JP2018136946A - Three-dimensional cad model part search method and three-dimensional cad model search method - Google Patents

Three-dimensional cad model part search method and three-dimensional cad model search method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional CAD model similarity search method capable of performing search for every component configuring complicate three-dimensional CAD data, and performing various types of search such as accessing the three-dimensional CAD data as a finished product from the components.SOLUTION: A three-dimensional CAD model part search method includes: an arrangement step for three-dimensionally arranging three-dimensional CAD data; a disassembly step for disassembling the three-dimensional model for every component of the CAD data to obtain element data; sinogramming step for processing the element data to obtain a sinogram; an association step for associating the sinogram with the original three-dimensional CAD data; and an extraction step for performing search for each three-dimensional data with the sinogram as a mark to extract matching components by performing collation for every component data, or to extract the three-dimensional CAD data associated with the components.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、膨大であり且つ多種フォーマットで格納された3次元CADデータから従来の方法では検索困難であったアセンブリ構造を含めて必要なデータを簡易に検索できる検索方法に関する。   The present invention relates to a retrieval method capable of easily retrieving necessary data including an assembly structure, which is difficult to retrieve by a conventional method, from a large amount of 3D CAD data stored in various formats.

近年、 製造業などでは3次元 CAD を用いてモデル設計が行われている。特に製造業では部品の組み合わせによって1つのモデルを表すアセンブリモデルを用いて設計を行うことが多い。
年々増えているデータを効率的に管理するためには、3次元アセンブリモデルの検索手法が必要となる。効率的に管理することが可能になれば、設計者の設計にかかる時間が短縮されより効率的な設計、生産につながる。主な処理として、形状だけを特徴量に反映して検索を行うのが一般的である。 3次元アセンブリモデルにおいては、 形状はもちろん、内部構造や各部品の配置や部品に使用されている材質まで識別する検索手法が必要になる。またデータの再利用をする場合、使われている部品単位で検索を行うことができればさらにデータの再利用が効率化する。部品単位で検索を行う場合、モデルの一部分から全体を検索する部分検索技術が必要になるが、比較するモデルで形状が異なるため、類似するモデルを検索する技術の適用では実現が難しい。アセンブリモデルの部品の配置や材質などを識別する3次元モデルの検索手法として複数の視点からの投影データを用いた3次元モデル検索がある。複数枚の投影画像の類似度を計算して、 3次元モデルの類似度とするものである。投影画像に対してラドン変換を行い、フーリエ変換を行い位相限定相関法で比較することでモデルの類似度を計算している。しかし得られた投影の画像の類似度を計算する方法ではその物体が類似しているかどうかしかわからない。部分検索の場合には、モデル全体に対して比較対象がそのモデルを構成する一部品であるため、必ずしも類似しているわけではないという問題点がある。
In recent years, in the manufacturing industry, etc., model design is performed using 3D CAD. In particular, in the manufacturing industry, designing is often performed using an assembly model that represents one model by combining parts.
In order to efficiently manage data that is increasing year by year, a search method for a three-dimensional assembly model is required. If efficient management is possible, the time required for the designer's design will be shortened, leading to more efficient design and production. As a main process, the search is generally performed by reflecting only the shape in the feature amount. In the 3D assembly model, it is necessary to have a search method to identify not only the shape but also the internal structure, the arrangement of each part, and the material used for the part. In addition, when data is reused, data can be reused more efficiently if the search can be performed in units of used parts. When searching in parts, a partial search technique that searches the entire model from a part is required. However, since the shapes of the models to be compared are different, it is difficult to realize by applying a technique that searches for similar models. There is a 3D model search using projection data from a plurality of viewpoints as a 3D model search method for identifying the arrangement and material of parts of an assembly model. The similarity of a plurality of projection images is calculated to obtain the similarity of the three-dimensional model. The model similarity is calculated by performing Radon transform on the projected image, performing Fourier transform, and comparing with the phase-only correlation method. However, the method of calculating the similarity of the obtained projection images can only know whether the objects are similar. In the case of partial search, there is a problem that the comparison target is not necessarily similar because the comparison target is one part constituting the model.

3次元モデルの形状をもとにした検索はこれまで数多く提案されている 非特許文献1)。非特許文献2では3次元モデルを”Light FieldDescriptor(LFD)”という特徴量から形状検索を行う方法が提案されている。”LFD”は3次元モデルを複数の方向からレンダリングし、得られたシルエット画像を検索に用いている。非特許文献3では、検索者が書いたスケッチを用いて、手書きの線画スケッチの揺らぎやノイズに対して頑強な3次元モデルの検索を行う手法を提案している。3次元モデルは製作者によって、位置・大きさ・向きが任意である。3次元モデルの検索の手法としてモデルの位置や向きを合わせて検索を行う方法がある。非特許文献4では検索を行う前の処理として、モデルの面上に点をランダムにとり、点群の主成分分析を行うことでモデルの軸を決定し、その軸を利用した位置合わせの手法を提案した。位置合わせを行ったモデルに対して、レンダリングを行い、4つの形状表現を生成し、それぞれのフーリエスペクトルを計算し、それらの低周波成分の組み合わせを特徴量として検索を行っている。
これらの手法については、アセンブリモデル構造を持たない3次元モデルを検索の対象としている。非特許文献5ではモデルの構成部品を頂点としたグラフに変換し、グラフ検索を行うことで、モデルの内部構造を識別するモデル検索を提案している。部分検索の研究として、非特許文献6では、”KAZE特徴量”が提案されている。SIFTや SURFに用いられる"Gaussian Filter"によるスケールスペースは、"Gaussian Filter" が等方的であるため、モデルの輪郭をぼやかしてしまい、局所的な特徴量をうまくとれないことがある。それを解決するために、非線形なスケールスペースを用いたのが” KAZE 特徴量”である。非特許文献7では複数視点から”Depth Buffer ”画像という物体の深さ画像を生成し、”Depth Buffer”画像から抽出した KAZE 特徴量のエンコーディング手法に”Vector of Locally AggregatedDescriptors(VLAD) ”を用いて、局所特徴量を3次元モデルの特徴量として統合し、3次元物体の部分検索を実現している。この手法は3次元モデルのアセンブリ構造を考慮した部分検索ではないため、提案手法とは異なる。
また、特許文献1には、膨大であり且つ多種フォーマットで格納された3次元CADデータからアセンブリ構造を含めて必要なデータを簡易に検索できる検索方法として、複数の3次元CADデータからなるデータ群から特定の3次元構造と類似する構造に係る3次元CADデータを特定する3次元CADデータの検索方法で、3次元CADデータを3次元モデル化するステップ、3次元モデルを複数の方向からスキャニングして複数の2次元投影図を得るステップ、別に検索対象の3次元CADデータを3次元モデル化し、検索対象となる3次元構造を示す2次元投影図が得られるようにスキャニングして対象投影図を得るステップ、 得られた複数の2次元投影図の中から対象投影図と最も高い相関性を有する2次元投影図を選出するステップ、選出した2次元投影図が得られた3次元CADデータにアクセスして、3次元CADデータを検索結果として表示するステップを具備する検索方法が提案されている。
Many searches based on the shape of a three-dimensional model have been proposed so far (Non-Patent Document 1). Non-Patent Document 2 proposes a method for searching a shape of a three-dimensional model from a feature amount called “Light Field Descriptor (LFD)”. “LFD” renders a three-dimensional model from a plurality of directions and uses the obtained silhouette image for retrieval. Non-Patent Document 3 proposes a method of searching for a 3D model that is robust against fluctuations and noise of a handwritten line drawing sketch using a sketch written by a searcher. The position, size, and orientation of the three-dimensional model are arbitrary depending on the producer. As a three-dimensional model search method, there is a method of searching by matching the position and orientation of the model. In Non-Patent Document 4, as a process prior to performing a search, a point is randomly selected on the surface of the model, a principal component analysis of the point group is performed to determine the model axis, and an alignment method using the axis is used. Proposed. Rendering is performed on the aligned model, four shape representations are generated, respective Fourier spectra are calculated, and a search is performed using a combination of these low frequency components as a feature amount.
With respect to these methods, a three-dimensional model having no assembly model structure is a search target. Non-Patent Document 5 proposes a model search for identifying the internal structure of a model by converting the component of the model into a graph having a vertex and performing a graph search. As research on partial search, Non-Patent Document 6 proposes “KAZE feature value”. The scale space by "Gaussian Filter" used for SIFT and SURF is isotropic Gaussian Filter, so the outline of the model may be blurred and local features may not be taken well. In order to solve this problem, the “KAZE feature value” uses a non-linear scale space. In Non-Patent Document 7, a depth image of an object called “Depth Buffer” image is generated from multiple viewpoints, and “Vector of Locally Aggregated Descriptors (VLAD)” is used as an encoding method for KAZE features extracted from “Depth Buffer” images. The local feature amount is integrated as the feature amount of the three-dimensional model, and partial search of the three-dimensional object is realized. This method is different from the proposed method because it is not a partial search considering the assembly structure of the three-dimensional model.
Further, Patent Document 1 discloses a data group composed of a plurality of three-dimensional CAD data as a search method that can easily retrieve necessary data including an assembly structure from a large amount of three-dimensional CAD data stored in various formats. 3D CAD data search method for specifying 3D CAD data related to a structure similar to a specific 3D structure from 3D CAD data in 3D model, scanning 3D model from multiple directions Step of obtaining a plurality of two-dimensional projection views, separately modeling the three-dimensional CAD data to be searched for, and scanning the target projection drawing so as to obtain a two-dimensional projection drawing showing the three-dimensional structure to be searched. A step of selecting a two-dimensional projection having the highest correlation with the target projection from the obtained two-dimensional projections A search method has been proposed which includes a step of accessing the 3D CAD data from which the selected 2D projection map is obtained and displaying the 3D CAD data as a search result.

