基于面拓撲關聯約束的三維實體模型檢索方法技術

本發明專利技術公開了一種基于面拓撲關聯約束的三維實體模型檢索方法。該方法首先生成實體模型的平行、包含、共面及Ｌ型、Ｔ型、Ｘ型垂直或相交共六類面關系組成的模型面拓撲關聯約束集，之后對實體模型中最常見的平行面對進行合并，以簡化面拓撲關聯約束集、并生成對應的六類歸并面拓撲關聯約束集。在檢索三維實體模型時，以面拓撲關聯約束集近似度計算來比較其拓撲及幾何細節。本發明專利技術的有益之處在于，通過面拓撲關聯約束的快速比較，可從全局拓撲關系及局部拓撲／幾何細節兩個層次，在大規模三維產品數據庫中快速定位相似的三維實體模型，從而提高三維產品設計的復用水平。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種，且特別涉及一種通過六類面拓撲關系及在此基礎上作平行面對歸并后的歸并面拓撲關聯約束集比較的三維實體模型快速檢索方法。
技術介紹
在過去十年中，隨著3D圖形硬件成本的降低和技術的成熟，三維CAD設計技術在機械、制造、建筑、電子、化工、服裝乃至廣告等眾多領域中得到快速發展和應用。據統計，近年來模具制造工業中3DCAD建模已占80。/。左右。三維CAD實體模型在數量及復雜性上迅速增加的同時，三維產品數據的復用問題逐步出現。 一般而言，設計者平均花費60%的工作時間用于產品信息的檢索。Gunn則進一步指出，進行新產品設計時，僅約20%來自真正的創新，40%可從現有設計獲取，另外40%則可在修改現有設計的基礎上獲得。Ullman認為，超過75%的新設計包含著對以往設計知識的復用。產品復用已成為CAD領域中的關鍵問題。三維形狀檢索(3D shape searching)是解決三維產品復用的有效途徑。根據Kendall的定義，三維形狀檢索是指"在大型三維模型數據庫中計算三維形狀之間的相似度"。深入研究三維實體模型的檢索機制，必然有助于促進三維CAD技術深化應用、提高三維CAD設計的自動化水平、加快產品創新開發，具有重要的理論意義和實際應用價值。
技術實現思路
專利技術目的本專利技術針對現有技術的不足，提供了一種。技術方案本專利技術公開了一種，該方法包括以下步驟步驟l，給定三維實體模型的產品數據庫，輸入待檢索的三維實體模型；步驟2，判斷是否已從輸入的待檢索實體模型生成其對應的面拓撲關聯約束的描述文件，若判斷結果為是則轉步驟12;步驟3,若步驟2的結果為否，則讀取實體模型的頂點、邊、面、環等幾何數據；步驟4，生成該實體模型的面包含關系圖Rw，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面， 一條邊表示其所連接的兩個模型面有包含關系；步驟5，生成該實體模型的共面關系圖R,，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面， 一條邊表示其所連接的兩個模型面共面、但無包含關系；步驟6，生成該實體模型的面平行關系圖Rp，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面， 一條邊表示其所連接的兩個模型面互相平行、但不共面且無包含關系；步驟7，生成該實體模型的模型面L型垂直或相交關系圖RL，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面， 一條邊表示其所連接的兩個模型面為L型垂直或相交關系；步驟8，生成該實體模型的模型面T型垂直或相交關系圖RT，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面， 一條邊表示其所連接的兩個模型面為T型垂直或相交關系；步驟9，生成該實體模型的模型面X型垂直或相交關系圖Rx，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面， 一條邊表示其所連接的兩個模型面為X型垂直或相交關系；將模型面拓撲關聯約束集GT。