【摘要】：以體素構(gòu)造三維模型原理為基礎(chǔ),闡述了體素的幾何信息和體素間的拓?fù)潢P(guān)系及基準(zhǔn)問題,建立了三維模型特征提取函數(shù),并對其旋轉(zhuǎn)、平移和尺寸變化進(jìn)行了經(jīng)典不變矩處理,提出了一種基于體素構(gòu)造和遺傳算法的三維模型檢索方法。該方法通過對遺傳信息編碼,以及迭代中的遺傳信息交叉與變異,減小了檢索區(qū)域的收斂速度,提高了檢索準(zhǔn)確率和檢索速度。
【圖文】：

圓環(huán)體：圓環(huán)體中心圓半徑r6，截面圓半徑r7，基準(zhǔn)為中心圓半徑所在的圓心。1.2三維模型拓?fù)湫畔⑻卣鞲鶕?jù)具體三維模型的結(jié)構(gòu)特點，將孤立的體素進(jìn)行有效地組合，確定體素之間的相對位置關(guān)系和具體體素數(shù)量。為了有序地組合基本體素，形成有實際需求的具體三維模型，需要引入布爾運算。在建模過程中，布爾運算是通過對2個及2個以上的體素進(jìn)行并集、差集、交集運算，從而得到新的模型。一般采用布爾運算的樹狀結(jié)構(gòu)圖來形象、直觀地表現(xiàn)三維模型各個體素間的數(shù)量關(guān)系及拓?fù)潢P(guān)系[4]。三維模型樹狀結(jié)構(gòu)示例如圖1所示。圖1三維模型樹狀結(jié)構(gòu)根據(jù)上述體素的布爾運算，可得到體素與復(fù)雜三維模型的關(guān)系——體素拓?fù)潢P(guān)系樹P={P1，P2，…，Pi，…，Pn 1}T(1)其中，Pi為描述基于三維模型樹狀結(jié)構(gòu)圖中第i個體素和第i 1個體素的拓?fù)潢P(guān)系子向量。在確定了體素組合關(guān)系的基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步確定各體素基準(zhǔn)點相對于三維模型的具體位置。體素基準(zhǔn)關(guān)系包含拓?fù)潢P(guān)系特征的各個體素基準(zhǔn)向量，其表示為D={D1，D2，…，Dj，…，Dk 1，Dk}T(2)Dj={x，y，z}(3)根據(jù)上文所述，體素拓?fù)潢P(guān)系樹P與體素基準(zhǔn)關(guān)系D共同決定了三維模型拓?fù)湫畔⑻卣鳌?三維模型特征提取在三維模型特征提取過程中，定義三維模型的幾何信息特征為X，拓?fù)湫畔⑻卣鳛閅。因此，三維模型的特征信息可以描述為關(guān)于幾何特征信息X和拓?fù)涮卣餍畔的函數(shù)F(X,Y)。在統(tǒng)計學(xué)中矩用來表示隨機(jī)變量的分布情況，而在物理學(xué)中用來表示物體在三維空間中的分布位置。如果把三維模型看作是體素在三維空間中帶有布爾運算的有序分布，那么三維模型的特征就可以用矩來描述[5]。F(X,Y)的n+m階矩定義為

變異操作，獲得新的遺傳信息后轉(zhuǎn)向步驟4；步驟9.輸出最優(yōu)的中心矩參數(shù)ρmn，進(jìn)而得到最優(yōu)三維模型幾何信息和拓?fù)湫畔�，然后對零件庫中的三維模型進(jìn)行測試以獲得最優(yōu)檢索結(jié)果[10]。4應(yīng)用實例與對比分析三維模型檢索實驗是在OpenCASCADE平臺下的CAD三維模型庫中進(jìn)行的，檢索資源涉及到500多個三維模型。選擇庫中的一種脹緊聯(lián)接套作為檢索目標(biāo)，遺傳算法檢索參數(shù)設(shè)置如下：染色體種群規(guī)模Spop=300，交叉概率Pcros=0.5，變異概率Pmu=0.1t，最大迭代次數(shù)maxiter=500。其相似度大于0.1的檢索結(jié)果如圖2所示，在三維模型檢索庫容量較大的情況下，依然能夠檢索到相似度比較高的三維模型。編號01的三維模型與目標(biāo)三維模型相比較，都是含有環(huán)狀分布的圓柱、兩個半徑不同的圓環(huán)體的3段結(jié)構(gòu)，具有非常高的相似特征和局部結(jié)構(gòu)的重復(fù)度。編號12的三維模型在圖中相似度最低，主要是由于在特征提取過程中，環(huán)狀分布的圓柱布爾運算從并集運算變異為差集運算。在相同的檢索條件下，查全率分別為10%、20%、50%、80%、100%時，遺傳算法、蟻群算法、形態(tài)分布算法分別檢索到的最優(yōu)相似度三維模型如圖3所示[1,11]。從檢索的相似度值分析，在查全率為10%時，即只在OpenCASCADE庫中檢索50多個三維模型，3種方法能夠檢索到相同的最優(yōu)三維模型。當(dāng)查全率增高時，蟻群算法和形態(tài)分布算法檢索到的最優(yōu)模型相似度比遺傳算法低。由此可知，在檢索范圍變大、檢索特征信息干擾因素增多的情況下，遺傳算法相比于其他兩種檢索方法，具有更可靠的特征提取匹配性能。圖2遺傳算法檢索結(jié)果圖33種算法檢索結(jié)果比較

在相同的檢索條件下，查全率分別為10%、20%、50%、80%、100%時，遺傳算法、蟻群算法、形態(tài)分布算法分別檢索到的最優(yōu)相似度三維模型如圖3所示[1,11]。從檢索的相似度值分析，在查全率為10%時，即只在OpenCASCADE庫中檢索50多個三維模型，3種方法能夠檢索到相同的最優(yōu)三維模型。當(dāng)查全率增高時，蟻群算法和形態(tài)分布算法檢索到的最優(yōu)模型相似度比遺傳算法低。由此可知，在檢索范圍變大、檢索特征信息干擾因素增多的情況下，遺傳算法相比于其他兩種檢索方法，具有更可靠的特征提取匹配性能。圖2遺傳算法檢索結(jié)果圖33種算法檢索結(jié)果比較

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2774333