基于蚁群算法的三维CAD模型检索

为了更好地实现CAD模型的重用,提出一种利用蚁群算法的三维CAD模型检索算法.通过提取CAD模型的B-rep信息,将模型用属性邻接图来表示;根据如果2个CAD模型存在相似的特征或局部结构,那么CAD模型对应的属性邻接图就应存在公共子图这一原理,利用蚁群算法来检测属性邻接图中的公共子图,从而得到2个CAD模型相似的局部细节特征;然后通过比较相似局部细节特征对CAD模型进行相似性评价.实验结果表明,该算法能较好地实现三维CAD模型检索,检索性能高于通用领域的检索算法,可以实现CAD模型设计和制造知识的重用.     

基于子图同构的三维CAD模型局部匹配

针对整体相似性检索算法无法实施精确的局部结构匹配的问题,提出一种基于子图同构的三维CAD模型局部结构匹配算法.该算法通过提取CAD模型的B-Rep信息,将其表示为以面作为节点的属性邻接图.在局部匹配过程中,用户输入的局部结构被表示成"子图".待匹配的整体CAD模型被表示成"大图";则在整体CAD模型中.检索局部结构的问题就被转换成在"大图"中寻找同构"子图"的问题.子图同构是NP完全问题,通过利用CAD模型的面特征将图顶点有效细分,并利用已匹配顶点之间的邻接关系动态裁剪搜索空间,实现了快速的同构匹配.实验结果表明,该算法能实现精确的局部结构匹配,并且检索效率能满足实际应用要求.     

基于回转面归并的CAD模型局部检索算法

针对不同CAD系统对包含回转面的同一零件的B-rep模型表示存在拓扑和几何上的差异,导致基于图匹配的三维CAD模型局部检索不能有效检索局部结构这一问题,提出一种基于回转面归并的局部检索算法。首先从用户输入的局部结构和待匹配的CAD模型中识别出由两个半面组成的回转面,利用欧拉操作将两个半面归并成一个整面。然后分别建立局部结构和待匹配的CAD模型的属性邻接图,则局部检索问题被转换成子图同构问题。最后利用CAD模型的面特征将图顶点有效地细分,并根据已匹配顶点之间的邻接关系动态裁剪搜索空间,实现了快速的同构匹配。实验结果表明,该算法能消除不同CAD系统生成模型的拓扑异构,实现局部结构的准确匹配,并且检索的效率满足实际要求。     

基于面上下文码匹配的CAD模型检索方法

为弥补现有的基于图的形状描述应用图匹配或子图匹配实现CAD模型检索时,存在着检索效率低下或检索结果不够准确的缺陷,提出一种基于面上下文码匹配的CAD模型检索方法。提取CAD模型的B-rep信息生成面属性邻接图;依据面的上下文邻接关系,将模型面属性邻接图转化为上下文层状面属性邻接图,生成面上下文码;由检索模型与数据库模型的面上下文码匹配排除筛选不匹配的面,得到与检索模型相匹配的面。实验结果表明,该方法能够实现CAD模型的整体和局部检索,并且检索效率和精准程度能够满足实际需要。     

采用图分解的特征识别算法研究

CAD/CAE模型转换,其关键在于如何将模型分解为最简单元,这些单元往往具有相近的网格划分属性,可以方便估计计算误差和计算时间。基于此提出了基于图分解的特征识别算法,对属性邻接图进行分解,根据分解后的属性邻接图中的连通分量生成体特征。该算法不再局限于特征类型,只要合理控制顶点的可分解性判断就可以得到期望的模型分解结果;同时该算法可以获得体特征,使得可以在特征这一粒度上进行特征删除和替换,以方便地完成模型的简化。     

基于零件特征关注度的夹具实例相似性检索方法

针对传统夹具实例检索方法的不足和三维模型检索的局限性,提出一种对于零件几何形状的零件特征关注度模型表示方法及生成该模型的方法,并给出了根据零件特征关注度模型进行夹具实例检索的算法.根据B-rep实体表示方法构造零件属性邻接图,通过特征提取算法获得零件的特征并计算特征关注度,形成关注度模型.在零件特征关注度模型的基础上,利用非精确图匹配算法匹配零件关注度模型,并应用于夹具设计实例检索过程中.应用证明,该算法可以满足工程应用的需求.     

面向非线性特征的三维CAD模型聚类

拓扑结构是三维CAD模型的关键属性,其对应的描述符为图、树等非线性结构.针对现有聚类算法无法有效对这些非线性描述符聚类的问题,提出一种面向非线性特征的三维CAD模型聚类算法.首先将各类非线性特征统一表征为属性图,定义属性图序列的距离矩阵;然后以距离矩阵为输入,利用非线性凝聚层次聚类算法实现属性图的聚类;最后以聚类结果为学习样本,引入增量模型的动态归类方法归类新增模式,实现三维CAD模型可重用区域的有效聚类.理论分析及实验结果表明了该算法的有效性.     

