基于二进分解的工业级三维模型快速检索方法与流程

本技术涉及工业级三维模型检索，尤其涉及一种基于二进分解的工业级三维模型快速检索方法。

背景技术：

1、随着数字化制造和虚拟现实技术的快速发展，三维模型的应用在工业设计、制造及虚拟仿真等领域变得极为广泛。特别是在汽车、航空、建筑和游戏等产业中，三维模型的需求正在以指数级的速度增长。然而，现行的三维模型检索技术，尤其是基于深度学习的方法，虽然能够学习模型的深层特征，但这些技术在处理高维数据时，既耗时又耗能，难以满足工业级应用中对实时检索的需求。特别在应对结构复杂或拓扑多变的工业级模型时，现有的深度学习方法的泛化能力和适应性往往较为有限，这限制了其在多样化工业应用中的有效性。而另一种基于标识比较的检索技术，虽然在一定程度上能够进行模型匹配和比对，但本质上是基于字符串的对比，无法直接与三维模型形成对接。这种技术在对比过程中无法进行模糊查找来识别相似的三维模型，从而大大降低了检索的精准度。

2、例如授权公告号为cn111382301b的中国专利公开了一种基于生成对抗网络的三维模型生成方法及系统，包括：基于卷积神经网络，对模型数据库中的三维参考模型进行特征提取；基于生成对抗网络，建立用于信息搜索的三维模型网络；提取待识别三维模型的特征图；基于三维网络模型，根据待识别三维模型的特征图，生成符合与待识别三维模型相似度要求的三维模型，以提高检索的准确性。

3、以上方法存在本背景技术提出的问题，现有的三维模型检索技术面对快速发展的市场需求和复杂模型的挑战时显示出明显的局限性。因此，有必要开发新的解决方案，以提高检索精度和效率，满足不断增长的工业需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供基于二进分解的工业级三维模型快速检索方法，能够加快三维模型的检索速度和检索精度，其具体方案如下：

2、第一方面，本技术实施例提供了一种基于二进分解的工业级三维模型快速检索方法，包括：获取待检索三维模型，并在三维坐标系统中对所述待检索三维模型进行预处理，并计算所述待检索三维模型的中心点坐标，令中心点坐标与三维坐标系统中的原点坐标一致，生成第一三维模型；

3、使用一组球心位于三维坐标系统中的原点的球体对所述第一三维模型进行递归切割，计算每个球体内所述第一三维模型的表面积，生成所述第一三维模型的初级表面积函数；对所述第一三维模型的初级表面积函数进行积分，得到所述第一三维模型的累计表面积函数；

4、基于所述第一三维模型的所述初级表面积函数和所述累计表面积函数，使用第一评价指标，计算所述第一三维模型和备选三维模型的相似度，生成模型相似度评分。

5、作为一种可能的实施方式，所述预处理包括下述至少一项：尺度归一化、旋转标准化以及噪声去除；所述生成第一三维模型，包括：

6、基于所述待检索三维模型的顶点信息，计算所述待检索三维模型的中心点，所述中心点的数学表达式为：

7、

8、其中，oa为待检索三维模型在所述三维坐标系统中的中心点坐标，pi是待检索三维模型中第i个顶点的坐标，m是待检索三维模型的模型顶点数。

9、将待检索三维模型的中心点平移至所述三维坐标系统的原点，所述待检索三维模型平移后的顶点坐标的数学表达式为：

10、p′i＝pi-oa

11、其中，p′i是待检索三维模型平移后的顶点坐标；

12、基于所述待检索三维模型平移后的顶点坐标p′i，生成所述第一三维模型。

13、作为一种可能的实施方式，所述使用一组球心位于原点的球体对所述第一三维模型进行递归切割，包括：

14、基于预设的检索精度，定义所述球体的半径序列为其中，rk是第k个球体的半径，n为所述球体的数量，每个球体的半径rk均满足条件rk+1＞rk；

15、将所述第一三维模型用n个所述球体切割成n块；

16、基于每个所述球体的半径，确定每个所述球体在所述三维坐标系统中形成的球形区域；

17、将所述第一三维模型中的每个顶点划分为下述至少一种：

18、响应于顶点坐标的向量模满足数学表达式：||p′i||≤rk，将该顶点及其相连的网格部分划分在第k个球体在所述三维坐标系统中形成的球形区域内；

19、响应于顶点坐标的向量模满足数学表达式：||p′i||＞rk，将该顶点及其相连的网格部分划分在第k个球体在所述三维坐标系统中形成的球形区域外；

20、针对n个球体中的每个球体，提取所有被划分为第k个球体内部的顶点及其相连的网格部分，标记为第k个球体所切割出的第二三维模型，其中，所述第二三维模型是所述第一三维模型的子模型；

21、作为一种可能的实施方式，所述生成所述第一三维模型的初级表面积函数，包括：

22、将所述第二三维模型表示为多个三角形网格；

23、计算每个三角形的面积，并将所有三角形的面积求和，得到第k个球体所切割出的第二三维模型的表面积；

24、基于n个球体分别切割出的各个第二三维模型表面积，生成所述第一三维模型的初级表面积函数；其中，所述第一三维模型的初级表面积函数是以球体半径rk为单位的分段函数。

