三維CAD零部件檢索關(guān)鍵技術(shù)研究

經(jīng)過(guò)三年的研究，本項(xiàng)目主要取得了以下五個(gè)方面的進(jìn)展。首先，本項(xiàng)目提出了一種基于特征面匹配的機(jī)械零部件檢索方法。在訓(xùn)練階段，對(duì)模型庫(kù)中的面進(jìn)行訓(xùn)練，標(biāo)識(shí)面的區(qū)分度，并過(guò)濾小面和非特征面；在檢索階段，通過(guò)訓(xùn)練結(jié)果估算用戶輸入面的區(qū)分度，按照區(qū)分度順序，采用貪心算法分別和模型中的面進(jìn)行面匹配和相似度排序。第二，本項(xiàng)目提出了一個(gè)CAD模型標(biāo)準(zhǔn)視圖的自動(dòng)生成算法。對(duì)于CAD模型檢索的預(yù)處理過(guò)程來(lái)講，模型最佳視圖生成是其必不可少的一個(gè)步驟。本項(xiàng)目算法考慮了基元位置的標(biāo)準(zhǔn)化、正確的朝上方向以及盡可能多的可視特征等，而且最佳視圖也應(yīng)能反映基元體間的幾何約束關(guān)系、便于識(shí)別模型的功能等。算法流程可以分為三個(gè)主要步驟，即獲取主軸方向、推導(dǎo)朝上方向和選擇最佳視圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本項(xiàng)目算法得到的標(biāo)準(zhǔn)視圖能夠很好地反應(yīng)三維物體的特征。第三，本項(xiàng)目將編輯距離的思想引入到三維CAD 模型檢索中，提出了一種基于圖編輯距離的檢索方法，稱為實(shí)體模型編輯距離。本項(xiàng)目給出了該距離的定義和計(jì)算方法，并且給出了一種加速的近似計(jì)算方法。由于編輯距離本身的靈活性，該方法適用于 CAD 模型檢索的多個(gè)應(yīng)用。同時(shí)，本課題提出了一種多層次的優(yōu)化方法來(lái)改進(jìn)其效率和效果。第四，本項(xiàng)目把流形排序算法應(yīng)用到三維模型檢索領(lǐng)域中以達(dá)到更好的檢索效果。提出了一種新的圖結(jié)構(gòu)K平衡近鄰圖，同時(shí)給出了近似的構(gòu)造算法， 通過(guò)在三維模型檢索、圖像檢索、二維數(shù)據(jù)聚類的廣泛實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)K平衡近鄰圖比連通圖和K近鄰圖存在更大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)本項(xiàng)目又對(duì)影響流形排序結(jié)果的參數(shù)σ進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，基于K平衡近鄰圖的流形排序算法的參數(shù)σ更容易選取，而且比連通圖和K近鄰圖有更好的檢索性能。第五，本項(xiàng)目提出了一種基于向量空間模型的裝配體檢索算法，通過(guò)引入信息檢索領(lǐng)域中經(jīng)典的向量空間模型，來(lái)支持對(duì)裝配體的局部匹配和定量排序，并通過(guò)對(duì)原有向量空間模型的擴(kuò)展，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配體的模糊查詢。該算法分為離線處理和在線檢索兩個(gè)階段。在離線處理階段，將裝配體分解成為由不同種類的單零件所組成的集合，并且采用向量空間模型提供的權(quán)重計(jì)算方法計(jì)算每個(gè)單零件的權(quán)重；在線檢索階段，采用一種近似的二分圖匹配算法計(jì)算查詢輸入同裝配體的相似度。 2100433B

基于內(nèi)容的三維CAD零部件檢索技術(shù)是提高三維CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率的必要手段，好的檢索技術(shù)可以有效利用企業(yè)已經(jīng)積累的知識(shí)和成果，創(chuàng)造出新的價(jià)值和產(chǎn)品。本項(xiàng)目的研究目標(biāo)就是解決面向三維CAD零部件復(fù)用的檢索技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的零部件復(fù)用率。針對(duì)目前三維CAD零部件檢索研究現(xiàn)狀和實(shí)際應(yīng)用中存在的主要不足，本項(xiàng)目擬從四個(gè)方面展開(kāi)研究：第一方面是研究基于IGES曲面模型的檢索技術(shù)；第二方面是研究基于圖編輯距離的實(shí)體模型檢索技術(shù)；第三方面研究是基于解析曲面輸入的三維模型檢索方法；第四方面是研究基于語(yǔ)義圖的機(jī)器學(xué)習(xí)方法獲取語(yǔ)義信息，更好地捕捉用戶檢索意圖。本項(xiàng)目的研究成果將支持草圖、文本、實(shí)體等多種輸入方式，實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)表示的零部件檢索算法。研究成果一方面可以使得檢索結(jié)果更好地反映零部件的制造特征和功能特性，另一方面可以避免將實(shí)體模型網(wǎng)格化導(dǎo)致的信息丟失，結(jié)果能夠更好地支持設(shè)計(jì)復(fù)用。