鱼群启发的三维CAD模型聚类与检索

为了提高三维CAD模型检索中模型的局部细节区别能力以及检索效率,提出一种鱼群启发的三维CAD模型聚类及检索方法.依据B-Rep形式CAD模型的属性邻接图以及图谱理论,采用一种融合空间邻接关系的词袋模式作为模型的特征描述子,用于模型聚类与检索中的特征描述及相似性计算;针对模型聚类问题,受鱼群运动模式启发,提出基于全局公告信息引导及模糊c均值修正的人工鱼群聚类算法,将模型库空间聚类划分为若干子空间;模型检索采取两层检索机制:首先通过隶属度函数将索引模型定位至相应搜索子空间,然后在较小的子空间内进行相似性比较.实验结果表明,该方法的特征描述子能较好地区别模型局部细节特征,模型库聚类效果较好,检索质量和效率均有明显提高,可有效地支持CAD模型的重用.     

三维装配模型共性结构发掘方法

为了更好地利用三维装配模型可重用的共性结构信息,减少重复性的劳动,缩短产品的开发周期,提出一种三维装配模型共性结构发掘方法.首先,以三维装配模型各零件的属性邻接图为基础,保持装配特征属性信息,简化非装配特征属性信息,形成属性化装配特征邻接图;然后,基于三维装配模型各零件之间的装配关系,将零件的属性化装配特征邻接图组合形成三维装配模型属性邻接图;其次,通过频繁子图挖掘算法提取三维装配模型的共性结构.最后,以一组夹具模型为例进行实例验证,结果表明该三维装配模型共性结构发掘方法能够准确有效地发掘产品中的共性结构信息,具有良好的应用效果.     

多装配接口的三维装配模型检索方法

针对三维模型装配时存在的多接口连接方式,提出一种多装配接口的三维装配模型检索方法.首先对三维装配模型进行属性邻接图的表达,并根据装配体零件之间的接口配合关系定义共轭子图;然后针对装配模型构成的图集进行图顶点的序列化,降低顶点匹配过程中的遍历次数;在此基础上,将装配模型的检索转化成查找符合共轭子图的属性邻接图,通过装配模型属性邻接图的图集进行模型检索;最后对频繁子图挖掘方法进行改进,提取出满足多装配接口的三维装配模型.实验结果表明,该方法能够实现多装配接口的三维装配模型检索,可以提取出设计人员所需的三维模型,提高产品的设计效率.     

机械加工MBD毛坯模型的特征识别设计方法

为了解决基于模型的定义(MBD)环境下机械加工毛坯辅助设计问题,采用特征识别技术辅助创建三维毛坯模型.首先分析了机械加工工艺设计环节MBD毛坯模型的组成要素与模型要求,并建立零件模型的属性面邻接图;根据零件模型上加工特征的特点划分简单特征、体积特征和表面特征;通过属性面邻接子图的模式从特征集合中识别出简单特征与体积特征,并利用补特征法与半空间法抑制这2种特征;最后,根据工艺员输入的表面加工余量创建抑制表面特征的实体.在整个毛坯设计推理过程中研究了三维制造标注的维护方法,最终达到辅助工艺员快速设计MBD毛坯模型的目的.     

三维工序模型几何演变序列的相似性度量

针对传统的基于"相似零件结构有相似工艺"准则的知识检索方法造成知识重用粒度大等缺点,提出一种基于三维工序模型序列演变过程的工艺相似性度量方法.首先利用具有仿射不变性的一组物理特征量,即形状描述元,表达三维工序模型几何形状的特征值;然后通过比较形状描述元的差异获取三维工序模型序列中发生几何变化的体素;再由发生几何变化的体素构建相邻两道工序模型之间几何变化的属性邻接图,并利用属性邻接图所构成的序列表达工序模型几何演变过程;最后通过度量属性邻接图序列之间的相似性实现工艺相似性度量方法,实例结果表明,该方法是有效的.     

基于非精确图匹配的CAD模型搜索方法

为了弥补现有的三维CAD模型搜索方法难以搜索到不同近似程度的相似模型的缺陷,提出一种基于面属性化邻接图非精确匹配的CAD模型搜索方法.首先提取CAD模型中的B-rep信息将CAD模型转化为面属性化邻接图;然后计算目标模型与被搜索模型的面属性化邻接图之间的顶点相容程度矩阵和边相容程度矩阵,并由此建立2个模型相似程度的度量作为选择不同顶点匹配矩阵M的优化目标函数;在对匹配矩阵M进行连续化松弛后,运用Sinkhorn行列交替规范化方法求解匹配优化问题.实验结果表明,采用该方法能够搜索到不同近似程度的相似模型;并且由于避免了具有NP复杂性的精确图匹配过程,检索效率也能满足实际要求.     

