[发明专利]基于粒子群优化算法的CAD模型之间面对应关系识别方法

说明书

本发明公开了一种基于粒子群优化算法的CAD模型之间面对应关系识别方法。本发明步骤：(1)提取三维CAD模型中面与面之间的相对位置和相对姿态信息，通过判定面与面之间的空间语义位置关系和计算面与面之间的归一化质心向量，确定三维CAD模型中任意两个面之间的相对位置；通过计算面与面之间的朝向向量夹角，确定三维CAD模型中任意两个面之间的相对姿态；(2)通过改进粒子群优化算法，识别任意给定的两个三维CAD模型之间的对应面，包括设计粒子对应解决方案的结构、新的优化求解目标函数及其子函数、粒子迭代更新过程中的去冲突机制。本发明识别过程无需事先对模型进行配准或对齐提高了几何对应关系的识别效率。

技术领域

本发明属于三维模型检测领域，具体涉及一种基于粒子群优化算法的三维CAD模型之间面对应关系识别方法。

背景技术

识别三维CAD模型之间几何对应关系，即在给定的两个及两个以上三维CAD模型之间确定它们在几何元素(面、边和顶点)层面上的对应关系，是CAD模型配准、适应性重用、设计模式挖掘、产品跨CAD平台协同设计和重网格等领域最为基础和重要的一步。考虑到根据面之间的邻接关系，可以推导出模型之间的边以及顶点对应关系，因此，识别三维CAD模型之间几何对应关系，关键在于识别它们之间的面对应关系。

根据处理对象的类型，识别三维模型之间几何对应关系的方法可分为面向离散表示模型(如网格模型、点云模型)的方法和面向三维CAD模型的方法。

面向离散表示模型(如网格模型、点云模型)识别几何对应关系的方法相关工作较多，主要存在与离散表示模型的配准或对齐、检索、变形、重建等领域，通常基于离散表示模型之间的几何元素的重叠或等距度量、特征匹配、局部区域语义信息相似性计算等，识别几何元素对应关系(通常为离散点或局部区域对应关系)。然而，这类工作往往需要人工干预(如提供部分标记点)，且通常难以适用于三维CAD模型，譬如，主流的三维CAD模型(底层为边界表示结构)往往顶点稀疏、几何元素分布高度不均匀使得特征匹配很难实施；具有很多尖锐边和局部细节，使得区域语义信息难以分析等。

面向三维CAD模型识别几何对应关系的方法，除了人工交互确定之外，主要隐含于CAD模型的检索工作当中。通常基于几何元素的拓扑结构(如属性邻接图、骨架图、)匹配，识别模型之间的几何对应关系。然而，检索主要关心的是整体或局部的相似性，因此，这类方法确定的几何对应关系通常是粗粒度的，如模型局部之间的几何对应关系。

少量涉及在三维CAD模型之间自动建立面对应关系的方法，通常基于定义的整体形状框架在CAD模型之间开展对应面识别：首先，穷举出模型之间所有的面对应关系方案；之后，从所有方案中过滤出与参考模型整体形状框架在相对姿态和相对位置方面相似度最高的方案，作为给定模型之间的面对应关系。该类方法往往效率欠佳，且难以适用于形状复杂(如面数较多)或整体形状不相似但局部形状相似的模型。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，面向具有主流结构的CAD模型(即底层为边界表示)，提出一种自动高效识别三维CAD模型之间面对应关系的方法。本发明对于任意给定的两个整体或局部形状相似的、无需事先配准或对齐的三维CAD模型M₁和M₂，能够自动高效地识别它们之间的面对应关系。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包含如下步骤：

步骤(1)提取三维CAD模型M₁和M₂中面与面之间的相对位置和相对姿态信息；

步骤(2)基于步骤(1)提取的相对位置和相对姿态信息，通过改进粒子群优化算法，识别M₁和M₂之间的对应面。

所述步骤(1)中对输入的每个三维CAD模型，其面与面之间的相对位置信息及其提取，具体包含如下步骤：