基于球谐函数的三维装配体模型相似性分析方法

在新产品研制过程中,依托模型相似性从已有资源中获取可重用信息,对提升研制效率、降低研制成本具有重要价值.以三维装配体模型为对象,综合考虑装配体形状及零件相对位置关系信息,提出一种基于球谐函数的装配体相似性分析方法.首先,利用球谐函数将装配体所包含零件量化表示为形状描述空间中的点,以形状空间点集作为装配体描述符;然后,通过改进的Hausdorff距离算法计算装配体描述符中点集之间的不相似度,建立了相似装配体的检索方法;最后,利用装配体检索实例库,以5组装配体为检索对象,对模型装配位置不同、细节不同以及带宽N取值不同时相似性计算结果进行分析讨论,验证了所提方法的有效性.     

一种距离特征融合的机械三维模型检索方法

三维模型检索技术可提高产品设计效率,减少设计时间。针对形状分布算法(D2)只适用于全局特征检索而对局部特征描述不足的缺点,文中提出一种融合局部特征和全局特征的三维模型检索方法。首先,运用蒙特卡洛算法在模型表面随机取点,计算随机点对间的D2距离和协方差距离,然后联合统计两种特征距离的分布概率,形成距离分布矩阵。最后采用Manhattan距离度量距离分布矩阵的相似性。实验结果表明,该算法可实现机械三维模型检索,检索性能明显优于两种经典算法。     

润滑油添加剂抗磨性能与结构定量关系

采用人工神经网络(ANN)方法建立以磨损体积量度来表征抗磨性能的定量构效关系(QSPR)模型。以载荷因子变量及3个分子描述符(包括润滑油添加剂分子中P原子个数,描述分子的大小及对称的2D自相关描述符,以及描述分子极性与反应活性的3D描述符)作为模型的输入变量,采用误差反向传播的ANN拟合磨损体积量度与4个描述符之间的关系。结果表明:建立的模型具有统计意义,且与文献报道模型相比,模型更为精确;磨损体积量度与3个分子描述符之间存在非线性关系,表明3个分子描述符能反映影响润滑油添加剂抗磨性能的重要结构因素。     

[材料成形中的数字化与智能化产品设计]法向算子和D2算子相结合的铸件三维模型分类算法

为了解决铸造生产中相同类型铸件的历史工艺复用问题，提出了一种法向算子和D2算子相结合的铸件三维模型分类算法。该方法从三维模型的面特征和点特征信息出发，分别提取三维模型的法向算子和D2算子特征描述符，通过度量新铸件模型和各类别模型特征描述符的相似性实现铸件模型分类。在企业实际生产的铸件模型库中的实验结果表明，该方法对常见的铸件类别有很好的特征识别效果，解决了D2算子作为预分类器时处理部分复杂模型时存在的特征不敏感的缺陷，可以获得准确率高的分类结果。     

机械零件模型局部形状相似性检索算法研究

提出利用尺度不变特征来描述三维模型的局部形状信息,设计出一种灰度体素模型上的基于三维SIFT算法的局部形状特征提取方法;得到三维模型的尺度不变形状特征后,采用BoF方法构建模型的形状特征向量,配合相应的距离函数实现三维模型"部分-整体"的匹配和检索。实验表明该方法具有比较好的检索性能。     

面向AR辅助维修的3D物体识别技术

3D物体识别与位姿估计是AR辅助维修信息增强的基础,目前的3D物体识别技术在识别准确率、运行实时性和位姿估计准确度上仍然存在不足。以物体识别的实时性和位姿估计的准确性为要求,研究基于纹理点云的局部参考系估计技术和点云全局特征描述符生成与匹配技术,提出融合形状与纹理信息的全局正交对象描述符及其3D物体识别算法,基于蜗轮蜗杆减速器的拆装维修场景进行实例验证。验证结果表明,3D物体识别算法在AR辅助维修场景中具备实际可行性和真实有效性。     

基于零件属性EMD测度的装配体模型检索

提出一种利用EMD算法计算装配体中零件属性矢量差值,实现装配体模型检索的算法.装配体中各零件按照其位置、转动惯量、体积和表面积信息生成属性矢量,组合全部零件的属性矢量,形成集合作为装配体的描述符.使用EMD算法计算装配体模型间零件匹配的最低成本,也即获得装配体模型间的非相似度值,实现装配体模型检索.实验证明使用零件属性矢量集合描述装配体模型直接明了,无需预处理,该检索算法具有高鲁棒性、高查全率、快速的特点.     

