基于内容的三维模型搜索引擎技术研究与系统开发

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在机械新产品概念设计阶段,设计人员往往需要参考已有设计模型,启发设计思路辅助完成创新设计,以及实现设计的重用。然而检索已有设计模型的过程一直缺乏方便有效的计算机工具支持。当前广泛使用PDM系统提供按照名字或编号检索已有产品库的方法,这种方式费时费力、自动化程度低并且可检索的资源规模有限,不能适应现代机械设计的快速性、复杂性、创新性的要求。以此为背景,本论文在国家863项目“支持产品创新设计的多学科协同建模/仿真方法及实现技术”的支持下,深入研究了基于内容的三维CAD模型检索方法及若干关键技术,在此基础上开发了3DSearcher三维模型搜索引擎系统和实验平台,为概念设计中快速检索已有设计模型以及设计重用提供工具支持;所开发的实验平台为后续相关领域的研究工作提供了灵活的基础平台和支撑工具集。论文的主要工作如下:1.在实验研究的基础上,对shape distribution D2三维模型特征描述和匹配算法进行了改进,提出了QuickD2采样算法,解决了D2算法在采样时的性能瓶颈问题,有效地提升了三维模型特征向量的抽取效率。2.设计了一种高性能、高可扩展的三维模型索引结构。基于BK树数据结构设计了适用于三维模型度量空间的RBK树索引结构,实现对模型搜索空间的高效剪枝,解决了线性索引结构在海量模型的实践环境下检索效率低、不可扩展的问题。3.基于网络爬虫和信息检索技术,研究了互联网三维机械模型的挖掘、过滤和抓取方法,解决了企业模型库封闭、陈旧、数据量小和难以更新的问题。4.设计并开发了三维模型检索实验平台的基础架构,提供灵活的策略集成和扩展接口,为模型检索领域的研究工作提供基础的平台和工具集支持。在此基础上,开发了三维CAD模型搜索引擎的原型系统,并针对汽车后桥设计进行了验证。
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