特開2015−158752号公報JP2015-158752A

J.H. Tangelder and R.C. Veltkamp, ” A Survey of Content 3D Shape Retrieval Methods ” , Multimedia Tools and Ap-plications, vol.39, no.3, pp.441-471, 2008J.H.Tangelder and R.C.Veltkamp, “A Survey of Content 3D Shape Retrieval Methods”, Multimedia Tools and Ap-plications, vol.39, no.3, pp.441-471, 2008 D.Y. Chen, X.P. Tian, Y.T. Shen, and M. Ouhyoung, ” On Visual Similarity Based 3D Model Retrieval ” , Computer Graphics Forum, vol.22, no.3, pp.223-232, 2003D.Y. Chen, X.P. Tian, Y.T. Shen, and M. Ouhyoung, “On Visual Similarity Based 3D Model Retrieval”, Computer Graphics Forum, vol.22, no.3, pp.223-232, 2003 古屋 貴彦, 松田 隆弘, 栗田 侑希紀, ”多視点画像特徴の多様体を用いたスケッチによる3 D モデルの検索” , NICOGRAPH,2013.Takahiko Furuya, Takahiro Matsuda, Yuki Kurita, “Retrieval of 3D models by sketches using manifolds of multi-view image features”, NICOGRAPH, 2013. 立間 淳司, 関 洋平, ”多重フーリエスペクトル表現に基づく三次元モデルの形状類似検索” , 電子情報通信学会論文誌 Vol.J91-D,No.1, pp.23-36, 電子情報通信学会, 2008Shinji Tatema, Yohei Seki, “Shape Similarity Search for 3D Models Based on Multi-Fourier Spectral Representation”, IEICE Transactions Vol.J91-D, No.1, pp.23-36, IEICE, 2008 A.S. Deshmukh, A.G. Banerjee, S.K. Gupta, R.D. Sriram,” Content-based assembly search: A step towards assemblyreuse” , Computer-Aided Design, vol.40, issue 2, pp.244-261,2008A.S. Deshmukh, A.G. Banerjee, S.K.Gupta, R.D.Sriram, “Content-based assembly search: A step towards assemblyreuse”, Computer-Aided Design, vol.40, issue 2, pp.244-261,2008 Pablo F. Alcantarilla, Adrien Bartoli and Andrew J. Davi-son, ” KAZE Features ” European Conference on ComputerVision(ECCV), October 2012Pablo F. Alcantarilla, Adrien Bartoli and Andrew J. Davi-son, “KAZE Features” European Conference on ComputerVision (ECCV), October 2012 小坂 龍一, 立間 淳司, 青野 雅樹, ”複数視点画像の局所特徴量を用いた三次元物体の部分検索手法” , ITE Technical Report Vol.37, No.56, ME2013-124, December 2013Ryuichi Kosaka, Koji Tatema, Masaki Aono, “Partial Search Method for 3D Objects Using Local Features of Multiple Viewpoint Images”, ITE Technical Report Vol.37, No.56, ME2013-124, December 2013 脇田 志郎, 青野 雅樹, ”突起形状に着目した3次元モデルのセグメンテーション” , ITE Technical Report Vol. 35, No. 9 AIT 2011-11, HI2011-11, ME2011-50(Feb. 2011)Shiro Wakita and Masaki Aono, “Segmentation of 3D model focusing on protrusion shape”, ITE Technical Report Vol. 35, No. 9 AIT 2011-11, HI2011-11, ME2011-50 (Feb. 2011) K. Katayama and T. Sato, “ Matching 3D CAD Assembly Models with Different Layouts of Components using Projec-tions ” , IEICE Transactions on Information and Systems, Vol.E98-D(6), pp.1247-1250, 2015[10] N. Chida, T. Sato, K. Katayama, ”部品を強調した投影画像による 3 次元モデルの検索手法とその実験的評価” DEIM Forum 2016 E5-K. Katayama and T. Sato, “Matching 3D CAD Assembly Models with Different Layouts of Components using Projec-tions”, IEICE Transactions on Information and Systems, Vol.E98-D (6), pp.1247-1250, 2015 [10 ] N. Chida, T. Sato, K. Katayama, “Retrieval Method of 3D Model by Projection Image Emphasized Parts and Its Experimental Evaluation” DEIM Forum 2016 E5-

近年、 製造業で用いられる3次元CAD ソフトの普及により、3次元 CAD モデルの数は増加する一方である。これらを再利用するために 3 次元モデルの検索に対する需要は高まることが期待される。さらなる再利用の効率化にはモデルの一部分からモデル全体の検索を行う部分検索技術が必要になる。
しかし、従来提案されている手法では未だ迅速な検索の点では不十分であり、また一宇の構成要素から全体図を検索する等現在の多様な要求にこたえることができていなかった。
従って本発明の目的は、複雑な3次元CADデータを迅速に検索できるだけでなく、複雑な3次元CADデータを構成する構成要素ごとに検索を行い、かかる構成要素から完成品である3次元CADデータにアクセスする等多種多様な検索が可能な3次元CADモデル部分検索方法を提供することにある。
In recent years, the number of 3D CAD models has been increasing due to the popularization of 3D CAD software used in the manufacturing industry. In order to reuse them, the demand for 3D model search is expected to increase. In order to further improve the efficiency of reuse, a partial search technique for searching the entire model from a part of the model is required.
However, the methods proposed in the past are still insufficient in terms of quick search, and the current various demands such as searching the whole map from the components of IU have not been met.
Accordingly, an object of the present invention is not only to quickly search complicated three-dimensional CAD data, but also to search for each component constituting the complicated three-dimensional CAD data, and to obtain three-dimensional CAD data as a finished product from such components. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional CAD model partial search method capable of performing a wide variety of searches, such as accessing a database.

