一种基于图像识别的三维CAD模型相似性检索系统及方法与流程

本发明属于数字化制造
技术领域：
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背景技术：
：虽然在产品设计阶段，越来越多地采用三维cad建模技术，以三维cad模型代替原有的二维图纸，但在产品的工艺设计和产品制造环节，三维cad模型信息的重用还不够充分，还是以工艺人员手工应用为主，未实现通过自动识别、应用三维cad模型信息的方式，来开展相关的工艺设计工作，从而达到提升工艺设计效率和质量的目标。基于三维模型的工艺设计，主要也是以继承性的工艺设计为主。工艺人员往往需要查找是否有过类似的产品，是否开展过类似产品的工艺设计，然后通过借鉴已有的工艺设计内容和数据，完成新产品、新零件的工艺设计工作。但是，针对三维cad模型，在不具备高效查找和检索相似模型技术手段的条件下，则主要还是依靠工艺人员的个人经验，或者是需要不断向其他有经验的人员进行咨询，工作效率低，工作质量也难以得到保证。为此，如果能够实现基于三维cad模型的产品相似性检索技术和方法，则可大幅度提升工艺设计过程中对已有数据的检索和重用效率，并可进一步实现基于相似产品的工艺数据、工艺知识推送，实现基于知识的智能化工艺设计与应用。技术实现要素：本发明的技术解决问题是：提供一种基于图像识别的三维cad模型相似性检索系统及方法，可以实现针对指定的三维cad模型，在已有的三维cad模型库中，自动检索到与其相似的一个或多个三维cad模型，并可按照三维cad模型相似度进行排序和展示。本发明的技术解决方案是：一种基于图像识别的三维cad模型相似性检索系统，包括数据库、特征识别模块、相似度计算模块、相似度检索模块、结果展现模块；数据库中存储三维cad模型以及目标三维cad模型；特征识别模块遍历数据库中所有的三维cad模型，识别每个三维cad模型至少三个视图方向的几何特征，作为视图特征值，并与对应的三维cad模型关联存储至数据库中；相似度计算模块根据三维cad模型的视图特征值，计算数据库中任意两个三维cad模型的相似度，将计算得到的所有相似度结果存储在数据库中；相似度检索模块将数据库中的与目标三维cad模型相关的相似度结果进行排序；结果展现模块按照相似度检索模块得到的相似度排序，将与目标三维cad模型相似的三维cad模型及其对应的相似度进行显示。一种基于图像识别的三维cad模型相似性检索系统，包括数据库、特征识别模块、相似度计算模块、相似度检索模块、结果展现模块；数据库中存储三维cad模型以及目标三维cad模型；特征识别模块遍历数据库中所有的三维cad模型，识别每个三维cad模型至少三个视图方向的几何特征，作为视图特征值，并与对应的三维cad模型关联存储至数据库中；相似度计算模块首先对数据库中的所有三维cad模型进行预处理，筛选出一组三维cad模型，再计算从目标三维cad模型与筛选出的模型之间的相似度，将计算得到的所有相似度结果存储在数据库中；相似度检索模块根据将数据库中与目标三维cad模型相关的相似度结果进行排序；结果展现模块按照相似度检索模块得到的相似度排序将与该目标三维cad模型相似的三维cad模型及其对应的相似度进行显示。进一步的，所述的预处理通过下述方式实现：第一步，给定一组视图特征值，作为标准三维cad模型的视图特征值；首先计算数据库中的每个三维cad模型所有视图特征值的均值，然后再用该均值计算与标准三维cad模型的相似度，形成标准相似度；第二步，计算目标三维cad模型所有视图方向的对应视图特征值的均值，然后再用均值计算与标准三维cad模型的相似度，形成目标三维cad模型的标准相似度；第三步，以第二步中得到的相似度作为中值在预设的跨度范围内，从第一步中筛选出相似度在上述跨度范围内的三维cad模型。进一步的，所述的几何特征包括轮廓周长、轮廓面积、角点特征。进一步的，对于三维cad模型中的倒角按照一个角点特征进行识别。进一步的，特征识别模块还识别材料属性特征，将识别的材料属性特征存储至数据库；相似度检索模块根据预先设定的是否考虑材料属性特征，若需要考虑材料属性特征，则筛选出相同材料属性的三维cad模型，然后将筛选出的模型按照相似度进行排序，若不需要考虑材料属性特征，则直接按照相似度计算模块计算的相似度对三维cad模型进行排序。