專利名稱：基于體空間拓撲約束的三維cad模型形狀比較方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維CAD模型形狀比較方法，特別涉及一種基于體空間拓撲 約束的三維CAD模型形狀比較方法。
背景技術(shù)：
隨著3D圖形硬件成本的降低和技術(shù)的成熟，三維CAD設(shè)計技術(shù)在機械、制 造、建筑、電子、化工、服裝乃至廣告等眾多領(lǐng)域中得到快速發(fā)展和應(yīng)用。據(jù)統(tǒng) 計，近年來模具制造工業(yè)中3D CAD建模已占80%左右。
三維CAD模型在數(shù)量及復(fù)雜性上迅速增加的同時，三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)的復(fù)用問題 逐步出現(xiàn)。 一般而言，設(shè)計者平均花費60%的工作時間用于產(chǎn)品信息的檢索。Gunn 則進一步指出，進行新產(chǎn)品設(shè)計時，僅約20%來自真正的創(chuàng)新，40%可從現(xiàn)有設(shè) 計獲取，另外40%則可在修改現(xiàn)有設(shè)計的基礎(chǔ)上獲得。Ullman認為，超過75%的 新設(shè)計包含著對以往設(shè)計知識的復(fù)用。產(chǎn)品復(fù)用已成為CAD領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題。 三維形狀檢索(3D shape searching)是解決三維產(chǎn)品復(fù)用的有效途徑。根據(jù)Kendall 的定義，三維形狀檢索是指"在大型三維模型數(shù)據(jù)庫中計算三維形狀之間的相似 度"。深入研究三維CAD模型的檢索機制，必然有助于促進三維CAD技術(shù)深化應(yīng) 用、提高三維CAD設(shè)計的自動化水平、加快產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)，具有重要的理論意義 和實際應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有CAD模型形狀比較時三維形狀特征難于
直觀表示與比較的不足，提供一種通過模型規(guī)范化并切割為簡單體后，經(jīng)由各簡
單體間的6-鄰域及18-鄰域體空間拓撲約束比較來計算其形狀近似度的基于體空間 拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方法。
技術(shù)方案為了達到上述目的，解決現(xiàn)有表示方法的缺陷，本發(fā)明提供了一 種基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方法，該方法包括以下步驟
步驟l，輸入待比較的兩個STEP格式三維CAD模型^及5，判斷其對應(yīng)的 體空間拓撲約束表示是否均已生成，如果判斷結(jié)果為是轉(zhuǎn)步驟12;
步驟2，讀取三維CAD模型中的底層幾何數(shù)據(jù)，并執(zhí)行CAD模型的補齊操
作；
步驟3，讀取補齊后的CAD模型并執(zhí)行填充操作；
步驟4，讀取補齊、填充后的CAD模型并執(zhí)行成組操作，在此基礎(chǔ)上得到模 型的規(guī)范化表示；
步驟5，訪問規(guī)范化后的三維CAD模型的特征邊及特征面，通過特征邊及特征面的切割操作，將CAD模型進一步分割至一組預(yù)定義簡單體；
步驟6,逐一訪問分割后所得的各簡單體；若遍歷結(jié)束，則轉(zhuǎn)步驟11;若遍
歷沒有結(jié)束，則進行步驟7; 步驟7，通過公式
& ") = ",X = i，" = "， Z}
計算各簡單體的6鄰域三維空間劃分；其中AI為坐標軸X、 Y及Z方向， )為s,包圍盒沿w的頂面面積，J(Pro厶力""))為沿"、由》到s,投影重疊面的面積；