CAD模型自动语义标注

为了解决基于关键字检索方式难以获得符合设计意图的CAD模型的问题,通过对CAD模型自动添加语义标签来改进传统关键字方式检索CAD模型的准确性.首先提出一种利用属性图比较CAD模型形状相似性的算法,根据图的邻接矩阵及顶点属性构造图顶点集的序列,通过动态编程方法求出图的最大公共子图,得到CAD模型之间的形状相似度;然后根据求出的未知模型与已知模型之间的形状相似度,利用概率方法实现对未知模型的自动语义标注.实验结果表明,采用文中方法可以使基于关键字的检索方法具有搜索形状相似模型的功能,在很大程度上改进了传统关键字方式检索CAD模型的准确性.     

复杂结构件CAD模型碎面缺陷自动识别与修正方法

针对复杂结构件数模中常存在碎面缺陷,易导致零件在数控加工自动编程时出现特征识别错误、特征提取困难等问题,提出基于属性邻接图的自动识别与修正方法.首先分析复杂结构件碎面缺陷的特征,给出碎面缺陷的定义;然后建立结构件CAD模型的有效属性邻接图,计算面和边的属性并对图中元素赋值,识别碎面缺陷;再根据碎面的几何类型和几何参数构造相应类型的基面,并对基面进行拟合完成碎面缺陷的修正;最后给出文中方法的实现流程并开发了相应的算法,结合实例证明了该方法的正确性和有效性.文中算法已在CATIA V5平台上实现,并集成在飞机复杂结构件快速数控编程系统中,应用于实际生产,取得了良好的效果.     

三维CAD模型公共可重用局部结构自动提取

为了更好地实现CAD模型的重用,提出一种面向CAD模型的自动识别和提取公共可重用局部结构算法.首先将CAD模型用属性化特征邻接图来表示;将公共可重用局部结构的提取转化成频繁子图挖掘问题来解决,通过候选产生、候选剪枝、频繁度计数及后处理等步骤来实现可重用局部结构的提取.实验结果表明,该算法可以实现隐含在外形完全不同的CAD模型中的、不易被发现的局部结构的提取,由于在提取的过程中运用了多种优化算法,因此算法的效率可满足工程应用中的需求.     

反向工程中三角网格的加工特征识别

为实现反向工程中的特征重构,提出一种在三角网格上由Morse-Smale复形转换为分割面属性邻接图进行加工特征提取的算法.首先通过移动最小二乘曲面法计算网格顶点曲率,构建曲率特性指标函数,消除因网格连接引起的误差,达到降噪的作用;然后在三角网格上建立和简化Morse-Smale复形,精确提取特征线,将网格分割为边界清晰连续的区域,并获得各区域的邻接关系;最后判断关键点和特征线的性质,将Morse-Smale复形直接转换为分割面属性邻接图进行加工特征识别.实验结果表明,该算法准确、高效,而且不需要人工干预,对于反向工程中大规模、带噪声的网格具有较好的识别效果.     

三维CAD模型局部结构检索属性图算法

由用户交互式地选择欲检索的模型局部结构,并自动生成该局部结构的属性图;然后取出三维CAD模型库中每个待检索模型,根据模型的B-rep表示过滤出其中与欲检索局部结构组成面相似的面,通过删除不相关面,有效地将可能相似的局部结构从待检索模型中分离出来;最后利用图论中二分图最优匹配算法计算出模型中分离出的结构和欲检索局部结构的相似系数,并将该相似系数作为实现模型局部相似性检索的依据.实验表明,该算法能够实现CAD模型局部结构检索,并与人视觉上的相似性判断基本一致.     

可制造性驱动的三维CAD模型相交制造特征识别方法

为了实现CAD/CAPP/CAM系统的有效集成,提出一种可制造性驱动的三维CAD模型相交制造特征识别方法.首先通过启发式规则对加工面进行可达性分析,计算加工面可行刀具轴向空间;然后采用融合制造语义的加工面聚类算法构建加工区域子图;最后以加工区域子图为制造特征痕迹,结合标注语义信息对加工区域子图进行优化合并,从而实现制造特征的识别.实验结果表明,该方法能够有效地实现复杂相交制造特征和复杂零件的制造特征识别,制造特征识别性能可满足工程应用中的需求.     

面向设计意图不变的三维CAD模型重用方法

为了解决目前检索到的三维CAD模型难以重用的问题,提出一种针对B-rep表示的CAD模型重用方法.首先提出一种自动识别B-rep模型中对称特征的算法,依据面的属性对B-rep模型所有的面进行排序,将具有相同属性的面分为一类,并通过不同类之间的合并形成B-rep模型中的对称特征,同时提取该对称特征的约束知识;然后交互式地定义B-rep模型的其他特征,使B-rep模型中的任一面都属于模型的某一特征(主形状特征或局部形状特征);最后以B-rep模型的主形状特征为特征树的根节点,依据特征之间的邻接关系逐次递归地建立特征之间的依赖关系,并自动创建B-rep模型的特征树.与NXTM同步建模方法进行比较的实验结果表明,文中方法利用模型高层次的设计知识重用已有模型,使模型在修改过程中始终保持原有的设计意图,在模型的重用过程中具有一定的优越性.