P。 = m^,Rz,Rp，I^，RT，Rj寫入相應的描述文件；步驟IO，遍歷Rp中各節點，將相互重疊比例最大且距離最小的兩個平行面合并為一個新的面對節點；步驟ll，若面包含關系圖R,共面關系圖&、模型面L型垂直或相交關系圖Rl、模型面T型垂直或相交關系圖RT、模型面X型垂直或相交關系圖Rx中包含步驟io中被合并的兩個平行面對，則從該關系圖中以步驟io所生成的面對節點替換掉這兩個面，并重建該面對節點與其它節點間的包含關系、共面關系、L型垂直或相交關系、T型垂直或相交關系、X型垂直或相交關系，得到歸并后的歸并面拓撲關聯約束集G'T。ro = {R'IN ， R ,R;, R'l ， R't ， R'j ，并寫入相應的描述文件；步驟12，逐一取產品數據庫中的三維實體模型及其對應的歸并面拓撲關聯約束集描述文件；步驟13，比較待檢索模型及產品數據庫中模型的歸并面拓撲關聯約束集，并計算其相似度；步驟14，按歸并后面拓撲關聯約束集相似度比較結果，比較其模型面拓撲關聯約束集，以作進一步的幾何細節的局部比較，提高三維檢索的精確度；步驟15，判斷模型數據庫是否遍歷結束，若結果為否，則轉步驟12;步驟16，若步驟15的判斷結果為是，則將各近似度從大到小排序后輸出；步驟17，返回本次檢索結果；步驟18，根據近似度比較結果是否為"1"判斷所輸入的待檢索模型是否已加入產品模型數據庫，若判斷結果為是，則返回步驟l;步驟19，若步驟18結果為否，則將所輸入的實體模型、對應的模型面拓撲關聯約束集及歸并面拓撲關聯約束集描述文件加入到產品數據庫，并返回步驟1。6本專利技術中，待檢索的三維實體模型及產品數據庫中的三維實體模型應符合STEP標準，但對其坐標系定義、實體模型大小、旋轉方向無特別要求。本專利技術中，面拓撲關聯約束分為兩個層次通過初始模型面拓撲關系分析生成的模型面拓撲關聯約束集GT。P。 = {RIN, R, ， Rp , Rl ， RT ， Rx}，及節點歸并后生成的歸并面拓撲關聯約束集G't。p。 = {R'IN ， R ，R'p ， R; , R't ， R'x};本專利技術中，組成模型面拓撲關聯約束集的六類面關系圖Rw、 Rp、 Rl、 Rt、Rx中，節j、對應于某模型面、邊對應于某種拓撲關系；模型面的幾何特征(如法向量、面積、形狀等)則作為面關系圖中節點的屬性列出，以作三維檢索時的幾何細節比較或局部檢索。本專利技術中，組成歸并面拓撲關聯約束集的六類歸并面關系圖R'IN 、 & 、 R'p 、 R:、R'T、 R'x中，節點對應于一個符合相互投影面重疊比例最大、同時距離最小的平行面對，邊對應于六類拓撲關系中的一種。本專利技術中，某三維實體模型所對應的歸并面拓撲關聯約束集描述文件由XML定義。本專利技術中，某三維實體模型所對應的模型面拓撲關聯約束集描述文件由XML定義。本專利技術中，根據歸并面拓撲關聯約束計算兩個實體模型相似度的方法是Similarity(M， N) = Similar(R，P(M), R，P(N)/6 + Similar(R，L(M)， R，l(N))/6+ Similar(R，iN(M), R，in(N》/6 + Similar(R，j(M)， R，i(N))/6+ Similar(R,t(M)， R，T(N))/6+ Similar(R，xM)， R，xN))/6其中，M、 N表示兩個實體模型，Similar(Ri， R2)為計算兩個圖最大匹配度的現存函數；Similarity()函數的取值范圍為。本專利技術中，進一步的幾何細節的局部比較方法是取六類模型面關系圖中的面幾何屬性作比較；其中面幾何屬性包括面的類型、面的法向量、面的周長與面積、面內邊的數量。本專利技術中，判斷待檢索模型是否巳加入產品數據庫的方法是檢査是否有與待檢索模型相似度為100%的模型存在，若判斷結果為是，則產品數據庫中已加入，否則未加入。