步驟8，根據(jù)體分割所得各簡單體之間的6鄰域空間邊連接或面連接關(guān)系，生 成各簡單體6鄰域拓撲空間約束表，并得到CAD模型的6鄰域空間拓撲約束表示；
步驟9，遍歷體分割所得的各簡單體，計算該簡單體的18鄰域三維空間劃分；
步驟10,根據(jù)體分割所得各簡單體之間的18鄰J^間關(guān)系，生成各簡單體 18鄰域拓撲空間約束表，并得到CAD模型的18鄰域空間拓撲約束表示，返回步 驟6;
步驟ll，檢査所輸入CAD模型的體空間拓撲約束表示是否均已生成，若判斷 結(jié)果為否，則轉(zhuǎn)步驟2;
步驟12，計算兩個模型的6鄰域、18鄰域空間拓撲約束表示的近似度； 步驟13，返回所輸入的三維CAD模型形狀之間的近似度，并返回步驟l。 其中，步驟2所述的底層幾何數(shù)據(jù)進一步包括頂點、直線邊、弧形邊、B樣 條曲線邊、平面、圓柱、B樣條曲面、球面、回路。
在本發(fā)明方法中，步驟2、 3、 4用以從三個角度對復(fù)雜三維CAD模型進行規(guī) 范化，即以補齊操作將CAD模型中各類圓柱形凹面及斜面連接轉(zhuǎn)換為平面連接， 以填充操作將CAD模型中的洞、槽等特征填充后移除，以成組操作在CAD模型 面、邊連接圖基礎(chǔ)上，搜索并移除一組具有相同的面邊連接幾何約束的圖元。規(guī) 范化CAD模型的過程，同時也是三維CAD模型的簡化過程，以消除復(fù)雜模型中 的特點曲線、曲面、洞、槽、齒等特征。三維CAD模型通過特征面或特征邊切割 后，轉(zhuǎn)換為一組預(yù)定義簡單體。預(yù)定義簡單體的類型包括長方體、圓柱體、四面 體、圓錐體。
所述CAD模型的面、邊連接圖，是讀取補齊與填充后的CAD模型，將其中 的模型面、模型邊轉(zhuǎn)換為連接圖節(jié)點，模型面與模型面、模型面與模型邊、模型 邊與模型邊若存在連接、相交關(guān)系，則將其轉(zhuǎn)換為連接圖中的邊所得到的圖。
在本發(fā)明方法中，步驟5所述的特征邊為規(guī)范化后的CAD模型中的凹邊，特征面為特征邊所在的平面。特征邊可通過搜索所有共享邊、并判斷該邊凹凸性來 判斷，之后選取該特征邊所在的某特征面作為切割面，完成規(guī)范化后的CAD模型 的分割，以得到一組簡單體。
在本發(fā)明方法中，為了進一步提取與精確表示CAD模型內(nèi)部各組成成分的空 間三維拓撲約束關(guān)系，提供一種基于簡單體空間6-鄰域及18-鄰域劃分的拓撲約束 表示方法。6-鄰域空間劃分根據(jù)各簡單體的長方體包圍盒上、下、左、右、前、后 六個方向完成劃分，18-鄰域空間劃分根據(jù)各簡單體的長方體包圍盒上、下、左、 右、前、后六個方向及十二個對角線方向完成劃分。在6-鄰域及18-鄰域空間劃分 的基礎(chǔ)上，可對每個分割出的簡單體搜索其6-鄰域及18-鄰域空間，若某鄰域存在 其它簡單體，則在6-鄰域或18-鄰域拓撲約束表的對應(yīng)位置上記錄"1",否則記錄 "0"。各簡單體拓撲約束表生成后，該CAD模型內(nèi)部組成成分之間的空間拓撲約 束關(guān)系亦同時可精確表示。
步驟6、 7、 8訪問各簡單體并生成其6-鄰域空間拓撲約束表，步驟9、 10訪 問各簡單體并生成其18-鄰域空間拓撲約束表。每個簡單體的6-鄰域空間拓撲約束 表僅需6個二進位來表示，18-鄰域空間拓撲約束表僅需18個二進位來表示，合計 3字節(jié)。 一般即使復(fù)雜三維CAD模型，其在規(guī)范化后分割所得到的簡單體數(shù)目也 較有限，因此其拓撲約束表示數(shù)據(jù)量較小、同時表示精確。
步驟12計算模型各簡單體間的6-鄰域及18-鄰域體拓撲空間約束近似度，其 中6-鄰域體拓撲空間約束近似度計算公式為
&'附6—ssT ,》B ) = *^附6_557 ， *^ )
2O&附啤o 6 (4, 4 ) + (1 —份)^附鄉(xiāng)e (4 , "4》
其中所輸入的CAD模型為&及&, S^及Ss分別規(guī)范化后的模型，且Sj分 割為簡單體組(/払"u:^)， ^分割為簡單體組0y肌^2…"w)。 w為三維形狀 比較時的拓撲因子，取值為0.8。各簡單體的6-鄰域體拓撲約束表基礎(chǔ)上的近似度 比較方法是