进一步的，两个三维cad模型的相似度计算通过下述步骤实现：(a)将三维cad模型i每个视图方向上的几何特征分别与三维cad模型b的所有视图方向上的几何特征按照下述公式计算相似度，记录所有相似度数值；(b)将所有的相似度数值从大到小排序；(c)在确保三维cad模型i、三维cad模型b每个视图方向只用到一次的情况下，从步骤(b)的排序中按照先大后小的原则选取相似度；(d)计算上述选取的相似度的均值作为三维cad模型i、b的相似度；其中相似度计算公式：其中：下表i、b标识两个三维cad模型，a表示视图方向上三维图形的面积p表示视图方向上三维图形的周长c表示视图方向上三维图形的角点计数。一种基于图像识别的三维cad模型相似性检索方法，步骤如下：(1)遍历数据库中所有的三维cad模型，每个三维cad模型均生成上、下、左、右、前、后6个方向中的至少3个三维视图；(2)识别每个三维cad模型中的每个三维视图的轮廓周长、面积、角点数据，作为视图特征值并存储至数据库中；(3)计算数据库中任意两个三维cad模型的相似度，将数据库中的与该目标三维cad模型相关的相似度结果进行排序。一种基于图像识别的三维cad模型相似性检索方法，步骤如下：(1)遍历数据库中所有的三维cad模型，每个三维cad模型均生成上、下、左、右、前、后6个方向中的至少3个三维视图；(2)识别每个三维cad模型中的每个三维视图的轮廓周长、面积、角点数据，作为视图特征值并存储至数据库中；(3)给定一组视图特征值，作为标准三维cad模型的视图特征值；计算数据库中的每个三维cad模型与标准三维cad模型的相似度；(4)计算目标三维cad模型与标准三维cad模型的相似度；(5)以步骤(4)中得到的相似度作为中值在预设的跨度范围内，从步骤(3)中筛选出相似度在上述跨度范围内的三维cad模型；(6)计算目标三维cad模型与步骤(5)筛选出的模型之间的相似度，并将相似度结果进行排序。进一步的，若需要考虑材料属性特征，则在按相似度中值筛选结果的基础上执行如下步骤：从相似度作为中值在预设的跨度范围内筛选结果中再筛选出相同材料属性的三维cad模型，然后将筛选出的模型按照相似度进行计算和排序。进一步的，两个三维cad模型的相似度计算通过下述步骤实现：(a)将三维cad模型i每个视图方向上的几何特征分别与三维cad模型b的所有视图方向上的几何特征按照下述公式计算相似度，记录所有相似度数值；(b)将所有的相似度数值从大到小排序；(c)在确保三维cad模型i、三维cad模型b每个视图方向只用到一次的情况下，从步骤(b)的排序中按照先大后小的原则选取相似度；(d)计算上述选取的相似度的均值作为三维cad模型i、b的相似度；其中相似度计算公式：其中：下表i、b标识两个三维cad模型，a表示视图方向上三维图形的面积p表示视图方向上三维图形的周长c表示视图方向上三维图形的角点计数。一种三维cad模型的快速工艺设计方法，通过下述方式实现：在数据库中存储与三维cad模型对应的工艺设计文件对应的标识；按照权利要求8或者9的方式得到与目标三维cad模型相似的三维cad模型及其相似度排序；根据相似度排序结果结合具体的三维cad模型结构，从相似度排序中选取一个三维cad模型并获取其对应的工艺设计文件标识；根据获取的工艺设计文件标识，推送对应的工艺设计文件，作为目标三维cad模型工艺设计的基础文件，然后在该文件的基础上结合具体的目标三维cad模型，进一步完成目标三维cad模型的工艺设计文件。本发明与现有技术相比有益效果为：(1)三维cad模型通常都具备并可以定位到上、下、左、右、前、后6个方向的视图，通过6个方向视图，比较三维模型的相似性，具备很好的通用性。(2)可以实现针对大批量三维cad模型的相似性检索，检索效率高。(3)三维cad模型视图的截取、特征提取、相似性计算、相似性排序等，都可以自动完成，避免人工识别、手工操作。(4)通过相似的三维cad模型，关联推送相应的工艺数据、工艺知识，可以有效提升工艺设计的效率和质量。