本発明者らは上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、
を提供することにより上記課題を解消したものである。
1.複数の3次元CADデータからなるデータ群から特定の3次元構造を包含する3次元CADデータを特定する3次元CADモデル部分検索方法であって、
上記3次元CADデータを3次元配列化する配列化ステップ、
得られた3次元モデルをCADデータの構成要素ごとに分解して要素データを得る分解ステップ、
得られた要素データを処理してサイノグラムを得るサイノグラム化ステップ、
得られたサイノグラムと元の3次元CADデータとを関連付ける関連付けステップ、
及び
上記サイノグラムを目印として各3次元データの検索を行い、構成要素データごとに照合して適合する構成要素を抽出するか、又は当該構成要素と関連付けられた3次元CADデータを抽出する、抽出ステップ
を具備する3次元CADモデル部分検索方法。
2.さらに、得られたサイノグラムの横軸を細分化すると共に各要素データを関連付けて、位置情報が関連付けられた位置情報サイノグラムを得る位置情報取得ステップを有し、
上記関連付けステップが、
位置情報サイノグラムと元の3次元CADデータにおける位置情報サイノグラムと対比するステップを含む
1記載の3次元CADモデル部分検索方法。
3.複数の3次元CADデータからなるデータ群から特定の3次元構造を包含する3次元CADデータを特定する3次元CADモデル検索方法であって、
上記3次元CADデータを3次元配列化する配列化ステップ、
得られた3次元モデルをCADデータの構成要素ごとに分解して要素データを得る分解ステップ、
得られた要素データを処理してサイノグラムを得るサイノグラム化ステップ、
得られたサイノグラムの横軸を細分化すると共に各要素データを関連付けて、位置情報が関連付けられた位置情報サイノグラムを得る位置情報取得ステップ、
得られたサイノグラムと元の3次元CADデータとを関連付けると共に、位置情報サイノグラムと元の3次元CADデータにおける位置情報サイノグラムと対比する、関連付けステップ、
及び
各位置情報サイノグラムを動径方向にフーリエ変換し、次いで角度方向にフーリエ変換することにより、不変量データを得、得られた不変量データを基に検索を行う
3次元CADモデル検索方法。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors,
By providing the above, the above-mentioned problems are solved.
1. A three-dimensional CAD model partial search method for specifying three-dimensional CAD data including a specific three-dimensional structure from a data group consisting of a plurality of three-dimensional CAD data,
An arraying step for converting the three-dimensional CAD data into a three-dimensional array;
A decomposing step of decomposing the obtained three-dimensional model for each component of the CAD data to obtain element data;
A sinogramization step of processing the obtained element data to obtain a sinogram;
Associating the obtained sinogram with the original 3D CAD data;
An extraction step of searching for each three-dimensional data using the sinogram as a landmark and collating each component data to extract matching components or extracting three-dimensional CAD data associated with the components A three-dimensional CAD model partial search method comprising:
2. Furthermore, it has a position information acquisition step of subdividing the horizontal axis of the obtained sinogram and associating each element data to obtain a position information sinogram associated with the position information,
The association step is
The three-dimensional CAD model partial search method according to 1, comprising a step of comparing the position information sinogram with the position information sinogram in the original three-dimensional CAD data.
3. A 3D CAD model search method for specifying 3D CAD data including a specific 3D structure from a data group consisting of a plurality of 3D CAD data,
An arraying step for converting the three-dimensional CAD data into a three-dimensional array;
A decomposing step of decomposing the obtained three-dimensional model for each component of the CAD data to obtain element data;
A sinogramization step of processing the obtained element data to obtain a sinogram;
A position information acquisition step of subdividing the horizontal axis of the obtained sinogram and associating each element data to obtain a position information sinogram associated with the position information;
An associating step for associating the obtained sinogram with the original three-dimensional CAD data and comparing the positional information sinogram with the positional information sinogram in the original three-dimensional CAD data;
And a three-dimensional CAD model retrieval method for obtaining invariant data by performing Fourier transform on each position information sinogram in the radial direction and then performing Fourier transform in the angular direction, and performing retrieval based on the obtained invariant data.

本発明の3次元CADモデル部分検索方法によれば、複雑な3次元CADデータを迅速に検索できるだけでなく、複雑な3次元CADデータを構成する構成要素ごとに検索を行い、かかる構成要素から完成品である3次元CADデータにアクセスする等多種多様な検索が可能である。   According to the 3D CAD model partial search method of the present invention, not only can complex 3D CAD data be searched quickly, but also search is performed for each component constituting the complex 3D CAD data, and the component is completed. Various searches such as accessing 3D CAD data, which is a product, are possible.

検索対象モデルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows a search object model. サイノグラムの列同士の比較の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the comparison of the columns of sinogram. サイノグラムの全体の比較の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the whole comparison of a sinogram. 投影における対応点の決定の例を示す概要図であり、(a)はクエリモデルの投影点を示し、(b)はデータベースモデルの投影点を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the example of the determination of the corresponding point in projection, (a) shows the projection point of a query model, (b) is a schematic diagram which shows the projection point of a database model. 評価に使用した部品を示す斜視図であり、(a)はClutchを、(b)はDieを、(c)はGearを示す。It is a perspective view which shows the components used for evaluation, (a) is Clutch, (b) is Die, (c) is Gear. 使用したモデルの一覧を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the list of the used model. サイノグラムの比較を用いた手法による各モデルとクエリモデルとの一致度を示すチャートであり、(a)はClutchをクエリモデルとした場合、(b)はDieをクエリモデルとした場合、(c)はGearをクエリモデルとした場合を、それぞれ示す。It is a chart which shows the coincidence degree of each model and query model by the method using the comparison of sinogram, (a) is a case where Clutch is a query model, (b) is a case where Die is a query model, (c) Indicates the case where Gear is a query model. サイノグラムの比較を用いた手法と位相限定相関法を用いた手法の検索精度を示すチャートである。It is a chart which shows the search accuracy of the method using the comparison using the sinogram and the method using the phase only correlation method. 投影数の変化と各クエリモデルにおけるデータベースモデルの一致度を示すチャートであり、(a)はClutchをクエリモデルとした場合、(b)はDieをクエリモデルとした場合、(c)はGearをクエリモデルとした場合を、それぞれ示す。It is a chart which shows the change in the number of projections and the degree of coincidence of the database model in each query model, (a) when Clutch is a query model, (b) is when Die is a query model, (c) is Gear Each case is shown as a query model. 検索に用いる投影点を削減した場合の検索制度を示すチャートである。It is a chart which shows the search system at the time of reducing the projection point used for a search. モデルのサイズを変更した場合の検索制度を示すチャートである。It is a chart which shows the search system at the time of changing the size of a model.

以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

本発明の3次元CADモデル部分検索方法は、
複数の3次元CADデータからなるデータ群から特定の3次元構造を包含する3次元CADデータを特定する3次元CADモデル部分検索方法であって、
上記3次元CADデータを3次元配列化する配列化ステップ、
得られた3次元モデルをCADデータの構成要素ごとに分解して要素データを得る分解ステップ、
得られた要素データを処理してサイノグラムを得るサイノグラム化ステップ、
得られたサイノグラムと元の3次元CADデータとを関連付ける関連付けステップ、
及び
上記サイノグラムを目印として各3次元データの検索を行い、構成要素データごとに照合して適合する構成要素を抽出するか、又は当該構成要素と関連付けられた3次元CADデータを抽出する、抽出ステップ
を行うことにより実施することができる。
The three-dimensional CAD model partial search method of the present invention includes:
A three-dimensional CAD model partial search method for specifying three-dimensional CAD data including a specific three-dimensional structure from a data group consisting of a plurality of three-dimensional CAD data,
An arraying step for converting the three-dimensional CAD data into a three-dimensional array;
A decomposing step of decomposing the obtained three-dimensional model for each component of the CAD data to obtain element data;
A sinogramization step of processing the obtained element data to obtain a sinogram;
Associating the obtained sinogram with the original 3D CAD data;
An extraction step of searching for each three-dimensional data using the sinogram as a landmark and collating each component data to extract matching components or extracting three-dimensional CAD data associated with the components It can be implemented by performing.

