基于草图的异构三维CAD模型语义检索方法研究

It has become a common way in modern manufacturing enterprises to organize multi-disciplinary and geographically distributed engineers working together for new product development. These engineers use a variety of CAD systems to design products, thus a large number of heterogeneous CAD models are archived in enterprise databases after completing projects. These CAD models are parametric feature models which contain abundant engineering semantics, thus very effective for design reuse; meanwhile, these models are created by different CAD systems, so their design semantics are heterogeneous. Searching them semantically is very difficult.In addition, existing retrieval approach usually use 3D CAD model as input query, not convenient for engineers. The sketch based retrieval system is more consistent with engineers’ custom.This research focuses on issues about sketch based semantic retrieval for heterogeneous CAD models, combining deep learning, semantic web technique and information retrieval technique to propose a sketch based retrieval approach which support searching heterogeneous 3D CAD models semantically.

在如今的全球化和国际分工环境下，新产品开发活动通常是由来自不同学科、不同地域、属于不同组织机构的工程师动态地组织在一起，协同进行的。他们使用不同CAD系统进行新产品设计，项目开发周期结束后，留下了大量的异构CAD模型。这些CAD模型是参数化特征模型，蕴含丰富的工程语义，对于工程师实现产品设计重用极为有效；同时，由于这些CAD模型使用不同的CAD系统创建，导致它们包含的特征语义信息是异构的，使得在此基础上进行语义检索非常困难。此外，现有检索方法通常以三维CAD模型作为查询输入，若以手绘草图作为检索系统的查询输入，无疑更为便捷有效，更加符合工程师的检索习惯。本项目的研究工作正是针对基于草图的异构三维CAD模型语义检索这一问题而进行的，旨在结合深度学习、本体技术和信息检索技术，提出一种基于草图的三维CAD模型检索方法，以有效地支持异构三维CAD模型的语义检索。

产品开发活动结束后留下的大量异构CAD模型蕴含丰富的工程语义，对于工程师实现设计重用极为有效。然而工程领域的三维CAD模型非常复杂，具有复杂的拓扑结构和多变的外形特征，且CAD系统相关，含有多个粒度不一致的局部细节。因此，对三维CAD模型进行方便地检索，使得设计师快速地找到他想要的模型极为困难！.本项目针对三维CAD模型检索的几个关键问题开展探索和研究，结合图形图像处理技术、语义网和本体技术、深度学习技术、信息检索技术提出了一种基于草图的三维CAD模型语义检索方法。以环（Loop）作为描述草图的基本单元，并利用启发式规则建立起二维环和三维特征之间的映射，综合工程语义和形状来进行CAD模型的相似性度量及检索；针对语义异构问题，构建混合式特征本体，对异构CAD模型进行统一的语义描述，在此基础上实现多模式的查询方式以满足工程师不同设计阶段的检索需求；三维模型的表示方法对于模型的分析处理非常关键，尝试以多视图作为三维模型的有效表征，构建弱/强分类器，基于卷积神经网络和投票机制来实现三维模型的识别与检索；此外，提出了一种基于结构语义描述视图信息的三维模型表示方法，在此基础上使用深度神经网络自编码器对视图信息进行压缩，生成定长的三维CAD模型编码——“CAD Model DNA”。开发了原型系统，使用多模式相似性度量方法对CAD模型检索。.项目组在项目执行过程中，对三维形状表示、深度神经网络、图形图像处理相关基础理论、算法、技术等获得了丰富的经验。目前已经发表论文23篇，其中SCI检索论文11篇，EI检索论文5篇。部分成果已经在相关领域的国内外著名期刊和学术会议如Advanced Engineering Informatics、Advances in Engineering Software、Complexity、Applied Mathematics-A Journal of Chinese Universities、Computers & Graphics、IEEE Computer Graphics and Applications、计算机辅助设计与图形学学报、CAD&CG、Chinagraph、ACDDE、ASME、ICASSP会议等发表。此外，一些实验和成果还在进行与总结中。接下来，将围绕跨模态的三维模型检索及重用，人工智能与先进制造开展研究。