25、作为一种可能的实施方式，对所述第一三维模型的初级表面积函数进行积分，得到所述第一三维模型的累计表面积函数，包括：

26、针对n个球体中的每个球体，计算从原点到球体半径rk范围内的累计表面积；

27、基于n个球体中的每个球体对应的从原点到球体半径rk范围内的累计表面积，生成所述第一三维模型累计表面积函数；其中，所述第一三维模型的累计表面积函数是以球体半径rk为单位的分段函数，用以确定所述第一三维模型的径向特征。

28、作为一种可能的实施方式，所述基于所述初级表面积函数和所述累计表面积函数使用第一评价指标，计算所述第一三维模型和备选三维模型的相似度，生成模型相似度评分，包括：

29、从模型库中获取所述备选三维模型的所述初级表面积函数和所述累计表面积函数；

30、基于所述第一三维模型和所述备选三维模型的所述初级表面积函数的差值，保留与所述第一三维模型的初级表面积函数差值小于第一目标阈值的备选三维模型；

31、针对保留的所述备选三维模型，基于所述第一三维模型和所述备选三维模型的所述累计表面积函数的差值，保留与所述第一三维模型的累计表面积函数差值小于第二目标阈值的备选三维模型；

32、基于所述第一三维模型和所述备选三维模型的所述初级表面积函数的差值和所述累计表面积函数的差值，生成模型相似度评分。

33、作为一种可能的实施方式，所述第一评价指标为复合评价函数，模型相似度评分的函数表达式为：

34、

35、其中，scorecomposite表示所述第一评价指标为复合评价函数下的模型相似度评分，rk是第k个切割球的半径，w(rk)为第k个切割球半径对应的权重，difff(rk)为在半径rk处初级表面积函数的差异，difff1(rk)为在半径rk处累计表面积函数的差异，1-w(rk)为与权重w(rk)互补的权重，使权重的总和为1，n为用于切割模型的球的总数；

36、权重w设置为关于rk的函数，权重w(rk)的数学表达式为：

37、

38、其中，α是基础权重，e是自然常数，β是指数函数的指数部分系数，用于控制权重w随半径增加的速率。

39、作为一种可能的实施方式，在计算所述第一三维模型和备选三维模型的相似度，生成模型相似度评分后还包括：基于所述模型相似度评分，从d低到高排序显示与所述第一三维模型的模型相似度评分小于等于第三目标阈值的所述备选三维模型。

40、第二方面，本技术可选实现方式还提供一种计算机设备，处理器、存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的机器可读指令，所述机器可读指令被所述处理器执行时，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述第一方面，或第一方面中任一种可能的实施方式中的步骤。

41、第三方面，本技术可选实现方式还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被运行时执行上述第一方面，或第一方面中任一种可能的实施方式中的步骤。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

43、1.通过二进分解法，本技术能够更精确地分析和比较三维模型的复杂特征，提升了三维模型在工业应用中的检索精度，特别是对于结构复杂或拓扑多变的模型的处理。

44、2.本技术利用了二进分解法，递归地将模型空间切割成更小的部分，减少了在检索过程中需要处理的数据量，简化了数据的处理过程，从而实现了高效的数据检索。本发明通过精细控制数据处理的粒度，优化了搜索过程中的时间和资源消耗，满足了实时检索的需求。

45、3.本技术能够显著提高工业设计和制造的效率，特别是在自动化和精确度要求高的行业中，如汽车、航空和游戏开发等。此外，通过减少零部件的冗余和优化部件匹配，本技术还有助于降低成本和提高生产效率。

技术特征：

1.基于二进分解的工业级三维模型快速检索方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理包括下述至少一项：尺度归一化、旋转标准化以及噪声去除；所述生成第一三维模型，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用一组球心位于原点的球体对所述第一三维模型进行递归切割，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生成所述第一三维模型的初级表面积函数，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述第一三维模型的初级表面积函数进行积分，得到所述第一三维模型的累计表面积函数，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述初级表面积函数和所述累计表面积函数使用第一评价指标，计算所述第一三维模型和备选三维模型的相似度，生成模型相似度评分，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一评价指标为复合评价函数，模型相似度评分的函数表达式为：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算所述第一三维模型和备选三维模型的相似度，生成模型相似度评分后还包括：基于所述模型相似度评分，从低到高排序显示与所述第一三维模型的模型相似度评分小于等于第三目标阈值的所述备选三维模型。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的机器可读指令，所述机器可读指令被所述处理器执行时，所述处理器执行如权利要求1至8任一项所述的基于二进分解的工业级三维模型快速检索方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被电子设备运行时，所述电子设备执行如权利要求1至8任一项所述的基于二进分解的工业级三维模型快速检索方法的步骤。

技术总结
本申请提供了一种基于二进分解的工业级三维模型快速检索方法，涉及工业级三维模型检索技术领域，该方法包括：使用球心位于三维坐标系统中的原点的球体对第一三维模型进行递归切割，计算每个球体内第一三维模型的表面积，生成第一三维模型的初级表面积函数；对第一三维模型的初级表面积函数进行积分，得到第一三维模型的累计表面积函数；基于第一三维模型的初级表面积函数和累计表面积函数，使用第一评价指标，计算第一三维模型和备选三维模型的相似度，生成模型相似度评分。本申请能精确分析和比较三维模型的复杂特征，提升三维模型在工业应用中的检索精度，并精细控制数据处理粒度，优化搜索中的时间和资源消耗，满足实时检索的需求。

技术研发人员：张麟
受保护的技术使用者：苏州中源广科信息科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5