通过应用基于图像识别的三维cad模型相似性检索系统及其方法，可以在开展基于三维cad模型的工艺设计工作时，能够快速定位已有、相似的产品三维cad模型，并通过产品三维cad模型与工艺方案、工艺规程、工艺知识等的关联关系，推送和重用已有的工艺数据和工艺知识，实现基于知识的快速工艺设计，提升工艺人员的工艺设计能力，提升工艺设计工作的质量。附图说明图1为本发明系统框架图；图2为本发明方法流程图；图3为本发明两个模型相关视图方向相似度计算示意。具体实施方式下面结合附图及实例对本发明作详细说明。实施例一一种基于图像识别的三维cad模型相似性检索系统，包括数据库、特征识别模块、相似度计算模块、相似度检索模块、结果展现模块；数据库中存储三维cad模型以及目标三维cad模型；特征识别模块遍历数据库中所有的三维cad模型，识别每个三维cad模型至少三个视图方向的几何特征，作为视图特征值，并与对应的三维cad模型关联存储至数据库中；相似度计算模块根据三维cad模型的视图特征值，计算数据库中任意两个三维cad模型的相似度，将计算得到的所有相似度结果存储在数据库中；相似度检索模块将数据库中的与目标三维cad模型相关的相似度结果进行排序；结果展现模块按照相似度检索模块得到的相似度排序，将与目标三维cad模型相似的三维cad模型及其对应的相似度进行显示。实施例二一种基于图像识别的三维cad模型相似性检索系统，包括数据库、特征识别模块、相似度计算模块、相似度检索模块、结果展现模块；数据库中存储三维cad模型以及目标三维cad模型；特征识别模块遍历数据库中所有的三维cad模型，识别每个三维cad模型至少三个视图方向的几何特征，作为视图特征值，并与对应的三维cad模型关联存储至数据库中；相似度计算模块首先对数据库中的所有三维cad模型进行预处理，筛选出一组三维cad模型，再计算从目标三维cad模型与筛选出的模型之间的相似度，将计算得到的所有相似度结果存储在数据库中；相似度检索模块根据将数据库中与目标三维cad模型相关的相似度结果进行排序；结果展现模块按照相似度检索模块得到的相似度排序将与该目标三维cad模型相似的三维cad模型及其对应的相似度进行显示。下面分别对上述各个相关模型进行详细说明(主要针对实施例二中的模块功能进行阐述，实施例一中模块相应功能科参照下述说明进行适应性的调整)。(一)数据库1数据库中主要存储三维cad模型及目标三维cad模型。为了应用方便还可以在数据库中设置三维cad模型信息数据表、三维cad模型视图数据表、标准cad模型特征值数据表。在三维cad模型信息数据表，建立模型id、图号、材料名称、材料牌号、标准相似度、工艺设计文件标识属性字段；在由模型id关联的三维cad模型视图数据表，建立模型id、视图名称、周长、面积、角点属性字段。标准cad模型特征值数据表，建立周长、面积、角点3个属性字段，并根据经验或统计数据，填充其中的周长、面积、角点数值。实际工程应用中可以利用.net等开发工具，建立windows窗体应用程序，通过集成pdm接口，可以按照一定的时间间隔，以增量方式获取pdm系统中已有、新增的零件三维模型，并将模型保存到数据库。(二)特征识别模块2通过遍历数据库中的三维cad模型，提取模型id、图号、材料名称、材料牌号属性信息，保存到三维cad模型信息数据表。实际工程应用时，可以通过windows窗体，集成creoviewexpress中的pview.ocx等插件，然后通过sourceurl属性设置，加载数据库中的三维模型。在加载模型时，需自动屏蔽、隐藏其中的尺寸标注等模型附加信息；模型加载完成之后，通过调用setinstancecolor接口，将模型颜色设置为黑色或其他深色颜色。通过调用setviewlocation等接口，将模型放置为“上”方向的三维视图，并自动适应窗口大小。然后截取显示的视图。将截取的“上”方向三维视图，按照“模型id_top”命名方式(其他视图方向依次为：_bottom、_left、_right、_front、_back)，并存储为jpg格式图片。