有益效果本專利技術方法從CAD數據表達及產品交換相關ISO標準STEP(Standard for the Exchange of Product Information) /IGES (Initial Graphics ExchangeStandard)出發，在兼容絕大多數主流CAD模型描述方式基礎上，提取、分析三維實體模型幾何形狀描述，分別生成由包含、平行、共面、L型垂直或相交、T型垂直或相交、X型垂直或相交共六類面關系組成的模型面拓撲關聯約束集；在此基礎上對符合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于面拓撲關聯約束的三維實體模型檢索方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：　（１）給定三維實體模型的產品數據庫，輸入待檢索的三維實體模型；　（２）判斷是否已從輸入的待檢索實體模型生成其對應的面拓撲關聯約束的描述文件，若判斷結果為是則跳至步驟（１２），否則進行下一步；　（３）讀取實體模型幾何數據；　（４）生成該實體模型的面包含關系圖Ｒ↓［ＩＮ］，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面，一條邊表示其所連接的兩個模型面有包含關系；　（５）生成該實體模型的共面關系圖Ｒ↓［Ｉ］，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面，一條邊表示其所連接的兩個模型面共面、但無包含關系；　（６）生成該實體模型的面平行關系圖Ｒ↓［Ｐ］，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面，一條邊表示其所連接的兩個模型面互相平行、但不共面且無包含關系；　（７）生成該實體模型的模型面Ｌ型垂直或相交關系圖Ｒ↓［Ｌ］，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面，一條邊表示其所連接的兩個模型面為Ｌ型垂直或相交關系；　（８）生成該實體模型的模型面Ｔ型垂直或相交關系圖Ｒ↓［Ｔ］，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面，一條邊表示其所連接的兩個模型面為Ｔ型垂直或相交關系；　（９）生成該實體模型的模型面Ｘ型垂直或相交關系圖Ｒ↓［Ｘ］，該圖中的一個節點對應于一個實體模型的面，一條邊表示其所連接的兩個模型面為Ｘ型垂直或相交關系；將模型面拓撲關聯約束集Ｇ↓［ＴＯＰＯ］＝｛Ｒ↓［ＩＮ］，Ｒ↓［Ｉ］，Ｒ↓［Ｐ］，Ｒ↓［Ｌ］，Ｒ↓［Ｔ］，Ｒ↓［Ｘ］｝寫入相應的描述文件；　（１０）遍歷Ｒ↓［Ｐ］中各節點，將相互重疊比例最大且距離最小的兩個平行面合并為一個新的面對節點；　（１１）若面包含關系圖Ｒ↓［ＩＮ］、共面關系圖Ｒ↓［１］、模型面Ｌ型垂直或相交關系圖Ｒ↓［Ｌ］、模型面Ｔ型垂直或相交關系圖Ｒ↓［Ｔ］、模型面Ｘ型垂直或相交關系圖Ｒ↓［Ｘ］中包含步驟（１０）中被合并的兩個平行面對，則從該關系圖中以步驟（１０）所生成的面對節點替換掉這兩個面，并重建該面對節點與其它節點間的包含關系、共面關系、Ｌ型垂直或相交關系、Ｔ型垂直或相交關系、Ｘ型垂直或相交關系，得到歸并后的歸并面拓撲關聯約束集Ｇ’↓［ＴＯＰＯ］＝｛Ｒ’↓［ＩＮ］，Ｒ’↓［Ｉ］，Ｒ’↓［Ｐ］，Ｒ’↓［Ｌ］，Ｒ’↓［Ｔ］，Ｒ’↓［Ｘ］｝，并寫入相應的描述文件；　（１２）逐一取產品數據庫中的三維實體模型及其對應的歸并面拓撲關聯約束集描述文件；...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：路通，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]