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216 机械技术 运用及理论研究 Research on the Application and Theory of Mechanical Technology

层次：基于视觉相似性的三维 CAD 模型检索及面向语义与功能描述的三维 CAD

模型检索。基于视觉相似性的 CAD 模型检索方法一般可独立于领域知识，侧重
于通过函数投影、统计分析、拓扑结构比较等方法提取CAD模型的全局几何描述、
形状特征等，在此基础上生成多维空间中的特征描述子，最后在该多维特征空间

中通过比较特征描述子来完成模型检索。例如 Founk-houser 等人利用球面调和分
析得到一组旋转不变的频率函数，并以此作为比较依据；Novotni 等人则将二维
Zernike 矩方法推广到三维，用于模型不变性检索；HilagaE 等人通过测地距离函
数生成多分辨率 Reeb 图来提取模型拓扑结构完成比较等。面向语义与功能描述

的 CAD 模型检索则在结合领域知识的基础上完成模型相似度计算、自动分类与
索引等。其中制造 / 加工特征识别基础上的模型检索方法侧重于结合 CAD 模型
的各类制造及加工特征的定义与表示，从模型几何描述中提取其底层语义特征，
然后据此完成模型比较。例如 Ei-Mehalawi 等人在提取 B-Rep 表示的 CAD 模型

的面、边、顶点、壳等拓扑结构的基础上，生成属性图描述后用于特征识别及模
型检索；Ramesh 等人使用最大单元凸分解法将各分解单元映射到制造特征库以
完成模型比较等。检索算法主要面向边界表示（B-Reps）、CSG 表示、体素表示、
多边形网格及特征造型表示的 CAD 模型。其中边界表示具有唯一性，为各主流

的商品化 CAD 系统支持，如 Pro-EngineerTM、SolidWorksTM 等；逆向工程等应
用中使用的网格及体素表示的 CAD 模型，可通过形状分布等算法进行特征提取
与比较，使用也较为广泛。此外，STEP 是用于描述 CAD 模型产品生命周期的
完整数据（如集合与制造信息）的相关国际标准，其中 STEP41 给出了产品描述

定义，STEP42 定义了产品集合和拓扑表达，STEP45 给出了产品材料相关描述，
STEP203 则在 B-Reps 表示的基础上定义了模型表示。与其他 CAD 数据规范（如
IGES）相比，STEP 标准在数据表达与交换上改进较大，因而在面向语义及功能
描述的检索系统中得到应用。特征造型表示则与所使用的商品化 CAD 系统相关，

一般以参数化约束方法描述 CAD 模型各类几何及非几何特征。
基于视觉相似性的检索方法以提取 CAD 模型全局形状描述及几何特征等为
出发点，在此基础上生成多维空间中的全局特征描述子，之后在该多维特征空间
中通过比较全局特征描述子，来完成基于视觉相似性的模型检索。该类方法具有

适用范围广、计算效率高等优点，适合于对大规模 CAD 模型数据库进行全局特
征提取基础上的初步、粗略的分类或检索。提取全局几何结构描述是 CAD 模型