一种三维CAD模型自动语义标注算法

针对三维CAD模型检索中的语义鸿沟问题,提出一种基于局部形状分布及语义概率统计的三维CAD模型自动语义标注算法.采用基于局部形状分布的多尺度特征提取方法获取CAD模型的形状信息,并计算不同模型之间的形状相似度;根据模型样本库中已知的语义分类信息,构建一个基于概率的标注框架对CAD模型进行语义标注,以建立模型形状信息和语义信息之间的联系.实验结果表明,该算法能够有效提高三维CAD模型检索的准确率,检索性能优于仅使用形状信息时的检索结果.     

零件工程图结构检索方法

提出一种基于结构相似的零件工程图检索方法。将零件工程图中的几何图形标记为功能表面,根据是否共边、共点或点在边上判断功能表面是否拓扑相连,并进一步确定功能表面间的位置关系,生成零件2D结构模型。通过对视图结构模型公共顶点、公共边约束定义的并运算,构造零件3D结构模型。借鉴化学数据库中化合物的线性符号表示法生成零件工程图结构码。以零件工程图子结构布尔模型表达检索要求,通过查询子结构码与分支结构码的匹配,实现零件工程图的子结构检索;以零件工程图表达检索要求,通过视图结构码的整体匹配,实现零件工程图的示例检索,通过零件工程图3D结构码与零件三维模型结构码的匹配,实现零件工程图的模型检索,并讨论零件工程图结构检索的关键算法。     

基于法向分类的三维模型形状分布检索算法

给出一种用三个形状分布图来描述三维模型的检索算法.在模型表面任意取点,并记录每个点的法向量.将任意两点连线形成线段,计算该线段的欧几里得距离,再分别计算两端点的法向与该线段的夹角.根据两个夹角的值,将所得线段分成三个集合,并分别构造三个集合的形状分布曲线,通过对模型间三条形状分布曲线的比较,得出两个模型的相似程度,从而实现模型的相似性检索.实验表明,该算法能够较好地实现三维模型检索,检索结果比传统的形状分布算法有较大的改进.     

基于递归分割的机械零件三维形状结构检索方法

为实现设计重用,须对已有设计实例进行检索,实例检索中最为困难的是形状的相似性比较,为此提出基于递归分割的机械零件三维形状结构检索方法。生成模型凸包围盒获取机械零件的初始位置并对其进行归一化变换,再生成自适应有界分割面对实体进行分割,检测分割过程中实体的几何和拓扑参数变化,递归建立有序满二叉树,结合工程特征构建特征矢量,比较特征矢量的相似性获得非根结点实体的相似度,按广度优先变权遍历有序满二叉树,通过非根结点实体的相似度比较,获得各机械零件三维形状结构的相似度。将基于递归分割的机械零件三维形状结构检索方法在原型系统中对不同粒度的设计基元进行验证和应用,结果表明,该方法具有较高的计算效率和判断精度,能够快速准确地反映机械零件的总体轮廓形状和局部细节结构,对于实现设计重用提高设计效率具有重要意义。     

Shape distribution-based approach to comparing 3D CAD assembly models

As a key technology for three-dimensional (3D) model retrieval from model databases, the ability to perform comparisons of 3D models is important. In particular, during the product design phase, 3D CAD models should be robustly retrieved for design reuse or machining process planning. However, typical retrieval methods that are based on model names, codes, or annotations are limited in terms of their usability and robustness. Therefore, there are increasing requirements for shape-based 3D model retrieval techniques, as well as the ability to perform 3D model comparisons. In this paper, we propose a shape distribution-based 3D CAD assembly comparison method that has the ability to identify dissimilarities in 3D CAD assembly models by differentiating between assembly relationships and part-shape dissimilarities. This is different from existing methods, which are limited to only shape dissimilarities. We present experimental results for various test cases by comparing our proposed method and existing methods. Based on our experiment results, we found that our method can enable a comprehensive comparison of 3D CAD assembly models including assembly relationship dissimilarities, part-shape dissimilarities, and overall model dissimilarities.     