，—6 (^!jt' S股)=
_^_* _^_其中S77V^是簡單體^屈的6-鄰域體拓撲空間約束表；各簡單體的形狀近似
度比較方法是
max(M，A0
(4* ， 4)=——一—…r、 * s—o羞,4)
其中，若兩個簡單體形狀相同，則其形狀相似度函數(shù)w"戸(4,^)取i,否
則取o。
類似地，18-鄰域近似度計算公式為
S—8一ssr ， *^丑)=》附i8—ssr ， *^ )
Z(" 18 O羞，《4 ) + (1 -必)&H— (4 , SM ))
其中所輸入的CAD模型為&及&， Sj及Ss分別規(guī)范化后的模型，且Sj分
割為簡單體組(^7,^2…^M)， Ss分割為簡單體組(/肌^U抓)。O)為三維形狀
比較時的拓撲因子，取值為0.8。各簡單體的18-鄰域體拓撲約束表基礎(chǔ)上的近似
度比較方法是
^附一 180》M)=
_^_* '=i戶i
max(A/,iv) s^^rT;. (/，力vOT;.
、 J說
z=l /=1
其中S77V^是簡單體/^的18-鄰域體拓撲空間約束表；各簡單體的形狀近似 度比較方法是
&>WS—e (4, S說)=-丄A,、 * , SM )
max(M， TV)
其中，若兩個簡單體形狀相同，則其形狀相似度函數(shù)^"/^(4,^)取i，否 則取o。
步驟13將所計算的近似度作為三維CAD模型近似度計算結(jié)果返回。 有益效果本發(fā)明所述的一種基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較 方法，該方法包括讀取符合STEP標準的三維CAD模型，通過補齊、填充及成組 三種操作對所給模型作規(guī)范化處理后，執(zhí)行體分割算法，將其轉(zhuǎn)換為預(yù)定義簡單體組，并生成各簡單體間的6-鄰域及18-鄰域體空間拓撲約束關(guān)系。在此基礎(chǔ)上， 通過計算各CAD模型簡單體6-鄰域及18-鄰域空間拓撲約束的近似度，來完成三 維CAD模型間的形狀比較。由于6-鄰域及18-鄰域空間拓撲約束對三維形狀描述 精確、表示緊湊，三維CAD模型的形狀比較可靠性及效率較高。本方法可用于三 維CAD模型的自動分類、檢索、索引及復(fù)用等。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做更進一步的具體說明。
圖l表示本發(fā)明的流程圖。
圖2表示一個實際的三維CAD模型。
圖3表示對應(yīng)的經(jīng)補齊、填充、成組后的規(guī)范化及簡化CAD模型。
圖4表示體切割后得到的簡單體局部示例。
圖5表示另一個切割為三個簡單體的CAD模型示例。
圖6表示一個簡單體的6-鄰域空間劃分。
圖7表示一個簡單體的18-鄰域空間劃分。
圖8表示圖5中所切分出的一個簡單體的6-鄰域空間拓撲約束表。 圖9表示圖5中所切分出的一個簡單體的18-鄰域空間拓撲約束表。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明公開了一種三維CAD模型體空間拓撲約束表示方法，該
方法包括以下步驟
步驟1、輸入STEP格式的三維CAD模型，判斷其對應(yīng)的體空間拓撲約束表 示文件是否未生成，如果判斷結(jié)果為否則返回步驟l;步驟2、若步驟l中的結(jié)果 為是，則讀取的STEP格式三維CAD模型中的底層幾何數(shù)據(jù)，并執(zhí)行CAD模型 的補齊操作；步驟3、讀取補齊后的CAD模型并執(zhí)行填充操作；步驟4、讀取補 齊、填充后的CAD模型并執(zhí)行成組操作，在此基礎(chǔ)上得到模型的規(guī)范化表示；步 驟5、訪問規(guī)范化后的三維CAD模型的特征邊及特征面，通過特征邊及特征面的 切割操作，將CAD模型進一步分割至一組預(yù)定義簡單體；步驟6、逐一訪問分割 后所得的各簡單體；若遍歷結(jié)束，則轉(zhuǎn)步驟ll;若遍歷沒有結(jié)束，則進行步驟7;
步驟7、通過公式