通过集成opencv功能模块，基于opencv图像识别功能，自动识别上述每个方向上的jpg图片的图形轮廓周长数值、面积数值、角点计数，作为视图特征值，然后连同模型id，存储到三维cad模型视图数据表。(三)相似度计算模块3对数据库中的所有的三维cad模型进行预处理：对于数据库中每个三维cad模型的6个视图方向面积、周长、角点数据，通过先计算6个视图、每项数据的均值，然后与标准三维cad模型的视图特征值，按照下面的公式，计算标准相似度sis，并将结果保存到相应模型id、三维cad模型信息数据表的标准相似度字段。其中：ai表示当前模型、所有视图图形面积的均值pi表示当前模型、所有视图图形周长的均值ci表示当前模型、所有视图图形角点计数的均值as表示标准cad模型特征值数据表中的面积数值ps表示标准cad模型特征值数据表中的周长数值cs表示标准cad模型特征值数据表中的角点数值当指定一个目标三维cad模型时，通过模型id、图号等，检索三维cad模型信息数据表，首先计算目标三维cad模型视图特征值的均值，然后利用均值计算目标三维cad模型与标准三维cad模型的相似度ssb；以得到的相似度ssb作为中值在预设的跨度范围内，从sis中筛选出相似度在上述跨度范围内的三维cad模型。然后再计算目标三维cad模型与筛选出的cad模型的相似度。具体上述相似度的计算可以概括为下属几个步骤，其中采用下标i、b标识两个三维cad模型，(a)将三维cad模型i每个视图方向上的几何特征分别与三维cad模型b的所有视图方向上的几何特征按照下述公式计算相似度，记录所有相似度数值；(b)将所有的相似度数值从大到小排序；(c)在确保三维cad模型i、三维cad模型b每个视图方向只用到一次的情况下，从步骤(b)的排序中按照先大后小的原则选取相似度；举例说明如下：按照图3的示意，交叉对两个模型的三个方向的视图进行相似度计算，得到的相似度结果如下表：视图视图相似度atopbtop0.9atopbleft0.8atopbright0.7aleftbtop0.6aleftbleft0.5aleftbright0.4arightbtop0.3arightbleft0.2arightbright0.1在确保三维cad模型i、三维cad模型b每个视图方向只用到一次的情况下，从步骤(b)的排序中按照先大后小的原则选取相似度的选择过程如下表所示：选取的最终结果如下表：视图视图相似度atopbtop0.9aleftbleft0.5arightbright0.1(d)计算上述选取的相似度的均值作为三维cad模型i、b的相似度；其中相似度计算公式：其中：下表i、b标识两个三维cad模型，a表示视图方向上三维图形的面积p表示视图方向上三维图形的周长c表示视图方向上三维图形的角点计数。(四)相似度检索模块4、结果展现模块5相似度检索模块根据预先设定的是否考虑材料属性特征，若需要考虑材料属性特征，则筛选出相同材料属性的三维cad模型，然后将筛选出的模型按照相似度进行排序，若不需要考虑材料属性特征，则直接按照相似度计算模块计算的相似度对三维cad模型进行排序。结果展现模块按照相似度检索模块得到的相似度排序将与该目标三维cad模型相似的三维cad模型及其对应的相似度进行显示。例如显示对应的三维cad模型、模型id、图号、相似度(按照相似度从大到小排序)。在利用上述系统实现快速工艺设计时，在数据库中存储与三维cad模型对应的工艺设计文件对应的标识；从相似度排序中选取一个三维cad模型并获取其对应的工艺设计文件标识；根据获取的工艺设计文件标识，推送对应的工艺设计文件，作为目标三维cad模型工艺设计的基础文件，然后在该文件的基础上结合具体的目标三维cad模型，进一步完成目标三维cad模型的工艺设计文件。提升工艺人员的工艺设计能力，实现知识的积累和重用。通过该项技术，也可以达到在基于三维cad模型的工艺设计过程中，减少手工操作，提升工艺设计效率和质量的应用目标。本发明相关方法步骤描述隐含在系统的描述中，此处不进行过多的赘述。本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。当前第1页12