[发明专利]基于图谱理论的三维CAD模型双层检索方法

说明书

本发明提出一种基于图谱理论的三维CAD模型双层检索方法，采用双层检索，第一层为“粗”检索，首先依据模型的边界将其分割为一组包含数量较少的、有工程意义的、由一些相互连接的面组成的区域特征集合；依据图谱理论对区域集合进行向量化表征，建立谱向量集合，将模型检索转化为完全二分图的最佳匹配问题，快速缩小相似模型的范围，选出与待检索模型最为相似的前N个模型。第二层为“精”检索，在第一层检索结果的基础上进行，提取检索出的相似模型的面属性编码集合，与待检索模型进行精确匹配。该方法兼顾模型检索的精度和效率，易于实施，适用于三维模型的快速检索。

技术领域

本发明涉及三维CAD模型相似性检索领域，具体为一种基于图谱理论的双层检索机制的三维CAD模型检索方法。

背景技术

随着互联网技术的发展，计算机辅助设计技术的应用使得制造业发展突飞猛进。三维CAD的三维造型、曲面设计、参数化驱动彻底改变了设计人员的习惯，使设计过程与最终产品紧密相关，并能够直接影响产品研发及生产制造的生命周期。加之，产品生命周期的其他各阶段都很难纠正和弥补概念设计阶段存在的缺陷。新产品研发对设计重用的迫切要求以及不断积累的设计资源，使得三维CAD模型检索技术已成为近年来的研究热点之一。

目前，三维CAD模型检索的方法主要分为整体检索和局部检索，基本都是基于模型几何形状、拓扑信息或语义信息，利用不同特征描述子对待检索模型及模型库模型进行表征，检索系统以B-rep模型作为输入，用属性邻接图表征模型拓扑结构，将模型检索过程转化为公共子图检索问题。图能较好地描述三维CAD模型的几何、拓扑和语义信息，所以基于图的模型表征和检索方法受到了更多的关注，但其最终都要通过繁琐的图匹配实现对应模型间的相似性比较，然而图匹配是NP完全问题，计算过程十分复杂耗时，检索效率低。模型的向量化表征方式可以提高匹配和检索效率，但该方式只能表达模型的整体形状，对于结构复杂的模型，其局部细节特征的描述能力不足问题凸显。如何同时提高模型检索精度和检索效率的问题已成为研究焦点。

发明内容

本发明的目的是针对三维CAD模型快速检索与重用，提出一种基于图谱理论的三维CAD模型双层检索方法，结合CAD模型的几何形状和拓扑信息共同完成检索任务。

本发明的第一层为“粗”检索，首先依据模型的边界将其分割为一组包含数量较少的、有工程意义的、由一些相互连接的面组成的区域特征集合；依据图谱理论对区域集合进行向量化表征，建立谱向量集合，将模型检索转化为完全二分图的最佳匹配问题，快速缩小相似模型的范围，选出与待检索模型最为相似的前N(例如N＝5)个模型。第二层为“精”检索，在第一层检索结果的基础上进行，提取检索出的相似模型的面属性编码集合，与待检索模型进行精确匹配。该方法兼顾模型检索的精度和效率，易于实施，适用于三维模型的快速检索。

本发明的技术方案为：

所述一种基于图谱理论的三维CAD模型双层检索方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对于待检索模型以及模型库中的每个模型，根据三维CAD模型的B-rep模型信息建立对应的属性邻接图G，G＝{V,E,A,D}；其中V表示节点集合，且对于模型的每个面都有唯一的节点与之对应；E表示边集合，对于模型中相邻两个面都有唯一的连线与之对应；A表示模型的属性信息集合，包括面属性和边属性；D表示每个节点的度；根据属性邻接图中节点的凹凸性以及边的凹凸性，通过合并优化算法对模型进行分割，将模型分割成具有工程语义的局部区域集合；

步骤2：通过以下步骤构建双层检索机制，对模型进行快速匹配与检索：

步骤2.1：采用图谱理论以向量形式描述每个模型属性邻接图的拓扑结构信息：依据公式

计算各区域的拉普拉斯矩阵L；其中u和v表示属性邻接图中的两个节点，d(u)和d(v)分别表示节点u和v的度，l(u，v)表示拉普拉斯矩阵L中的元素；