三维CAD模型检索技术研究现状与发展分析

　　对目前三维CAD 模型检索技术的研究现状和发展趋势进行了阐述。首先给出三维模型检索的体系结构，并从文本检索、内容检索和语义检索3 方面对三维CAD 模型检索技术国内外研究现状进行了全面论述; 分析总结了现有三维CAD 模型检索系统及三维CAD 模型检索技术的应用; 最后对三维CAD 模型检索技术存在的问题及未来的发展方向进行了展望。三维CAD 模型检索技术将为概念设计、详细设计、工艺/工装设计等产品各设计阶段提供全方位的检索支持手段，可有效促进企业产品模型相关设计和制造信息的重用。

　　引言

　　基于三维模型的产品设计与制造已成为我国制造业的主流模式，由于产品三维模型具有可视化、数字化和虚拟化等特点，使其成为产品开发各环节( CAD、CAE、CAPP、CAM 等) 不可或缺的基础载体。研究和统计分析表明，在新产品开发中，约40%是重用过去的部件设计，约40% 是对已有设计部件的微小修改，而只有约20% 是完全新的设计。因此，方便、准确、快速地获取已有产品三维模型的相似性设计成果，并加以有效重用，是提高设计效率、缩短产品开发周期的关键之一，通过三维模型检索技术可以实现企业产品三维模型资源的多粒度、精确化、个性化快速聚类，为产品设计过程中各类设计成果的重用提供一种全新的支持手段。迄今为止，在通用领域已有30 多种检索算法被相继提出，但是由于CAD 模型的特殊性，如CAD 模型由规则的点、线、面及自由曲面组成，包含很多特征及语义信息，边界轮廓线明显等特点，通用领域的检索算法不完全适合于CAD 领域。通过三维CAD模型检索技术可以实现企业信息的检索与重用，能更好地对企业产品数据信息进行管理，因此，研究先进、实用的CAD 模型检索技术具有重要的理论意义和应用价值。本文将从三维CAD 模型检索的体系结构、研究现状、检索系统、技术应用及发展趋势等方面进行论述。

1、三维CAD 模型检索体系结构

　　三维CAD 模型检索技术是利用能够反映CAD模型文本、形状、特征及语义信息自动建立索引，从而达到检索三维模型的目的。其通常包括模型库组织、预处理、特征提取、相似性度量、索引结构、用户查询接口、相关反馈等多项关键技术。

　　三维CAD 模型检索首先从CAD 模型中自动计算并提取特征信息，建立模型的信息索引，然后在多维索引空间中计算待查询模型与目标模型之间的相似程度，实现对三维模型数据库的浏览和检索，检索系统的框架如图1 所示，通常一个完整的模型检索系统主要包括以下几方面:

图1 检索系统的体系结构

　　(1) 信息提取: CAD 模型包含的信息由文本、几何形状、拓扑结构、表面信息及特征语义等信息，这些信息往往比较复杂且不易获得，因此有效地提取这些信息来描述CAD 模型成为三维CAD 模型检索首先要解决的问题，同时也是一个难点。

　　(2) 相似性度量: 信息提取是三维模型检索的前提条件，相似性度量则是使提取的信息得到正确应用的保证。选择适当的度量尺度，将查询模型的特征与待查询的数据库中模型特征进行比较，用相似性、相异性度量尺度计算两个模型对应特征之间的距离，从而得到两个模型之间的相似性。

　　(3) 索引结构: 面对庞大的三维模型数据库，必须建立快速、有效的索引结构。

　　(4) 用户查询接口: 一个好的检索系统应该拥有交互性能，为用户提供方便的查询和浏览。其中，用户查询接口对模型检索系统的可用性和检索性能有较大影响。目前的检索方式有: 文本关键字的检索、手工绘制2D 草图的检索、手工绘制3D 草图的检索、3D 模型实例的检索、语义查询和混合检索。

　　(5) 检索性能评价: 主要是考察检索结果是否与用户的期望相接近，是否满足用户的需求。由于受用户主观性及检索中“相关模型”的判断和定义不明确的影响，目前还缺乏比较客观有效的评价准则。现有评价标准都是基于模型定义明确并且类别划分清楚的模型库，检索系统可以通过查全率和查准率曲线、E 测度等指标实现性能的评价。

6、结束语

　　介绍了三维CAD 模型检索技术的体系结构，并对目前国内外一些优秀的检索算法进行归纳整理，比较它们的优缺点，然后对三维CAD 模型检索系统及应用进行讨论，最后对目前三维CAD 模型检索研究中存在的问题和未来的发展方向进行了展望。