技术特征：
1.一种多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待检索铸件的三维模型，并对其进行三角形面片化且姿态归一化处理；基于所述三角形面片化后的待检索铸件的三维模型，计算待检索铸件的形状特征和领域知识；其中，所述三角形面片化进行了姿态归一化处理；计算待检索铸件的所述形状特征与模型库中各模型的相似度，在模型库中筛选出一定比例的模型；计算待检索铸件的所述领域知识与筛选出的模型的相似度，筛选出三维模型检索结果；其中，所述领域知识包括待检索铸件的热节特征、对称面特征以及包络尺寸；所述形状特征包括待检索铸件的几何形状特征以及凹凸程度特征。2.根据权利要求1所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，所述形状特征包括三维模型的d2算子、n2算子和nan算子；所述d2算子的计算方法为：随机在待检索铸件表面上选取若干个点对，并计算每个点对的两点之间的距离，获得一个包含所有点对距离的数组，将数组归一化；设置统计区间，统计归一化后数组内点对距离在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的d2算子；所述n2算子的计算方法为：随机在待检索铸件的三维模型上选取若干个面片对，计算每个面片对的两面片法向量夹角的余弦值，获得一个包含所有余弦值的数组；设置统计区间，统计数组内夹角余弦值在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的n2算子；所述nan算子的计算方法为：以面片邻接点为线索，找到每个三角形面片的所有邻接面片；随机在待检索铸件的三维模型上选取若干个面片，计算每个面片与其邻接面片法向量夹角的余弦值；对余弦值求平均，获取一个包含所有平均余弦值的数组；设置统计区间，统计数组内夹角余弦值在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的nan算子。3.根据权利要求2所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，所述领域知识包括三维模型的mod算子、sym算子和env算子；获取所述env算子的方法为：通过遍历待检索铸件的三维模型所有三角形面片顶点，确定三维模型在笛卡尔坐标系下x、y和z轴上的最大值及最小值，得到待检索铸件三维模型沿坐标主轴方向上的包络尺寸；通过计算包络尺寸的宽长比、宽高比和高长比组合得到三维特征向量，三维特征向量为env算子；获取所述mod算子的方法为：将待检索铸件的三角形面积之和作为待检索铸件三维模型的散热面积；
将待检索铸件三维模型的体积除以散热面积，获取mod算子；获取所述sym算子的方法为：比较待检索铸件的各面片的重心与坐标面的关系，将待检索铸件的三维模型分别沿yoz面、xoz面和xoy面进行分割；计算沿各坐标面分割后三维模型两部分的表面积误差，作为坐标面的对称度；依次计算三个坐标面的对称度形成三维模型的特征向量，特征向量为sym算子。4.根据权利要求1至3任一所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，对待检索铸件的三维模型进行姿态归一化的方法，包括以下步骤：利用三维建模软件对待检索铸件的三维模型文件进行解析读取；利用软件中三维模型面片化功能，获取待检索铸件的三维模型的“三角形面片化”文件；根据海伦公式，计算待检索铸件上所有三角形面片的面积；根据中心坐标公式，计算待检索铸件的三维模型所有三角形面片的中心，进而计算待检索铸件三维模型的重心；根据各三角形面片的重心以及待检索铸件三维模型的重心，计算待检索铸件三维模型的平移矩阵；计算待检索铸件三维模型的所有三角形面片顶点的协方差矩阵，获取待检索铸件的旋转矩阵；将平移矩阵和旋转矩阵作用于待检索铸件三维模型的各顶点，完成三维模型的姿态归一化。5.根据权利要求2所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，nan算子的获取方法，包括以下步骤：s4.1：根据海伦公式，计算待检索三维模型上所有三角形面片的面积，得到有序面积数组；s4.2：以是否含有面片邻接点为条件，检索每个三角形面片的所有邻接面片，以“面片序号-邻接面片序号集合”创建key-value字典；s4.3：通过查询key-value字典，找到待检索铸件三维模型所有三角形面片的所有邻接面片，计算各面片与其所有邻接面片的法向量的夹角余弦值并求平均，得到一个法矢夹角余弦值列表；s4.4：利用随机数函数，在有序面积数组中生成若干个随机数，利用二分查找确定随机数在面积数组中的下标，确定若干个采样面片；查询s4.3中法矢夹角余弦值列表得到若干个采样面片的法矢夹角余弦值；s4.5：确定统计区间的数量，从而确定每一个统计区间的范围，统计在各个区间范围内面片的法矢夹角余弦值出现的次数，得到相应的频数分布，除以采样个数后，以此作为三维模型的nan算子。6.根据权利要求3所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，获取sym算子的方法，包括以下步骤：根据重心坐标公式，重新计算姿态归一化后的待检索铸件三维模型所有三角形面片的重心；