= A 、 ，"、、'"=1，" = XJ，Z}
計算各簡單體的6鄰域三維空間劃分；其中/l為坐標軸X、 Y及Z方向，J(5,;") 為A包圍盒沿《的頂面面積，」(iVq/; "(^))為沿《、由~到s,投影重疊面的面積；步驟8、根據(jù)體分割所得各簡單體之間的6鄰域空間邊連接或面連接關(guān)系，生 成各簡單體6鄰域拓撲空間約束表，并得到CAD模型的6鄰域空間拓撲約束表示； 步驟9、遍歷體分割所得的各簡單體，計算該簡單體的18鄰域三維空間劃分；步 驟10、根據(jù)體分割所得各簡單體之間的18鄰域空間關(guān)系，生成各簡單體18鄰域 拓撲空間約束表，并得到CAD模型的18鄰域空間拓撲約束表示，返回步驟6;步 驟ll、輸出所輸入的三維CAD模型的體空間拓撲約束表示，并轉(zhuǎn)步驟l。
為方便理解與描述，更具體地說，圖2給出了一個三維CAD模型實例。圖l 中的步驟1初始輸入為由一組底層圖元(頂點、直線、曲線、平面、曲面及環(huán)) 構(gòu)成的STEP格式的CAD模型。步驟2、 3、 4用以對復(fù)雜三維CAD模型進行規(guī) 范化，其中步驟2中的補齊操作將CAD模型中各類圓柱形凹面及斜面連接轉(zhuǎn)換為 平面連接，具體步驟是
(1) 搜索CAD模型中所有兩端與平面相連的半圓柱面集合C。根據(jù)兩端相 連平面的平行、垂直或相交、共面關(guān)系，分別將半圓柱面劃分為平行型、相交型、 共面型候選柱面；
(2) 若C不空，逐一訪問候選半圓柱面c,，對其連接平面力、A的邊分別按 逆時針及順時針排序；
(3) 按方向遍歷力、力2各邊，若某邊e〈v^ v^與c,相交， 及v"分別為邊 e的起點和終點，則根據(jù)該邊方向?qū)㈨旤cv"標記為入點或?qū)?標記為出點。分別
于入點及出點處延伸對應(yīng)邊，求出C,連接平面對應(yīng)邊的交點；
(4) 連接擴展后的交點，在入點或出點后增加圓柱。對應(yīng)底面或頂面的圓心
坐標；
(5) 刪除圓柱面連接c,并返回(2)。 步驟3中填充操作將CAD模型中的洞、槽等特征填充后移除，具體方法是
(1) 生成其面包含有向圖FCG (directed Face Containing Graph):設(shè)力和力為 沿模型主方向的兩個相鄰的平行面(其中模型主方向定義為模型中具有最多平行 面的垂直方向)，則將力和》作為節(jié)點加入FCG;若如下條件符合，則在FCG中 添加一條由力指向i的有向邊
w) 一
其中j必為面/的面積，，q/);砂為從沿力法向從力到力的重疊投影面。
(2) 以&gree的表示FCG中某節(jié)點力的出入度值，并將FCG中各節(jié)點出入
度初值設(shè)置為0;
(3) 根據(jù)節(jié)點力各邊的方向計算其出入度值若存在有向邊￡力<刀,_/ >，貝U&gree(Tt)++，即將節(jié)點力的度數(shù)加h否則若存在有向邊&<乂，力>，則
(4) 找出具有最大出入度值的兩個節(jié)點/m^及/wa^遍歷其它節(jié)點力，若存
在一條路徑; ， p即可到達/M^，亦可到達/m^，則將創(chuàng)建一個虛擬面節(jié)點KM，將 力合并入f^，并將Fm加入FCG。 K^即作為孔洞特征填充后的虛擬面節(jié)點；
(5) 沿^方向搜索/Mo^及/Mox2之間的單個面，并創(chuàng)建新的平行面，生成平行 面對以填充槽特征。
步驟4中的成組操作在CAD模型面、邊連接圖基礎(chǔ)上，搜索并移除一組具有 相同的面邊連接幾何約束的圖元。與柱面連接及孔洞等特征類似，該類特征的成 組及移除可在維持CAD模型的空間約束及拓撲結(jié)構(gòu)前提下，對"冗余"幾何信息完 成簡化描述。在補齊、填充操作完成后，成組操作可通過如下步驟實現(xiàn)1)搜索 模型中的短線段(包括短直線及曲線)；2)對短線段相連邊及相連面生成面連接 關(guān)系圖；3)匹配各短線段相關(guān)的面連接關(guān)系圖以識別重復(fù)子圖；4)組合重復(fù)子 圖并從CAD模型中移除。圖3給出了對應(yīng)于圖2的規(guī)范化后的CAD模型表示。