產(chǎn)品復(fù)用是CAD領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題之一。研究顯示，80％的創(chuàng)新設(shè)計(jì)源于對(duì)已有產(chǎn)品的復(fù)用。三維CAD模型檢索是解決三維產(chǎn)品復(fù)用問(wèn)題的有效途徑。現(xiàn)有研究在三維CAD模型的表示、檢索算法的效率與有效性方面有待進(jìn)一步改進(jìn)?？傮w而言，三維CAD模型檢索研究仍處于起步階段。本項(xiàng)目首次提出層次式多級(jí)映像圖表示方式（Hierarchical Multilevel Projection Graphs，HMPG），將三維CAD模型表示為拓?fù)鋱D、屬性圖、語(yǔ)義關(guān)聯(lián)圖三級(jí)映像，各級(jí)映像間通過(guò)幾何節(jié)點(diǎn)建立索引關(guān)系；并通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系識(shí)別、屬性分析、語(yǔ)義關(guān)聯(lián)識(shí)別，將廣泛應(yīng)用的B-Reps描述轉(zhuǎn)換為HMPG表示。在此基礎(chǔ)上，提出新型、魯棒的快速層次式動(dòng)態(tài)檢索算法，以及基于HMPG表示的三維CAD模型分類、聚類、索引算法；并在相關(guān)反饋基礎(chǔ)上，建立基于用戶興趣的三維CAD模型空間，為優(yōu)化三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加快產(chǎn)品創(chuàng)新開(kāi)發(fā)提供新的思路。 2100433B

網(wǎng)絡(luò)信息檢索策略設(shè)計(jì)應(yīng)遵循快、準(zhǔn)、全及低成本的原則，以實(shí)現(xiàn)檢索策略最優(yōu)化。所謂快、準(zhǔn)、全，是指設(shè)計(jì)出來(lái)的檢索策略能夠快速、準(zhǔn)確、全面地從網(wǎng)上檢索到所需要的信息;低成本則是指以最低的費(fèi)用獲取所需的信息。由于檢索網(wǎng)上信息要付通訊費(fèi)，有些數(shù)據(jù)庫(kù)還要付數(shù)據(jù)庫(kù)使用費(fèi)，因而降低信息成本對(duì)消費(fèi)能力較弱的我國(guó)用戶有比較重要的意義。

主題分析

明確檢索需求后，就要對(duì)用戶課題的具體內(nèi)容作主題分析，這是正確選用檢索詞和邏輯算符的的關(guān)鍵，它將決定檢索策略的質(zhì)量并影響檢索效果。

主題分析就是對(duì)用戶的課題進(jìn)行主題概念的分析，并用一定的概念詞來(lái)表達(dá)這些主題內(nèi)容，同時(shí)明確概念與概念之間的邏輯關(guān)系。主題分析必須注意：

（1）概念的表達(dá)要確切。抓住課題的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，分析出課題中有幾個(gè)概念組面。

（2）找出核心的概念組面，排除掉無(wú)關(guān)概念組面，包括意義不大的概念和重復(fù)概念。用戶有時(shí)會(huì)認(rèn)為選取的概念組面越多，邏輯組配越細(xì)致，檢索結(jié)果的針對(duì)性越強(qiáng)。事實(shí)上，過(guò)多過(guò)嚴(yán)的概念組配很可能導(dǎo)致大量的漏檢，甚至結(jié)果為零。因此有時(shí)需要簡(jiǎn)化邏輯關(guān)系，減少概念組面，以提高檢索效果。

（3）找出隱含的重要概念。如"智力測(cè)試"，隱含著"能力測(cè)試"、"態(tài)度測(cè)試"、"創(chuàng)造力測(cè)試"等概念。數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)引往往使用比較專指的詞，用戶對(duì)標(biāo)引規(guī)則不甚了解，往往會(huì)列出比較抽象的概念，而忽略了較專指的概念

（4）明確概念組面之間的交叉關(guān)系，即明確是邏輯"與"、邏輯"或"還是邏輯"非"的關(guān)系。哪些概念可以用來(lái)擴(kuò)大檢索范圍，哪些可以作為進(jìn)一步縮小檢索范圍的主題詞。明確這些邏輯關(guān)系，有助于編制出正確的檢索式。

注意問(wèn)題

如果對(duì)主題不熟悉，可采用關(guān)鍵性的文獻(xiàn)以確認(rèn)檢索詞匯和厘清概念。宜避免選擇太廣泛或模糊的詞匯檢索，且可以儲(chǔ)存并重復(fù)使用相同的概念和檢索策略以節(jié)省檢索時(shí)間。檢索時(shí)除了利用選定的檢索詞匯進(jìn)行檢索外，也可利用索引典、標(biāo)題表或系統(tǒng)自動(dòng)提供之相關(guān)詞進(jìn)行檢索，以增加檢索結(jié)果。

選擇詞匯時(shí)，需注意「隱含性概念」和資料庫(kù)的關(guān)系。

總述

事實(shí)上，在構(gòu)造檢索策略過(guò)程中，要涉及到許多方面的知識(shí)與技能。諸如，用戶對(duì)檢索課題的明確程度，對(duì)檢索課題的分析；對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)及其系統(tǒng)特性和功能的掌握；編制邏輯檢索式的技巧以及調(diào)整檢索策略的方法等方面都會(huì)影響用戶檢索的整體效果。因此，制定檢索策略是一種全面的知識(shí)與技能，也是一種經(jīng)驗(yàn)。掌握了這種技能和經(jīng)驗(yàn)，再通過(guò)廣泛實(shí)習(xí)，可以獲得比較好的檢索效果。