.这种检索方法提取全局形状描述和几何特征,使用范围较大,对数量大的数据库检索更有优势.依据检索方式的不同,主要可以分为以下四种.

（1）以提取全局几何结构的方式

这样的一种模型检索方式通过描述全部的几何特征,根据已有的模型,检索出相似的几何参数和近似的结构特征.此方法可以分为两类：几何参数提取和机构特征简化,主要用于较为复杂的模型检索,并且检索效率高.

（2）以提取全局统计特征的方式

以提取全局统计特征的方式检索三维模型常用的是特征直方图.对于整个模型的特征,直方图可以显示各种模型的相似度.这种方法通过一些取样点采用不同的函数计算几何特征,最后比较模型相似程度进行大规模的检索.适用该类方法的CAD模型表示主要包括多边网格、边界表示等.它可以较好的提取特征分布情况,具有较强的鲁棒性.主要缺点是相似模型的区分程度不足,对细节的把握不够.

（3）以投影视图的方式

以投影视图的方式检索的依据主要是一些模型的形态投影,这些形态投影都有其特定的函数表示.它主要用于工程领域.国外学者较多采用扩展高斯秋的方法表征模型几何特征.还有一些学者利用模型的二位投影图比较实现检索.该方法通过某函数模型的投影特征向量来区分三维模型.优点是计算效率高,主要缺点是鲁棒性较差,函数投影容易出现少量信息丢失,细节检索能力差.

（4）以拓扑结构分析的方式

以拓扑结构分析的方式主要考虑模型的一些拓扑关系和应用情况,最后进行基本的相似搜索.一般拓扑结构在很大程度上可以描述内部结构,能有效描述局部细节和整体结构,并且有较好的稳定性,也是面向语义和功能描述的三维CAD模型检索的方法.

3.面向语义与功能描述的三维CAD模型检索

三维CAD模型一般与各种制造加工、属性功能等有关,这些可以作为模型检索的重要依据.此种检索方式在相关领域知识的前提下对相似模型的自动搜索.该方法主要针对B-Reps及CSG描述的几何造型表示,适用于语义上的匹配和精确检索.对不同的特征识别和信息,该方法主要可以分为以下两种.

（1）以制造或加工的特征识别检索方法

对于制造或加工特征的CAD模型检索应用较早,多数与该类特征或特定应用相关.主要是通过提取特定工程的几何成分完成,基于图的算法完成特征识别与模式比较,适用范围较广,主要缺点是模型转换时容易丢失部分几何信息,唯一性难以保证.

（2）以产品信息的检索方法

对于一个产品加工,产品的设计,工艺设计和制造都有特定的信息.从模型的产品设计到最终成品,其加工的几何信息和工艺信息可以作为重要的模型检索途径.这种方法同样和特定的工程领域相关.

结束语

随着三维CAD模型数据库扩大,CAD设计越来越多,模型复用更加重要,为加快设计效率,这就需要CAD模型的比较和检索得到越多的重视.如今对三维CAD模型的检索在以下方面有待进一步研究,比如特征识别的高度提取,产品信息完整提取,分类和描述方法的改进,模型比较和检索评价方法等.