步驟5搜索規(guī)范化后的CAD模型中的凹邊，并從凹邊所在的平面出發(fā)完成 CAD模型分割及簡單體的生成。通過特征邊及特征面實現(xiàn)的體切割步驟為
(1) 按序遍歷CAD模型M中的各面乂中的頂點，找到其中凹點并放入對應(yīng) 于該面的點集CP;
(2) 搜索并匹配各面的凹點點集，若面乂上的凹點CA與面》上的凹點c^連
線為模型邊，則標志該邊(c/7,，c乃)為切割邊；
(3) 搜索(c^，c乃)端點處其它相連邊，延長其中最長相連邊以與對邊求交點， 逆時針排序后生成新面/旨；
(4) 從/ ^出發(fā)搜索各模型面，得到包含/^w的最小閉合體s^w若^^屬 于預(yù)定義簡單體類型，則生成其長方體包圍盒BO^^w)，加入分割體集合i ，并 從M中刪除5/n^;否則重復(fù)(4)以搜索其它包含/，的閉合體；
(5) 重復(fù)步驟(1)至步驟(4)直至無新的切割邊生成。 圖4給出了規(guī)范化后的CAD模型體分割的示例(局部)，其中各簡單體均為
長方體。
步驟6、 7、 8訪問各簡單體并生成其6-鄰域空間拓撲約束表，其約束關(guān)系可 定義為
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中 為坐標軸X、 Y及Z方向，w)為s,包圍盒沿w的頂面面積，X(iVq/;， ""))為沿w、由》.到A投影重疊面的面積。圖5給出了另一個切割為三個簡單體(&、 &、 Sc)的CAD模型的示例，其中簡單體&的6-鄰域空間劃分如圖6所示。 步驟9、 10訪問各簡單體并生成其18-鄰域空間拓撲約束表，圖7給出了對應(yīng)于圖 5中簡單體Sc的18-鄰域空間劃分。根據(jù)簡單體Sc的6-鄰域空間劃分及其與另外 兩個簡單體&、 Ss的6-鄰域空間相交或連接關(guān)系，其6-鄰域空間拓撲約束表可如 圖8表示。類似地，圖9給出了 &的18-鄰域空間拓撲約束表。每個簡單體的6-鄰域空間拓撲約束表僅需6個二進位來表示，18-鄰域空間拓撲約束表僅需18個二 進位來表示，合計3字節(jié)。 一般即使復(fù)雜三維CAD模型，其在規(guī)范化后分割所得 到的簡單體數(shù)目也較有限，因此其拓撲約束表示數(shù)據(jù)量較小、同時表示精確。
步驟12計算模型各簡單體間的6-鄰域及18-鄰域體拓撲空間約束近似度，其 中6-鄰域體拓撲空間約束近似度計算公式為
max(M，AQ
Z (威 。6 (4,4)+(1 - ")&附,一 o屋,4))
其中所輸入的CAD模型為&及&， S^及Sfl分別規(guī)范化后的模型，且A分
割為簡單體組(^7，^2…/,)， Ss分割為簡單體組(J肌^U抓)。w為三維形狀
比較時的拓撲因子，其取值范圍為[O，l]，本發(fā)明中取0.8，即在拓撲比較基礎(chǔ)上， 同時考慮各簡單體形狀之間的對比關(guān)系。各簡單體的6-鄰域體拓撲約束表基礎(chǔ)上 的近似度比較方法是
_^_承_
' =1 &
其中S77V^是簡單體sa的6-鄰域體拓撲空間約束表；各簡單體的形狀近似 度比較方法是
&>^宇(4 ， s朋)=—丄An * Wa戸0^, 4)
其中，若兩個簡單體形狀相同，則其形狀相似度函數(shù)^"/ e(4,^)取l，否 則取O。
類似地，18-鄰域近似度計算公式為<formula>formula see original document page 14</formula>
其中所輸入的CAD模型為&及SB， S'a及Ss分別規(guī)范化后的模型，且&分 割為簡單體組(/^，"Ui)， Ss分割為簡單體組(/^，/^…/抓)?！稙槿S形狀 比較時的拓撲因子，取值為0.8。各簡單體的18-鄰域體拓撲約束表基礎(chǔ)上的近似 度比較方法是
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中S77V^是簡單體^^的18-鄰域體拓撲空間約束表；各簡單體的形狀近似 度比較方法是
