面向易于修改的CAD模型检索方法研究

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适应性重用已有的计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)模型是开展产品创新设计的有效方法。其中,如何快速、准确地检索到满足当前设计需求的CAD模型,是新产品采用上述方法进行设计的第一步。然而,尽管CAD模型检索的相关工作很多,但很少考虑检索到的CAD模型是否易于修改,这使得CAD模型仍然需要人工通过大量的交互操作进行修改,甚至重建,严重影响上述设计方法在实际应用中的效率。针对上述问题,本文提出一种面向易于修改的CAD模型(即参数化特征模型)检索方法,主要研究内容包括:(1)提出了一种表征CAD模型关键内容的双层次描述符,从关键内容的几何和拓扑两个层面对CAD模型进行描述。首先,引入D2形状分布和点特征直方图(Point Feature Histogram,PFH)对CAD模型的总体形状和局部特征进行量化描述。其次,为了能够透过几何细节,确定模型关键的总体形状和局部特征,本文对粒子群优化算法进行改进,来提取CAD模型的关键面,并据此确定CAD模型在几何层面的描述符。最后,为了能够显式表征CAD模型关键的设计参数信息,基于提取的关键面和设计参数一致化方法,提出了关键面属性邻接图,来表征CAD模型关键的拓扑信息及关联的尺寸约束,即确定CAD模型在拓扑层面的描述符。(2)基于上述提出的双层次描述符,设计了一种面向易于修改的CAD模型双层次评价方法。首先,基于描述符的几何层内容,设计几何形状相似性评价方法,可透过几何细节,为查询模型确定关键几何形状(总体形状和局部特征)相似的候选模型。接着,基于描述符的拓扑层内容,设计了设计参数关联的拓扑相似性评价方法,从上述候选模型中进一步确定出与查询模型具有一致设计参数的CAD模型,即易于修改的候选模型(设计参数一致程度体现模型修改的难易程度)。基于以上研究内容和提出的方法,设计并实现了一个面向易于修改的CAD模型检索原型系统,并据此开展实验验证。实验结果表明,本文提出的面向易于修改的CAD模型检索方法不仅检索准确率和效率较高,而且检索出的CAD模型易于修改。此外,本文针对基于适应性重用CAD模型开展产品数字化设计的第一步工作(即CAD模型检索)存在的问题开展研究,所提方法可为上述设计方法的进一步推广应用提供技术支撑。
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