三維CAD模型檢索技術(shù)研究現狀與發(fā)展分析
對目前三維CAD 模型檢索技術(shù)的研究現狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了闡述。首先給出三維模型檢索的體系結構，并從文本檢索、內容檢索和語(yǔ)義檢索3 方面對三維CAD 模型檢索技術(shù)國內外研究現狀進(jìn)行了全面論述; 分析總結了現有三維CAD 模型檢索系統及三維CAD 模型檢索技術(shù)的應用; 最后對三維CAD 模型檢索技術(shù)存在的問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。三維CAD 模型檢索技術(shù)將為概念設計、詳細設計、工藝/工裝設計等產(chǎn)品各設計階段提供全方位的檢索支持手段，可有效促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品模型相關(guān)設計和制造信息的重用。
引言
基于三維模型的產(chǎn)品設計與制造已成為我國制造業(yè)的主流模式，由于產(chǎn)品三維模型具有可視化、數字化和虛擬化等特點(diǎn)，使其成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各環(huán)節( CAD、CAE、CAPP、CAM 等) 不可或缺的基礎載體。研究和統計分析表明，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，約40%是重用過(guò)去的部件設計，約40% 是對已有設計部件的微小修改，而只有約20% 是完全新的設計。因此，方便、準確、快速地獲取已有產(chǎn)品三維模型的相似性設計成果，并加以有效重用，是提高設計效率、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的關(guān)鍵之一，通過(guò)三維模型檢索技術(shù)可以實(shí)現企業(yè)產(chǎn)品三維模型資源的多粒度、精確化、個(gè)性化快速聚類(lèi)，為產(chǎn)品設計過(guò)程中各類(lèi)設計成果的重用提供一種全新的支持手段。迄今為止，在通用領(lǐng)域已有30 多種檢索算法被相繼提出，但是由于CAD 模型的特殊性，如CAD 模型由規則的點(diǎn)、線(xiàn)、面及自由曲面組成，包含很多特征及語(yǔ)義信息，邊界輪廓線(xiàn)明顯等特點(diǎn)，通用領(lǐng)域的檢索算法不完全適合于CAD 領(lǐng)域。通過(guò)三維CAD模型檢索技術(shù)可以實(shí)現企業(yè)信息的檢索與重用，能更好地對企業(yè)產(chǎn)品數據信息進(jìn)行管理，因此，研究先進(jìn)、實(shí)用的CAD 模型檢索技術(shù)具有重要的理論意義和應用價(jià)值。本文將從三維CAD 模型檢索的體系結構、研究現狀、檢索系統、技術(shù)應用及發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行論述。
1、三維CAD 模型檢索體系結構
三維CAD 模型檢索技術(shù)是利用能夠反映CAD模型文本、形狀、特征及語(yǔ)義信息自動(dòng)建立索引，從而達到檢索三維模型的目的。其通常包括模型庫組織、預處理、特征提取、相似性度量、索引結構、用戶(hù)查詢(xún)接口、相關(guān)反饋等多項關(guān)鍵技術(shù)。
三維CAD 模型檢索首先從CAD 模型中自動(dòng)計算并提取特征信息，建立模型的信息索引，然后在多維索引空間中計算待查詢(xún)模型與目標模型之間的相似程度，實(shí)現對三維模型數據庫的瀏覽和檢索，檢索系統的框架如圖1 所示，通常一個(gè)完整的模型檢索系統主要包括以下幾方面:
圖1 檢索系統的體系結構
(1) 信息提取: CAD 模型包含的信息由文本、幾何形狀、拓撲結構、表面信息及特征語(yǔ)義等信息，這些信息往往比較復雜且不易獲得，因此有效地提取這些信息來(lái)描述CAD 模型成為三維CAD 模型檢索首先要解決的問(wèn)題，同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)。
(2) 相似性度量: 信息提取是三維模型檢索的前提條件，相似性度量則是使提取的信息得到正確應用的保證。選擇適當的度量尺度，將查詢(xún)模型的特征與待查詢(xún)的數據庫中模型特征進(jìn)行比較，用相似性、相異性度量尺度計算兩個(gè)模型對應特征之間的距離，從而得到兩個(gè)模型之間的相似性。
(3) 索引結構: 面對龐大的三維模型數據庫，必須建立快速、有效的索引結構。
(4) 用戶(hù)查詢(xún)接口: 一個(gè)好的檢索系統應該擁有交互性能，為用戶(hù)提供方便的查詢(xún)和瀏覽。其中，用戶(hù)查詢(xún)接口對模型檢索系統的可用性和檢索性能有較大影響。目前的檢索方式有: 文本關(guān)鍵字的檢索、手工繪制2D 草圖的檢索、手工繪制3D 草圖的檢索、3D 模型實(shí)例的檢索、語(yǔ)義查詢(xún)和混合檢索。
(5) 檢索性能評價(jià): 主要是考察檢索結果是否與用戶(hù)的期望相接近，是否滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。由于受用戶(hù)主觀(guān)性及檢索中“相關(guān)模型”的判斷和定義不明確的影響，目前還缺乏比較客觀(guān)有效的評價(jià)準則�，F有評價(jià)標準都是基于模型定義明確并且類(lèi)別劃分清楚的模型庫，檢索系統可以通過(guò)查全率和查準率曲線(xiàn)、E 測度等指標實(shí)現性能的評價(jià)。
6、結束語(yǔ)
介紹了三維CAD 模型檢索技術(shù)的體系結構，并對目前國內外一些優(yōu)秀的檢索算法進(jìn)行歸納整理，比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)，然后對三維CAD 模型檢索系統及應用進(jìn)行討論，最后對目前三維CAD 模型檢索研究中存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