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，若兩個簡單體形狀相同，則其形狀相似度函數(shù)""戸c4,4)取i，否
則取0。
在比較三維CAD模型時，步驟12既考慮了其內(nèi)部空間拓撲約束關(guān)系，也按
比較了各簡單體形狀。該方法對三維模型比較具有平移、縮放不變性，同時在對 簡單體空間拓撲約束表排序基礎(chǔ)上進行比較，亦具有旋轉(zhuǎn)不變性。此外，由于模
型三維空間描述精確、表示緊湊，比較效率也較高。
步驟13將所計算的近似度作為三維CAD模型近似度計算結(jié)果返回。 本發(fā)明提供了一種基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方法的思路 及方法，具體實現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實 施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理 的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的 保護范圍。本實施例中未明確的各組成部份均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)輸入待比較的兩個STEP格式三維CAD模型A及模型B，判斷其對應(yīng)的體空間拓撲約束表示是否均已生成，如果判斷結(jié)果為是轉(zhuǎn)步驟(12)；(2)讀取三維CAD模型中的底層幾何數(shù)據(jù)，并執(zhí)行CAD模型的補齊操作；(3)讀取補齊后的CAD模型并執(zhí)行填充操作；(4)讀取補齊、填充后的CAD模型并執(zhí)行成組操作，并得到模型的規(guī)范化表示；(5)訪問規(guī)范化后的三維CAD模型的特征邊及特征面，通過特征邊及特征面的切割操作，將CAD模型進一步分割至一組預(yù)定義簡單體；(6)逐一訪問分割后所得的各簡單體，若遍歷結(jié)束，則轉(zhuǎn)步驟(11)，若遍歷沒有結(jié)束，則進行步驟(7)；(7)通過公式計算各簡單體的6鄰域三維空間劃分；其中n為坐標軸X、Y及Z方向，A(si，n)為si包圍盒沿n的頂面面積，A(Projsj，n(si))為沿n、由sj到si投影重疊面的面積；(8)根據(jù)體分割所得各簡單體之間的6鄰域空間邊連接或面連接關(guān)系，生成各簡單體6鄰域拓撲空間約束表，并得到CAD模型的6鄰域空間拓撲約束表示；(9)遍歷體分割所得的各簡單體，計算該簡單體的18鄰域三維空間劃分；(10)根據(jù)體分割所得各簡單體之間的18鄰域空間關(guān)系，生成各簡單體18鄰域拓撲空間約束表，并得到CAD模型的18鄰域空間拓撲約束表示，返回步驟(6)；(11)檢查所輸入CAD模型的體空間拓撲約束表示是否均已生成，若判斷結(jié)果為否，則轉(zhuǎn)步驟(2)；(12)計算兩個模型的6鄰域、18鄰域空間拓撲約束表示的近似度；(13)返回所輸入的三維CAD模型形狀之間的近似度，并返回步驟(1)。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方法， 所述補齊操作為規(guī)范化CAD模型中的圓柱形凹面及斜面兩類特征，即補齊操作 將CAD模型中各類圓柱形凹面及斜面連接轉(zhuǎn)換為平面連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方法， 所述填充操作用于將CAD模型中洞、槽填充并移除以規(guī)范化CAD模型表示。
4、 如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方法， 所述成組操作在CAD模型的面、邊連接圖中，搜索并移除一組具有相同的面邊 連接幾何約束的圖元。
5、 如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方 法，其中預(yù)定義簡單體的類型包括長方體、圓柱體、四面體、圓錐體。