本発明は、3次元CADアセンブリモデルの形状だけでなく、部品の配置まで考慮した部分検索手法を提案する。検索には3次元配列を用いる(配列化ステップ)。アセンブリモデルを構成する部品の識別のため、使用されている部品の種類ごとに数値を付与する。アセンブリモデルに対して、複数の視点から投影画像を生成する(分解ステップ)。こうすることで部品に付与された数値を投影画像に反映させる(関連付けステップ)。この投影画像に対してラドン変換を施し、サイノグラムを生成する(サイノグラム生成ステップ)。こうして得られたサイノグラム同士を比較する(抽出ステップ)。なお、以下の実施形態においては、データベースモデルには3種類の3次元CADアセンブリモデルについて、部品の配置が異なる3次元 CADアセンブリモデルをそれぞれ3タイプ3種類、計27個用意し、提案手法を実験的に評価した。
本発明では投影画像に2次元ラドン変換を施し、得られたサイノグラムの性質を利用し比較を行うことで部分検索を実現する手法を提案する。検索の前準備として、検索に不要な部品の除去と部品を表すラベルの重み付けを行う。なおラベルについては設計者間で部品に対して一意にラベルが決まっているものとする。ラベルの重み付けについては、それぞれの部品に対して体積に基づいた値の設定を行うことで、ラベルの値が検索結果に与える影響を少なくした。サイノグラムの性質上、3次元アセンブリモデルの平行移動と回転量がサイノグラムの上下の平行移動に置き換わる。またサイノグラムの比較には膨大な時間がかかってしまう問題がある。そのため、回転の量を計算し投影点を絞り比較に用いるサイノグラムの数を削減することで計算量の削減を行った。
The present invention proposes a partial search method that considers not only the shape of a three-dimensional CAD assembly model but also the arrangement of parts. A three-dimensional array is used for the search (arraying step). In order to identify the parts constituting the assembly model, a numerical value is assigned to each type of part used. A projection image is generated from a plurality of viewpoints for the assembly model (decomposition step). In this way, the numerical value given to the component is reflected in the projection image (association step). Radon conversion is performed on the projection image to generate a sinogram (sinogram generation step). The sinograms thus obtained are compared (extraction step). In the following embodiment, the database model is prepared for three types of three-dimensional CAD assembly models, and three types of three-dimensional CAD assembly models having different component arrangements, each of three types and 27 types, and the proposed method is tested. Evaluated.
In the present invention, a method is proposed in which partial search is realized by performing two-dimensional radon transformation on a projected image and making a comparison using the properties of the obtained sinogram. As preparations for the search, removal of parts unnecessary for the search and weighting of the labels representing the parts are performed. It is assumed that the labels are uniquely determined for the parts among the designers. As for the label weighting, the value based on the volume is set for each part, thereby reducing the influence of the label value on the search result. Due to the nature of the sinogram, the translation and rotation amount of the three-dimensional assembly model is replaced by the vertical translation of the sinogram. In addition, there is a problem that it takes enormous time to compare sinograms. Therefore, the amount of calculation was reduced by calculating the amount of rotation and reducing the number of sinograms used to compare projection points for aperture comparison.

<部分検索>
本発明で扱う部分検索については「クエリモデルをすべて含むデータベースモデルを検索すること」を定義とする。つまり、データベースモデルの一部がクエリモデルと一致するモデル」を検索することである。図1に示す Gear モデルを例に本稿で扱う部分検索について説明する。アセンブリモデルとは図1に示すように複数の部品が組み合わさって1つのモデルが構成されているモデルのことを表す。本発明で扱う部分検索は、Gearモデルの構成部品である"Cap" をクエリモデルとしてデータベースモデルのギアモデルを検索することを表す。ただ Gear モデルは、"Cap" を6つもっている。クエリモデルが"Cap" 6つでありデータベースモデルと同じ配置で構成されるのであれば当然部分検索である。しかし本発明ではクエリモデル"Cap" 1つの場合も6つのうちの1つと同じ形状であれば、部分検索として扱う。形状検索の場合は、クエリモデルに対して類似するデータベースモデルを検索することが目的であるため、クエリモデルと検索したいデータベースモデルの形状が類似しているという前提がある。クエリモデルを Gear モデルとした場合、Gear モデルに形状が似ているデータベースモデルを検索することを形状検索という。しかし部分検索においては、データベースモデルの一部であるため、 検索したいデータベースのモデルと形状が類似しているとは限らない。そのため、画像の類似度を計算するだけでは、部分検索の実現は難しい。
<Partial search>
The partial search handled in the present invention is defined as “searching a database model including all query models”. That is, it is to search for “a model in which a part of the database model matches the query model”. The partial search handled in this paper will be described using the Gear model shown in Fig. 1 as an example. As shown in FIG. 1, the assembly model represents a model in which a plurality of parts are combined to form one model. The partial search handled in the present invention represents searching the gear model of the database model using “Cap”, which is a component of the Gear model, as a query model. However, the Gear model has six “Caps”. If the query model has six “Caps” and is configured in the same arrangement as the database model, it is naturally a partial search. However, in the present invention, even if one query model “Cap” has the same shape as one of the six, it is treated as a partial search. In the case of shape search, since the purpose is to search a database model similar to the query model, there is a premise that the shape of the database model to be searched is similar to the query model. When the query model is the Gear model, searching for a database model whose shape is similar to the Gear model is called shape search. However, since partial search is part of the database model, the shape of the database model to be searched is not necessarily similar. Therefore, it is difficult to realize partial search only by calculating the similarity of images.

<提案手法>
以下、本発明の部分検索方法の各ステップを説明する。
(配列化ステップ)
上記配列ステップは、上記3次元CADデータを3次元配列化する配列化ステップである。
3次元CADアセンブリモデルの形状と、使用している部品の配置を考慮した部分検索手法を提案する。検索に用いるアセンブリモデルの形式は3次元配列である。すなわち、通常3次元CADデータは3次元配列されたデータであるので、3次元配列されたデータであればそのまま使用する。また、異なる形式で表されている場合は3次元配列へと公知の関数を用いて変換する。
3次元配列の大きさは元の3次元アセンブリモデルの大きさに比例した大きさとする。
使用されている部品ごとにラベルを付与することで部品の情報を含む3次元配列となる。またこのラベルの情報については設計者間で共通のラベルリストがあり、ラベルに対して一意に部品が決まっているものとする。
<Proposed method>
Hereinafter, each step of the partial search method of the present invention will be described.
(Array step)
The arrangement step is an arrangement step for converting the three-dimensional CAD data into a three-dimensional arrangement.
We propose a partial search method that takes into account the shape of the 3D CAD assembly model and the arrangement of the parts used. The format of the assembly model used for the search is a three-dimensional array. That is, since the three-dimensional CAD data is usually three-dimensionally arranged data, the three-dimensionally arranged data is used as it is. If it is expressed in a different format, it is converted into a three-dimensional array using a known function.
The size of the three-dimensional array is proportional to the size of the original three-dimensional assembly model.
By giving a label to each used part, a three-dimensional array including part information is obtained. For this label information, there is a common label list among designers, and parts are uniquely determined for the label.

配列化ステップの前、同時又は後に前処理を行うのが好ましい。
一般に部分検索の場合、使用されている部品の種類や数が異なる為、比較対象との形状が異なり検索が難しい場合がある。そのような場合には検索の精度を上げる為に、検索の前処理を行い、不要な部品の排除とラベルの再付与を行うことが好ましい。
不要な部品の削除とは、 データベースモデルに含まれている部品の中でクエリモデル(後述する)に含まれていない部品を削除することを表す。 元々のラベルの値を検索に用いると、ラベル間の差異によって検索の結果に影響を及ぼす。ラベル値の影響は完全にはなくならないが、 ラベルの値を再付与し影響をできるだけ少なくする。
この前処理について具体的に説明すると、例えば以下のように行う。
3次元アセンブリモデルmの3次元配列の要素数を V(m)とする。同様にmの構成部品である ckの要素数をV (ck)とする。また比較対象のモデルを p とする。このとき前処理として以下の方法を行う。(1)mの構成部品のうち、p の構成部品ではない部品 ck に対してラベル0を付与する。(2)mの構成部品であるckのうち要素が0でない部品に対して、1=V (ck) をラベル値として再付与する。
Pretreatment is preferably performed before, simultaneously with, or after the sequencing step.
In general, in the case of partial search, since the type and number of parts used are different, the shape of the comparison target may be different and search may be difficult. In such a case, in order to increase the accuracy of the search, it is preferable to perform pre-processing of the search to eliminate unnecessary parts and reassign labels.
Deletion of unnecessary parts means deleting parts that are not included in the query model (described later) among the parts included in the database model. When the original label value is used in the search, the difference between the labels affects the search result. The effect of the label value is not completely eliminated, but the value of the label is reassigned to minimize the effect.
This preprocessing will be specifically described, for example, as follows.
Let V (m) be the number of elements of the three-dimensional array of the three-dimensional assembly model m. Similarly, let V (ck) be the number of elements of ck, which is a component of m. Also, let p be the model to be compared. At this time, the following method is performed as preprocessing. (1) A label 0 is assigned to a part ck that is not a constituent part of p 1 among constituent parts of m. (2) Reassign 1 = V (ck) as a label value to a component whose element is not 0 among ck which is a component of m.

