Разработка алгоритма классификации трехмерных САПР-моделей

1. Введение 2
2. Обзор литературы 4
3. Постановка задачи 5
4. Признаковое описание 6
4.1. Функции формы 6
4.2. Построение вектора признаков 6
5. Классификция признаков 9
5.1. Алгоритм k-ближайших соседей 9
5.2. Метод главных компонент 11
5.3. Методика оценки алгоритма 12
6. Результаты 15
7. Выводы 26
8. Заключение 28
Список литературы 29
Купить

В настоящее время инженерами активно используются системы автоматизированного проек­тирования (САПР), которые позволяют сильно уменьшить время на создание объекта, снизить трудо­емкость процесса, повысить качество проектируемых изделий и свести к минимуму затраты на натур­ное моделирование. В широком смысле САПР определяется как организационно-техническая система входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи ком­плекса средств автоматизированного проектирования1. Для целей данной работы такое определение слишком обширно, поэтому под САПР будем понимать программное обеспечение предназначенное для создания чертежей, конструкторской документации и трехмерных моделей. На рынке широко представлены САПР различных компаний. Некоторые имеют узкую специализацию, вроде систем про­ектирования коттеджей К-З-Коттедж, Dietrich или судостроительных систем проектирования Foran, К-3-Ship. САПР общего назначения, позволяющие создавать произвольные твердотельные модели, об­ладают большим набором инструментов для проектировщика. Модели созданные в них могут быть использованы как в узкоспециализированных комплексах представленных выше, так и в системах ав­томатизации инженерных расчетов и анализа, например: ANSYS, FreeFEM. Примерами САПР общего назначения могут служить AutoCAD, КОМПАС-ЗВ, SolidWorks или FreeCAD.
Первая в мире САПР была разработана в 1947 году в США, а первая отечественная в 1980-х гг., под руководством Кошина А.А в Челябинском политехническом институте. С этого времени систе­мы автоматизированного проектирования прошли долгий путь, в частности сформировались способы представления данных и их форматы. Редакторы трехмерной графики типа Blender, Maya и Autodesk 3Ds Мах, используются для художественных целей и у них нет требования на точность представле­ния, поэтому они использую полигональные модели - набор треугольников и нормалей. Преимущество такого представления в его простоте и переносимости. Требования модели для САПР отличаются. Здесь необходима математическая точность представления спроектированного объекта потому, что по нему будут строиться чертежи, производится математическое моделирование процесса и, иногда, автоматическая печать на станке.
В САПР системах распространены два типа представления трехмерных моделей - это кон­структивная сплошная геометрия и граничное представление. Конструктивная сплошная геомет­рия - трехмерная модель представляется в виде набора булевых операций над «примитивами», телами простой формы, рисунок 1. Граничное представление - способ представления трехмерной модели с помощью ее точных границ. Оно состоит из топологии - грани, ребра и вершины, и геометрии - по­верхности, кривые и точки, рисунок 2.
Рис. 1. Пример представления трехмерной модели с помощью конструктивной сплошной геометрии.
Рис. 2. Пример грапичпого представления трехмерной модели.
Оба этих представления несложно преобразуются к полигональному представлению, рисунок 3. Этот факт делает полигональные модели наиболее независимым способом представления трехмерной модели для нужд классификации.
Рис. 3. Полигональное представление трехмерной модели.
Актуальность работы по созданию алгоритмов классификации трехмерных САПР-моделей вы­звана массовым внедрением данного типа ПО в конструкторской практике. В результате этого, разра­ботано огромное количество моделей. Например, сайт grabcad.com содержит тысячи работ инженеров, но классификация и поиск возможен только по тегам. Так же свое применение алгоритм может найти для патентной базы, где решение задачи классификации объектов поможет увеличит скорость проведе­ния экспертизы работником патентного бюро, а введенные признаки и метрики над моделями помогут быстрее принять решение о статусе интеллектуальной собственности.
Купить