6、 如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方 法，其中6鄰域空間劃分根據(jù)各簡單體的長方體包圍盒上、下、左、右、前、后 六個方向劃分。
7、 如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方 法，其中18鄰域空間劃分根據(jù)各簡單體的長方體包圍盒上、下、左、右、前、 后六個方向及十二個對角線方向完成劃分。
8、 如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方 法，其中CAD模型轉(zhuǎn)換為一組簡單體后，其中任一簡單體的空間體拓撲約束可 根據(jù)其與該組內(nèi)其它簡單體空間投影重疊關(guān)系生成,并表示為一張六連通表和一張十八連通體拓撲約束表。
9、 如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方 法，步驟(12)中所述CAD模型的6-鄰域近似度計算公式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中&及&為所輸入的CAD模型，S^及Ss分別規(guī)范化后的模型，且S'^分割為簡單體組(^,^2…S，)， S'B分割為簡單體組(^，^2…S抓)；《為三維形狀比較時的拓撲因子，取值為0.8;各簡單體的6-鄰域體拓撲約束表基礎(chǔ)上的 近似度比較方法是:一，_々"助)=其中S77V屈是簡單體/屈的6-鄰域體拓撲空間約束表；各簡單體的形狀近 似度比較方法是(4 ， 4 )=-丄An * ，;)其中，若兩個簡單體形狀相同，則其形狀相似度函數(shù)s/^;^Cs屋,s說)取i， 否則取o。
10、如權(quán)利要求1所述的基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方 法，步驟(12)中所述CAD模型的18-鄰域近似度計算公式為<formula>formula see original document page 4</formula>其中所輸入的CAD模型為&及&， S^及Ss分別規(guī)范化后的模型，且S'^ 分割為簡單體組(^7,^2..."M)， Sfl分割為簡單體組(s肌/^.../柳)；《為三維 形狀比較時的拓撲因子，取值為0.8;各簡單體的18-鄰域體拓撲約束表基礎(chǔ)上 的近似度比較方法是<formula>formula see original document page 4</formula>其中S7T^是簡單體^A的18-鄰域體拓撲空間約束表；各簡單體的形狀近 似度比較方法是S/附A， (4 , ^ J =-丄An * W叩eO屈，"4 )其中，若兩個簡單體形狀相同，則其形狀相似度函數(shù)Wa/^(4,^J取l， 否則取0。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于體空間拓撲約束的三維CAD模型形狀比較方法，該方法包括讀取符合STEP標準的三維CAD模型，通過補齊、填充及成組三種操作對所給模型作規(guī)范化處理后，執(zhí)行體分割算法，將其轉(zhuǎn)換為預(yù)定義簡單體組，并生成各簡單體間的6-鄰域及18-鄰域體空間拓撲約束關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，通過計算各CAD模型簡單體6-鄰域及18-鄰域空間拓撲約束的近似度，來完成三維CAD模型間的形狀比較。由于6-鄰域及18-鄰域空間拓撲約束對三維形狀描述精確、表示緊湊，三維CAD模型的形狀比較可靠及效率較高。本方法可用于三維CAD模型的自動分類、檢索、索引及復(fù)用等。
文檔編號G06T19/00GK101447094SQ20081024290
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者通 路 申請人:南京大學(xué)