根据各面片重心和坐标面的位置关系，将逐渐三维模型所有面片分割成两个部分，分别计算两部分面片的面积和；根据两部分面片的面积和得到三维模型分割两部分的表面积误差，作为三维模型关于坐标面的对称度；采用三个坐标面的对称度组合形成一个三维的特征向量，作为三维模型的sym算子；其中，坐标面包括yoz面、xoz面和xoy面。7.一种多特征铸件三维模型检索装置，其特征在于，包括：三维模型处理模块，用于获取待检索铸件的三维模型，并对其进行三角形面片化且姿态归一化处理；特征提取模块，用于基于所述三角形面片化后的待检索铸件的三维模型，计算待检索铸件的形状特征和领域知识；其中，所述三角形面片化进行了姿态归一化处理；模型筛选模块，用于计算待检索铸件的所述形状特征与模型库中各模型的相似度，在模型库中筛选出一定比例的模型；且用于计算待检索铸件的所述领域知识与筛选出的模型的相似度，筛选出三维模型检索结果；其中，所述领域知识包括待检索铸件的热节特征、对称面特征以及包络尺寸；所述形状特征包括待检索铸件的几何形状特征以及凹凸程度特征。8.根据权利要求1所述的多特征铸件三维模型检索装置，其特征在于，所述形状特征包括三维模型的d2算子、n2算子和nan算子；特征提取模块包括形状特征提取单元和领域知识提取单元；形状特征提取单元包括d2算子计算器、n2算子计算器和nan算子计算器；所述d2算子计算器用于获取d2算子，具体执行过程为：随机在待检索铸件表面上选取若干个点对，并计算每个点对的两点之间的距离，获得一个包含所有点对距离的数组，将数组归一化；设置统计区间，统计归一化后数组内点对距离在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的d2算子；所述n2算子计算器用于获取n2算子，具体执行过程为：随机在待检索铸件的三维模型上选取若干个面片对，计算每个面片对的两面片法向量夹角的余弦值，获得一个包含所有余弦值的数组；设置统计区间，统计数组内夹角余弦值在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的n2算子；所述nan算子计算器用于获取nan算子，具体执行过程为：以面片邻接点为线索，找到每个三角形面片的所有邻接面片；随机在待检索铸件的三维模型上选取若干个面片，计算每个面片与其邻接面片法向量夹角的余弦值；对余弦值求平均，获取一个包含所有平均余弦值的数组；设置统计区间，统计数组内夹角余弦值在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的nan算子。9.根据权利要求8所述的多特征铸件三维模型检索装置，其特征在于，领域知识提取单
元包括：mod算子计算器、sym算子计算器和env算子计算器；所述mod算子计算器用于获取mod算子，具体执行过程为：将待检索铸件的三角形面积之和作为待检索铸件三维模型的散热面积；将待检索铸件三维模型的体积除以散热面积，获取mod算子；所述sym算子计算器用于获取sym算子，具体执行过程为：比较待检索铸件的各面片的重心与坐标面的关系，将待检索铸件的三维模型分别沿yoz面、xoz面和xoy面进行分割；计算沿各坐标面分割后三维模型两部分的表面积误差，作为坐标面的对称度；依次计算三个坐标面的对称度形成三维模型的特征向量，特征向量为sym算子；所述env算子计算器用于获取env算子，具体执行过程为：通过遍历待检索铸件的三维模型所有三角形面片顶点，确定三维模型在笛卡尔坐标系下x、y和z轴上的最大值及最小值，得到待检索铸件三维模型沿坐标主轴方向上的包络尺寸；通过计算包络尺寸的宽长比、宽高比和高长比组合得到三维特征向量，三维特征向量为env算子。10.根据权利要求7至9任一所述的多特征铸件三维模型检索装置，其特征在于，三维模型处理模块包括：文件解析单元，用于利用三维建模软件对待检索铸件的三维模型文件进行解析读取；三角形面片化单元，用于利用软件中三维模型面片化功能，获取待检索铸件的三维模型的“三角形面片化”文件；面积计算单元，用于根据海伦公式，计算待检索铸件上所有三角形面片的面积；重心计算单元，用于根据中心坐标公式，计算待检索铸件的三维模型所有三角形面片的中心，进而计算待检索铸件三维模型的重心；平移矩阵计算单元，用于根据各三角形面片的重心以及待检索铸件三维模型的重心，计算待检索铸件三维模型的平移矩阵；旋转矩阵计算单元，用于计算待检索铸件三维模型的所有三角形面片顶点的协方差矩阵，获取待检索铸件的旋转矩阵；姿态归一化单元，用于将平移矩阵和旋转矩阵作用于待检索铸件三维模型的各顶点，完成三维模型的姿态归一化。
技术总结
本发明提供了一种多特征铸件三维模型检索方法及装置，属于铸件三维模型检索领域，方法包括：获取待检索铸件的三维模型，并对其进行三角形面片化；计算待检索铸件的形状特征和领域知识；计算待检索铸件的形状特征与模型库中各模型的相似度，在模型库中筛选出一定比例的模型；计算待检索铸件的领域知识与筛选出的模型的相似度，筛选出三维模型检索结果；其中，领域知识包括待检索铸件的热节特征、对称面特征以及包络尺寸；形状特征包括待检索铸件的几何形状特征以及凹凸程度特征。本发明实现了在铸件受到平移、旋转等变化下，鲁棒地进行相似三维模型检索，同时由于实现了三维模型的检索，相比于二维模型的检索组建，在工艺设计方面缩短了周期。面缩短了周期。面缩短了周期。
技术研发人员：计效园 孙晓龙 周建新 潘徐政 王先飞 李宝辉 殷亚军
受保护的技术使用者：上海航天精密机械研究所
技术研发日：2021.10.18
技术公布日：2022/1/21