(分解ステップ)
このステップは、得られた3次元モデルをCADデータの構成要素ごとに分解して要素データを得るステップであり、3次元CADアセンブリモデルの特徴量を得るステップとして把握することができる。
3次元モデルの位置や向きはそれぞれ異なるため、一般的には事前に姿勢の正規化を行う。3次元アセンブリモデルの検索の場合、機械部品を扱うため対称の形状を持ったり、 部品が円形であったりするため向きが一意に決まらないという問題がある。3次元モデルの平行移動や回転に普遍な検索を行う為には、モデルの平行移動や回転に対して頑強な特徴量が必要である。そのような特徴量を得る為に、様々な角度からアセンブリモデルに対しての投影画像を得る。クエリモデルとデータベースモデルの比較は投影画像の特徴量を用いる。投影画像は、アセンブリモデルの3次元配列の投影面に対して垂直な値の和であり、モデルの形状や構成部品の配置も画像に反映されている。 本実施形態においてはGeodesic Dome の頂点座標を投影点として、3次元アセンブリモデルの特徴量を得る。
(Disassembly step)
This step is a step of obtaining the element data by decomposing the obtained three-dimensional model for each component of the CAD data, and can be grasped as a step of obtaining the feature amount of the three-dimensional CAD assembly model.
Since the position and orientation of the three-dimensional model are different from each other, the posture is generally normalized in advance. In the case of searching for a 3D assembly model, there is a problem that the orientation is not uniquely determined because it has a symmetric shape to handle machine parts or because the parts are circular. In order to perform a universal search for translation and rotation of a three-dimensional model, a feature value that is robust against translation and rotation of the model is required. In order to obtain such feature quantities, projection images for the assembly model are obtained from various angles. The comparison between the query model and the database model uses the feature amount of the projection image. The projection image is a sum of values perpendicular to the projection plane of the three-dimensional array of assembly models, and the shape of the model and the arrangement of the component parts are also reflected in the image. In the present embodiment, the feature amount of the three-dimensional assembly model is obtained using the vertex coordinates of Geodesic Domain as projection points.

(サイノグラム化ステップ)
得られた要素データを処理してサイノグラムを得るサイノグラム化ステップ、
こうして得られた投影画像に対して、2次元ラドン変換を行うことでサイノグラムを得る。 サイノグラムの性質として2次元平面上の平行移動が動径方向の平行移動で表され、 2次元平面上の回転が偏角方向の平行移動として表される。その後、動径方向に対して1次元離散フーリエ変換を行い、振幅スペクトルを得て、さらに角度方向へ、1次元離散フーリエ変換を行い、振幅スペクトルを得る。こうすることにより、2次元空間において平行移動と回転に対して頑強な特徴量が得られる。
なお、本実施形態では、振幅スペクトルを位相限定相関法で計算する手法を比較手法として、本発明の方法の優位性を説明する(後述する)。 それに加えて形状が異なる部分検索を実現するために投影画像を2次元ラドン変換したサイノグラムを比較に用いる。
(Sinogram step)
A sinogramization step of processing the obtained element data to obtain a sinogram;
A sinogram is obtained by performing two-dimensional radon transform on the projection image thus obtained. As a property of the sinogram, a translation on the two-dimensional plane is represented by a translation in the radial direction, and a rotation on the two-dimensional plane is represented as a translation in the declination direction. Thereafter, one-dimensional discrete Fourier transform is performed on the radial direction to obtain an amplitude spectrum, and further, one-dimensional discrete Fourier transform is performed on the angular direction to obtain an amplitude spectrum. This makes it possible to obtain feature quantities that are robust against translation and rotation in a two-dimensional space.
In the present embodiment, the advantage of the method of the present invention will be described using a method of calculating an amplitude spectrum by the phase-only correlation method as a comparison method (described later). In addition, a sinogram obtained by two-dimensional radon transform of the projected image is used for comparison in order to realize partial retrieval with different shapes.

(関連付けステップ)
このステップは、得られたサイノグラムと元の3次元CADデータとを関連付けるステップである。具体的には、上述の分解ステップにおいて特徴量を算出する際に、投影前の3次元アセンブリモデルのデータと関連付けを行うか、上述のサイノグラム化ステップで得られたサイノグラムを投影前のデータにさかのぼって関連付けを行うことにより行う。本実施形態においては、前者の方法を採用しており、分解ステップにおいて、絵次元アセンブリモデルのデータを、投影、特徴量の算出、サイノグラム化まで型ぞっくして関連付けを行うことにより、本ステップを実施している。
(Association step)
This step is a step of associating the obtained sinogram with the original three-dimensional CAD data. Specifically, when calculating the feature amount in the above-described decomposition step, it is associated with the data of the three-dimensional assembly model before projection, or the sinogram obtained in the above-described sinogram conversion step is traced back to the data before projection. To do so. In the present embodiment, the former method is adopted, and in the decomposition step, the data of the picture dimension assembly model is associated with each other through projection, calculation of feature values, and sinogram formation. Has been implemented.

(抽出ステップ)
本ステップは、上記サイノグラムを目印として各3次元データの検索を行い、構成要素データごとに照合して適合する構成要素を抽出するか、又は当該構成要素と関連付けられた3次元CADデータを抽出する、ステップである。本ステップにおいては、アセンブリモデル間の一致度>
アセンブリモデルの特徴量は上述のように投影を経て得られているので2次元配列で表されている。一致度の計算に用いるのは投影画像に対して2次元ラドン変換を行ったサイノグラムである。特徴量の抽出の手順は 表1に示すAlgorithm1に示す。2つのサイノグラムを比較し、サイノグラム間の一致度を計算する。 2つのサイノグラムの一致度の計算の手順は表1に示すAlgorithm2と表1に示すAlgorithm3 に表す。 Algorithm2はサイノグラム間の一致度の計算の手順を表している。Algorithm2 のCirc(syn, k) はsynを偏角方向にkずらし、配列の大きさが偏角の大きさを超えた場合は、 また配列の1番目から順に値を格納していく処理を表している。これは2次元平面上の物体の回転量が偏角方向の平行移動に置き換わるサイノグラムの性質を利用した処理である。 Algorithm3 はサイノグラムの列同士の比較の手順を表している。Algorithm3 の Extension(s, )I) は sを動径方向にiだけずらし、配列の大きさが動径方向の大きさを超えた場合は、 配列を拡張し0を代入する処理を表している。 またサイノグラムの比較の例を図2と図3に示す。 図 4 はサイノグラムの一列同士の比較の手順を示しており、 図3はサイノグラムの全体の比較の流れを示している。 パラメータはそれぞれのAlgorithm と対応している。 図2はサイノグラムの列S1とS2の比較の手順を示している。 まずはS1とs2の各要素の差を計算する。計算した値の中で0より大きい値は0とする。S2を動径方向に一行ずつずらしてこの処理を繰り返す。 得られたNの総和をサイノグラムの列間の一致度とする。 図3はサイノグラム syn1とsyn2の比較の手順を示している。 まずそれぞれのサイノグラムの列を取り出し、列間の一致度を図2の手順で計算する。syn2を偏角方向にずらしてこの処理を繰り返す。そうして得られたmdegree1 の各列の最小値を mdegree2とする。
mdegree2の総和がサイノグラム間の一致度mdegreeとなる。計算された一致度については差であり、 数値は負になるが値が大きいほどモデルが一致していることを表す。しかし一致度が0を超える場合は、クエリモデルの方が大きいことを表すため除く。モデル間の一致度を計算する手順を表2に示す Algorithm4 に表す。
(Extraction step)
In this step, each three-dimensional data is searched using the sinogram as a landmark, and a matching component is extracted by matching for each component data, or three-dimensional CAD data associated with the component is extracted. Is a step. In this step, the degree of agreement between assembly models>
Since the feature amount of the assembly model is obtained through projection as described above, it is represented by a two-dimensional array. A sinogram obtained by performing two-dimensional radon transformation on the projection image is used for calculating the degree of coincidence. The feature extraction procedure is shown in Algorithm 1 shown in Table 1. The two sinograms are compared and the degree of agreement between the sinograms is calculated. The procedure for calculating the coincidence between the two sinograms is shown in Algorithm 2 shown in Table 1 and Algorithm 3 shown in Table 1. Algorithm2 represents the procedure for calculating the coincidence between sinograms. Circ (syn, k) of Algorithm2 represents the process of storing values in order from the first array when the array is larger than the argument by shifting syn in the declination direction by k. ing. This is a process utilizing the property of sinogram in which the amount of rotation of an object on a two-dimensional plane is replaced by parallel movement in the declination direction. Algorithm3 represents the procedure for comparing sinogram columns. Extension (s,) I) of Algorithm 3 represents the process of shifting s by i in the radial direction and expanding the array and substituting 0 when the size of the array exceeds the radial direction. . Examples of sinogram comparison are shown in FIGS. Fig. 4 shows the sequence of comparison of the sinograms, and Fig. 3 shows the flow of the entire sinogram comparison. The parameters correspond to each Algorithm. FIG. 2 shows a comparison procedure of the sinogram rows S1 and S2. First, the difference between each element of S1 and s2 is calculated. A value greater than 0 among the calculated values is set to 0. This process is repeated by shifting S2 line by line in the radial direction. The total sum of N obtained is used as the coincidence between the sinogram columns. FIG. 3 shows a comparison procedure between the sinograms syn1 and syn2. First, the columns of each sinogram are taken out, and the degree of coincidence between the columns is calculated by the procedure of FIG. This process is repeated by shifting syn2 in the declination direction. Let mdegree2 be the minimum value of each column of mdegree1 obtained in this way.
The sum of mdegree2 is the degree of coincidence mdegree between sinograms. The calculated degree of coincidence is a difference. The numerical value is negative, but the larger the value, the more consistent the models are. However, if the degree of coincidence exceeds 0, it is excluded because it indicates that the query model is larger. The procedure for calculating the degree of coincidence between models is shown in Algorithm 4 shown in Table 2.