用于快速形状匹配的精确型高度函数特征描述

在形状匹配过程中为了提升高度函数描述子的检索精度和对边界噪声与局部变形的鲁棒性,本文提出了一种精确型高度函数特征描述算法。首先提取目标形状外轮廓,构造轮廓采样点的精确型高度函数描述子并进行特征降维,接着利用优化后的并行动态规划进行形状匹配,最后引入形状复杂度分析提升匹配效果。基于点的几何特征显著性,提出形状精度理论,进一步分析局部形变与边缘噪声对形状特征描述的影响。在MPEG-7数据库、Swedish Leaf数据库、Tools数据库和ETH-80大型3D数据库上进行匹配实验以及在Kimia99数据库上进行抗噪实验,实验结果表明:本文提出的算法效率高,匹配时间仅为高度函数描述子的12.5%,在MPEG-7和ETH-80上的检索率最高分别为90.38%和90.07%;在Swedish Leaf和Tools上,检索精度最高分别为95.07%和94.86%,检索性能和鲁棒性均优于高度函数和其他重要算法;在添加噪声的Kimia 99上,该算法的抗噪性能优于高度函数描述子,即使在噪声水平为2.0的情况下,依旧能保持91.92%的检索率。本文提出的算法检索精度高,效率高,鲁棒性好,抗噪性强,具有较好的可扩展性,能有效地应用于形状检索领域。     

基于卷积神经网络的光学遥感图像检索

提出了一种基于深度卷积神经网络的光学遥感图像检索方法。首先,通过多层卷积神经网络对遥感图像进行卷积和池化处理,得到每幅图像的特征图,抽取高层特征构建图像特征库;在此过程中使用特征图完成网络模型参数和Softmax分类器的训练。然后,借助Softmax分类器在图像检索阶段对查询图像引入类别反馈,提高图像检索准确度,并根据查询图像特征和图像特征库中特征向量之间的距离,按相似程度由大到小进行排序,得到最终的检索结果。在高分辨率遥感图像数据库中进行了实验,结果显示:针对水体、植被、建筑、农田、裸地等5类图像的平均检索准确度约98.4%,增加飞机、舰船后7类遥感图像的平均检索准确度约95.9%;类别信息的引入有效提高了遥感图像的检索速度和准确度,检索时间减少了约17.6%;与颜色、纹理、词袋模型的对比实验表明,利用深度卷积神经网络抽取的高层信息能够更好地描述图像内容。实验表明该方法能够有效提高光学遥感图像的检索速度和准确度。     

基于逆向工程的变截面涡旋盘快速精度诊断

针对变截面涡旋盘形状复杂程度高、传统检具检验难度大、检测精度低的特点,提出一种基于逆向工程的涡旋盘加工精度快速诊断方法。首先,建立基于Pro/E的变截面涡旋盘三维实体模型并将其作为参考模型;然后,利用ROMER六轴75系列绝对关节臂测量机测得加工涡旋盘的表面点云数据,精简后作为数字化模型,并将上述两个模型进行对比分析以获取涡旋盘的加工精度信息;最后,提出了基于图形制导的数模匹配原则以提高数字化模型与参考模型的对齐精度,采用3种方法降低数据处理误差。结果表明,变截面涡旋盘的加工精度和形位公差符合要求,为复杂型面机械产品加工精度诊断提供了准确、快捷和直观的方法。     

非正交FBG柔杆空间形状重构误差分析及标定

为了提高FBG柔杆空间形状感知系统的重构精度,提出了一种利用3根FBG阵列、具有温度补偿特性的非正交FBG柔杆检测方法。在分析传感系统的误差组成、产生原因的基础上,建立仿真模型得到了各组成误差分别对系统空间形状重构精度的影响,得出减小安装角度误差是提升精度的关键。利用待标定参数与标定方向与实际检测方向夹角大小相关的原理,给出了一种修正安装角度误差的标定方法。经过实验证明,该方法使得系统形状重构最大相对误差降为0.25%,为高精度的三维形状感知系统提供了可靠的检测方法。     

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。     

集成形状比较技术的产品实例检索研究

为有效地缩短新产品的开发周期,提出了集成形状比较技术的产品实例检索的框架.根据形状分布方法,对零部件三维模型进行相似性度量,采用模糊C均值聚类算法对已有产品实例的三维模型进行聚类.三维模型的类别形成高维的欧式空间,从而提出采用向量空间模型表达产品实例.给出了实例库建立和实例检索的过程.实验研究表明,该方法应用到具体设计领域,可以提高基于实例设计的自动化程度和检索的准确度.