<一致度計算の効率化>
3次元アセンブリモデルの一致度の計算に、サイノグラムを用いて部分検索を行う。サイノグラムの比較に時間がかかってしまう問題がある。検索にかかる時間を削減するために2つの工夫を行う。1つ目が投影数の削減である。従来、クエリモデルの投影数とデータベースモデルの投影数を等しくして投影画像の比較を行っていた。本実施形態においてはクエリモデルの投影数を減らして検索を行うことで効率化を図った。2つ目の工夫として、クエリモデルの投影点間から回転量を計算し、データベースモデルの投影点を絞り比較するサイノグラムの数を減らすことで計算量の削減を行った。 例えば図 4に示すクエリモデルの投影点のように、AからFまでの6つの投影点から投影画像を生成している場合、 点 A から生成したクエリモデルの投影画像1枚に対してデータベースモデルの全ての投影点から生成した投影画像との一致度を計算していた。クエリモデルの投影画像に対して、 最も一致度が高い投影画像を持つ投影点を対応点と呼ぶとすると、クエリモデルの投影画像1枚目の対応点がわかれば、2枚目の対応点の座標は Geodesic Dome の頂点座標の回転量から計算することができる。 クエリモデルの投影画像1枚目の対応点は、 クエリモデルの投影画像1枚目とデータベースモデルの全ての投影画像の一致度を計算し、 最も一致度が高い投影画像の投影点を対応点とする。 例えば図4においてクエリモデルの投影画像1枚目の対応点が投影点Gだったとする。 投影点Gに対して、Geodesic Domeの頂点座標から計算した回転量分だけ回転をした点をG’とすると、クエリモデルの投影画像2枚目の対応点がG’付近となるはずである。同じ点から投影されるということが起こりにくいため、本実施形態では計算した点の座標から距離が近い5つの投影点を対応点の候補の点を候補点とする。クエリモデルの投影画像2枚目以降との一致度計算についてはこの候補点から得られた投影画像のみと計算を行い、候補点の中で最も一致度が高い投影画像が得られた点をそれ以降の対応点とし一致度計算を行っていく。
<Efficient calculation of coincidence>
A partial search is performed using a sinogram for calculating the degree of coincidence of the three-dimensional assembly model. There is a problem that it takes time to compare sinograms. Two measures are taken to reduce the time required for the search. The first is a reduction in the number of projections. Conventionally, projection images are compared by making the number of projections of the query model equal to the number of projections of the database model. In the present embodiment, efficiency is improved by performing a search by reducing the number of projections of the query model. As a second contrivance, the calculation amount was reduced by calculating the rotation amount between the projection points of the query model and reducing the number of sinograms for comparing and comparing the projection points of the database model. For example, when the projection image is generated from the six projection points A to F like the projection points of the query model shown in FIG. 4, the database model is generated for one projection image of the query model generated from the point A. The degree of coincidence with the projection image generated from all the projection points was calculated. If the projection point having the projection image with the highest degree of coincidence with the projection image of the query model is called a corresponding point, if the corresponding point of the first projection image of the query model is known, the second corresponding point The coordinates can be calculated from the rotation amount of the vertex coordinates of Geodesic Domain. The corresponding point of the projection image of the query model is calculated by calculating the degree of coincidence between the first projection image of the query model and all projection images of the database model, and the projection point of the projection image having the highest degree of coincidence is defined as the corresponding point. To do. For example, in FIG. 4, it is assumed that the corresponding point of the first projection image of the query model is the projection point G. If the point rotated by the rotation amount calculated from the vertex coordinates of the Geodesic Domain with respect to the projection point G is G ′, the corresponding point of the second projection image of the query model should be near G ′. Since it is unlikely to be projected from the same point, in this embodiment, five projected points that are close in distance from the calculated point coordinates are set as candidate points of corresponding points. For the coincidence calculation with the second and subsequent projection images of the query model, calculation is performed only with the projection image obtained from this candidate point, and the point at which the projection image with the highest coincidence among the candidate points is obtained is calculated. The degree of coincidence is calculated using the corresponding points thereafter.

<評価実験>
本実施形態における評価のために、部品の配置が異なる3次元 CADアセンブリモデルを用いて実験的評価をした。 GrabCAD[9] から選んだ、様々な部品を持つ図5に示すClutch、Die、Gear の3種類の3次元CAD アセンブリモデルを選び、簡素化のためにいくつかの部品を削除した。3種類のモデルそれぞれをモデルの構成によってタイプ1からタイプ3に分類した。タイプ1はコンポーネントの総数に違いがあるモデル、タイプ2はコンポーネント数は一致、コンポーネントの部品数に違いがあるモデル、タイプ3はコンポーネントの総数、部品数両方に違いがあるモデルである。それぞれのタイプの中で部品の配置が異なる3種類のモデルを作成した。Clutch、Die、Gearそれぞれに対して、 タイプ1としてA、B、Cの3種類のモデルを用意した。 Aを正解モデルとし、B、Cを不正解モデルとする。 タイプ2についてはDを正解モデル、e、Fを不正解モデルとする。 タイプ3については Gを正解モデル、H、Iを不正解モデルとする。
モデルの一覧を表 3に示す。クエリとして与えられたアセンブリモデルをクエリモデルと呼び、 クエリモデルと比較するアセンブリモデルをデータベースモデルと呼ぶ。 データベースモデルは、Clutch、Die、Gearの3種類に対して9パターン、 計 27 個のアセンブリモデルを用意した。 クエリモデルとしてClutch、Die、Gearの3モデルを用意した。 それぞれにランダムに平行移動と回転を加えたアセンブリモデルを10種類ずつ用意した。 データベースモデルにも、 それぞれランダムな平行移動と回転を加えた。 実験に用いたモデルを図6に示す。 色調の違いは部品の違いを表している。 Clutchモデルの構成についても表3に示す。 モデルのサイズは64 ×64V64、データベースモデルの投影数は162、 クエリモデルの投影数は 42 で実験を行う。 Visual C++2012、 MATLAB 2015b を Windows 7 Professional 64 bit 上で用い、 2.8GHz Intel Core i3 プロセッサ、 16GB RAM のコンピュータで実験を行った。
<Evaluation experiment>
For the evaluation in this embodiment, an experimental evaluation was performed using a three-dimensional CAD assembly model in which the arrangement of parts is different. Three types of three-dimensional CAD assembly models shown in FIG. 5 having various parts selected from GrabCAD [9] were selected, and some parts were deleted for simplification. Each of the three models was classified from type 1 to type 3 depending on the model configuration. Type 1 is a model in which the total number of components is different, Type 2 is a model in which the number of components is the same and the number of component parts is different, and Type 3 is a model in which both the total number of components and the number of parts are different. Three types of models with different parts arrangements were created. For Clutch, Die, and Gear, three types of models A, B, and C were prepared as type 1. Let A be a correct model and B and C be incorrect models. For Type 2, D is the correct model and e and F are incorrect models. For Type 3, G is the correct model and H and I are the incorrect models.
Table 3 shows a list of models. An assembly model given as a query is called a query model, and an assembly model to be compared with a query model is called a database model. The database model was prepared in 9 patterns for 27 types of Clutch, Die, and Gear, a total of 27 assembly models. Three models of Clutch, Die, and Gear were prepared as query models. Ten types of assembly models, each of which was randomly translated and rotated, were prepared. We also added random translation and rotation to the database model. The model used for the experiment is shown in FIG. Differences in color represent differences in parts. The configuration of the Clutch model is also shown in Table 3. The model size is 64 × 64V64, the number of database model projections is 162, and the number of query model projections is 42. Visual C ++ 2012 and MATLAB 2013b were used on Windows 7 Professional 64 bits, and experiments were performed with a 2.8 GHz Intel Core i3 processor and 16 GB RAM computer.

比較手法として、位相限定相関法を用いた3次元モデル検索を行った。本実施形態の方法と同様に、3次元モデルの形状と部品の配置の識別をした。検索に用いる特徴量はAlgorithm1で得たサイノグラムのパワースペクトルを計算したものである。 モデル間の一致度計算の手順については表4のAlgorithm5に示す。Algorithm5のPOC(f (m1, v ), f (m2, v )) は特徴量 f (m1, v ) と f (m2, v ) を位相限定相関法で比較することを表す。   As a comparison method, a three-dimensional model search using a phase-only correlation method was performed. Similar to the method of the present embodiment, the shape of the three-dimensional model and the arrangement of parts were identified. The feature quantity used in the search is the power spectrum of the sinogram obtained with Algorithm1. The procedure for calculating the degree of coincidence between models is shown in Algorithm 5 of Table 4. POC (f (m1, v), f (m2, v)) of Algorithm 5 represents that the feature quantities f (m1, v) and f (m2, v) are compared by the phase-only correlation method.

<部品の配置が異なる3次元 CAD アセンブリモデルの識別>
部品の配置が異なるモデルを用いて、提案手法を実験的に評価した。前述の計 27 個のアセンブリモデルをデータベースモデルとし、それらのモデルについてあらかじめ投影画像を生成しておく。 投影画像は各モデルで 162 枚用意し、 27 個のモデルの投影画像に対してサイノグラムを生成し、それらを用いた。クエリモデルも同様に投影画像を 42 枚生成し、それらを用いてデータベース検索を行う。 図7 が Clutch、 Die、 Gearの各データベースモデルとクエリモデルとの一致度を提案手法で計算したものである。Clutch、 Die、 Gearの各モデルのタイプ内で正解モデル (各モデルの A、 D、 G) の一致度が最も高いという結果を得ることができた。この結果から、本発明の手法は実験で使用したアセンブリモデルについては、タイプごとに分類すれば、形状だけでなく、部品の配置が異なるアセンブリモデルの部分検索の識別ができているとわかる。Clutchモデルのタイプ3のモデル (Clutch G、 H、 I) については他のタイプ1、 2の結果より全体的に一致度が高い。 Clutch H、 I については不正解モデルであるが、タイプ2の正解モデルより一致度が高くなっている。 すなわちタイプごとに分類せずに検索を行うよりも、タイプごとに分類した方がより高い精度で検索を行うことができることがわかる。 各手法の検索精度を図8に示す。なお、本実施形態における検索精度とは、クエリモデルの集合をQとすると以下のように表される。
検索精度 =(|タイプ内で最も一致度が高いモデルのうち; 正解モデルであるモデルの数 |)/|Q|
<Identification of 3D CAD assembly models with different component arrangements>
The proposed method was experimentally evaluated using models with different component arrangements. The aforementioned 27 assembly models are used as database models, and projection images are generated in advance for these models. For each model, 162 projection images were prepared, and sinograms were generated for the projection images of 27 models, and these were used. Similarly, the query model generates 42 projection images and searches the database using them. FIG. 7 shows the degree of coincidence between the database models of Clutch, Die, and Gear and the query model calculated by the proposed method. The results showed that the correct model (A, D, G of each model) had the highest degree of agreement among the types of Clutch, Die, and Gear models. From this result, it can be seen that the assembly model used in the experiment can be classified by type according to the method of the present invention, and it is possible to identify partial searches of assembly models that differ not only in shape but also in component arrangement. The Clutch model type 3 model (Clutch G, H, I) is generally more consistent than the other type 1 and 2 results. Clutch H and I are incorrect models, but the degree of coincidence is higher than that of the type 2 correct model. In other words, it can be understood that the search can be performed with higher accuracy by classifying by type than by performing the search without classifying by type. The search accuracy of each method is shown in FIG. The search accuracy in the present embodiment is expressed as follows when a set of query models is Q.
Search accuracy = (| Among models with the highest degree of matching among types; Number of models that are correct models |) / | Q |

<投影数を変化させた時の検索精度と処理時間>
投影画像の枚数を変化させ、データベース検索の実験を行い、我々の提案手法の検索精度とモデル間の一致度計算にかかる処理時間の評価を行う。 本稿では投影画像の枚数は、 GeodesicDome の頂点数によって決定する。 ここでは頂点数を 42、 92、162、 252、 362 と変化させ、 投影枚数を 42 枚、 92 枚、 162 枚、 252枚、 362 枚と変化させたときのデータベースの各モデルの一致度と処理時間を評価する。 図 9はそれぞれ正解モデルを ClutchA、 Die A、 Gear A としたときのクエリモデルとデータベース内の各モデルとの一致度を表している。 図9から、 正解モデルが Clutch A、 Die A のときは、 投影数を変えても正解モデルの一致度が一番高くなっていることがわかる。 すなわちタイプごとであれば正しく検索ができているといえる。しかし、正解モデルが Gear A のときでは、 投影数によっては正解モデルではないモデルの一致度が最大の一致度となっている場合がある。これは、モデルの姿勢の影響により 一致度が高い投影画像が少ないために、検索ができなかったと考えられる。
<Search accuracy and processing time when the number of projections is changed>
We experiment with database search by changing the number of projected images, and evaluate the search accuracy of our proposed method and the processing time required to calculate the degree of coincidence between models. In this paper, the number of projected images is determined by the number of vertices of GeodesicDome. Here, the number of vertices is changed to 42, 92, 162, 252 and 362, and the matching degree and processing of each model in the database when the number of projections is changed to 42, 92, 162, 252 and 362 Evaluate time. FIG. 9 shows the degree of agreement between the query model and each model in the database when the correct model is ClutchA, Die A, and Gear A, respectively. From Fig. 9, it can be seen that when the correct model is Clutch A and Die A, the correct model has the highest degree of matching even if the number of projections is changed. In other words, it can be said that the search is correctly performed for each type. However, when the correct model is Gear A, depending on the number of projections, the model that is not the correct model may have the highest match. This is probably because the number of projected images with a high degree of coincidence was small due to the influence of the model's posture, and the search was not possible.

<計算量削減による処理時間への影響>
最も処理時間がかかっているのが、 サイノグラムの比較である。 処理時間を短縮するためにサイノグラムの比較を行う回数を減らし、 計算量を削減する。 提案手法では 3。 4 で述べた方法で計算量の削減を行い、 検索精度とモデル間の一致度計算にかかる処理時間を評価する。 2枚目以降の一致度計算に用いる投影点の数を 3、 5、 12、 42、 92、 162 と変化させた場合の処理時間が図10である。 また投影点を削減した場合の提案手法の検索精度の変化を図11に示す。 図11より投影点を5点まで削減しても検索精度にあまり影響がないことがわかる。しかし、投影点を3点まで削減してしまうと、 検索精度が低下してしまう。これは、投影点の削減により正しい対応点がとれなくなっていることが原因だと思われる。投影点の削減を行わない場合、比較に用いる投影点の数は 162 である。 提案手法では2枚目以降の一致度計算に用いる投影点の数を5点に削減し、 モデル間の一致度計算にかかる処理時間を5%まで短縮することができた。
<Effects on processing time due to reduction in calculation amount>
The longest processing time is the comparison of sinograms. To reduce processing time, reduce the number of comparisons of sinograms and reduce the amount of calculation. 3 for the proposed method. The amount of computation is reduced by the method described in Section 4, and the processing time required to calculate the search accuracy and the matching score between models is evaluated. FIG. 10 shows the processing time when the number of projection points used for the second and subsequent coincidence calculation is changed to 3, 5, 12, 42, 92, 162. FIG. 11 shows the change in the search accuracy of the proposed method when the number of projection points is reduced. From FIG. 11, it can be seen that even if the number of projection points is reduced to five, the search accuracy is not significantly affected. However, if the number of projection points is reduced to 3, the search accuracy will decrease. This seems to be due to the fact that correct corresponding points cannot be obtained due to the reduction of projection points. If projection points are not reduced, the number of projection points used for comparison is 162. In the proposed method, the number of projection points used for calculating the degree of coincidence for the second and subsequent sheets was reduced to 5, and the processing time for calculating the degree of coincidence between models could be reduced to 5%.

<効果>
本実施形態の方法によれば、投影画像を用いて、3次元 CAD アセンブリモデルの形状や部品の数だけでなく、 部品の配置まで考慮した部分検索が高精度に行うことができる。 形状が異なる部分検索の実現のためにサイノグラムを用いて比較を行い、比較にかかる時間は、投影数の削減と比較に用いる投影点の削減により実現することができる。
<Effect>
According to the method of the present embodiment, a partial search can be performed with high accuracy using the projection image in consideration of not only the shape of the three-dimensional CAD assembly model and the number of parts but also the arrangement of the parts. Comparison is performed using sinograms to realize partial searches with different shapes, and the time required for the comparison can be realized by reducing the number of projections and the number of projection points used for comparison.

また、本実施形態の検索方法においては、
さらに、得られたサイノグラムの横軸を細分化すると共に各要素データを関連付けて、位置情報が関連付けられた位置情報サイノグラムを得る位置情報取得ステップを有し、
上記関連付けステップが、
位置情報サイノグラムと元の3次元CADデータにおける位置情報サイノグラムと対比するステップを含む
ようにすることもできる。
In the search method of the present embodiment,
Furthermore, it has a position information acquisition step of subdividing the horizontal axis of the obtained sinogram and associating each element data to obtain a position information sinogram associated with the position information,
The association step is
A step of comparing the position information sinogram with the position information sinogram in the original three-dimensional CAD data may be included.

(位置情報取得ステップ)
本ステップは、得られたサイノグラムの横軸を細分化すると共に各要素データを関連付けて、位置情報が関連付けられた位置情報サイノグラムを得るステップである。
部分検索においては、クエリモデルに包含されるモデルを検索する場合と、クエリモデルを包含するモデルを検索する場合が考えられるが、本実施形態においては前者を前提とする。なお、後者の場合でも、後述する差の方向を変更することで対応できる。
この位置情報取得ステップを行う場合のアルゴリズムを表5の Algorithm 1 に示す.Algorithm 1 は,以下に示すステップによりデータベースモデルとクエリモデルの比較を行うものである。なお、ここでは配列化ステップは省略している。
( 1 ) データベースモデル及びクエリモデルのサブアセンブリの全ての組み合わせの中から、対応候補となる組み合わせを探す(前処理ステップ)。
( 2 ) “Geodesic Sphere” の頂点座標から2次元平面への投影画像を,データベースモデルとクエリモデルの各サブアセンブリについて計算する(分解ステップ)。
( 3 ) ラドン変換によって投影画像からサイノグラムを構成する(サイノグラム化ステップ)。
( 4 ) 対応候補となるサブアセンブリの組について,サイノグラム間の相違度を計算する。
( 5 ) 得られた相違度を基に,データベースモデルとクエリモデルのサブアセンブリの対応関係を決定して,そのときの相違度をデータベースモデルとクエリモデルの間の相違度として返す(4及び5で位置情報取得ステップ)。
ここで,アセンブリモデル内で同じ材質ラベルを持つ部品の集合をサブアセンブリと呼ぶ。また、アセンブリモデルmのサブアセンブリを集合SA(m)として表し、mに含まれる部品からなる集合をC(m)のように表す。同様に、サブアセンブリsa∈SA(m)について、C(sa)はsaに含まれる部品の集合を表す。本実施形態では、C(sa) には同じ部品のみ含まれるものとする。
(Location information acquisition step)
This step is a step of subtracting the horizontal axis of the obtained sinogram and associating each element data to obtain a position information sinogram associated with the position information.
In the partial search, there are a case where a model included in the query model is searched and a case where a model including the query model is searched. In the present embodiment, the former is assumed. Note that the latter case can be dealt with by changing the direction of the difference described later.
The algorithm for this location information acquisition step is shown in Algorithm 1 in Table 5. Algorithm 1 compares the database model and the query model according to the following steps. Here, the arrangement step is omitted.
(1) Search for a combination as a candidate for correspondence from all combinations of database model and query model subassemblies (pre-processing step).
(2) The projection image from the vertex coordinates of “Geodesic Sphere” onto the two-dimensional plane is calculated for each subassembly of the database model and the query model (decomposition step).
(3) Construct a sinogram from the projected image by radon transformation (sinogram step).
(4) Calculate the difference between sinograms for the set of candidate subassemblies.
(5) Based on the obtained dissimilarity, the correspondence between the database model and the query model subassembly is determined, and the dissimilarity at that time is returned as the dissimilarity between the database model and the query model (4 and 5). In the location information acquisition step).
Here, a set of parts having the same material label in the assembly model is called a subassembly. A subassembly of the assembly model m is represented as a set SA (m), and a set composed of parts included in m is represented as C (m). Similarly, for subassembly saεSA (m), C (sa) represents a set of parts included in sa. In the present embodiment, it is assumed that only the same parts are included in C (sa).

(前処理ステップ)
データベースモデル mdとクエリモデル mqが与えられたとき、2つのアセンブリモデル間の材質情報の対応関係が不明となるため,まず mdに含まれるサブアセンブリ毎に,mqのどのサブアセンブリが同じ部品を含んでいるかを判定する.サブアセンブリ sad∈SA(md) および saq∈SA(mq) について,sadに含まれる部品 cd∈C(sad) の体積 Vol(cd) と,sadに含まれる部品総数|C(sad)|を,saqに含まれる部品 cq∈C(saq) の体積 Vol(cq) 及び,saqに含まれる部品総数 |C(saq)|とそれぞれ比較する。体積比|Vol(cq)/Vol(cd)−1|が閾値 tよりも大きければ,cqは cdとは異なる部品とみなし,sadは saqに含まれないとみなす。また,|C(sad) | が |C(saq) |よりも大きい時は、明らかに sadは saqに含まれない。表6のAlgorithm 2 に,mdと mqのサブアセンブリ毎の対応を判定し,対応候補となるペアを格納した集合 CRP を返すアルゴリズムを示す。
次に、CRP を基に、 mdのサブアセンブリに対して mqのサブアセンブリが一対一に対応するような組み合わせを全て求め、集合 CSA を構成する。この処理は、Algorithm 1 の 10 行目における関数 MakeSubassemblyPairs(CRP ) によって行う。例えば,CRP ={ (sad 1; saq 1); (sad 1; saq 2); (sad 2; saq 1); (sad 2; saq 2)) } であるとき,戻り値 CSA は, CSA ={ ((sad 1; saq 1); (sad 2; saq 2));((sad 1; saq 2); (sad 2; saq 1)) }となる.材質情報の一対一対応が取れず、|CSA|= 0 となる場合には,mdと mqは異なるアセンブリモデルと判断して、処理を終了する。
(Pre-processing step)
When the database model m d and query model m q are given, since the correspondence between the material information between the two assembly model is unknown, for each sub-assembly is first included in the m d, the subassembly m q throat Judge whether the same parts are included. For subassemblies sa d ∈SA (m d) and sa q ∈SA (m q), and sa component contained in the d c d ∈ C volume Vol of (sa d) (c d) , components contained in sa d total | C (sa d) | a volume Vol of components c q ∈ C contained in sa q (sa q) (c q) and, sa parts total number included in the q | C (sa q) | and respectively compared To do. If the volume ratio | Vol (c q ) / Vol (c d ) −1 | is greater than the threshold value t, c q is regarded as a part different from c d and sa d is regarded as not included in sa q . When | C (sa d ) | is larger than | C (sa q ) |, sa d is obviously not included in sa q . Algorithm 2 in Table 6 shows an algorithm that determines the correspondence of each subassembly of m d and m q and returns a set CRP that stores the pairs that are candidates for correspondence.
Next, based on CRP, all combinations in which m q subassemblies correspond one-to-one to m d subassemblies are obtained, and a set CSA is formed. This processing is performed by the function MakeSubassemblyPairs (CRP) in the 10th line of Algorithm 1. For example, when CRP = {(sa d 1 ; sa q 1 ); (sa d 1 ; sa q 2 ); (sa d 2 ; sa q 1 ); (sa d 2 ; sa q 2 ))}, Return value CSA is CSA = {((sa d 1 ; sa q 1 ); (sa d 2 ; sa q 2 )); ((sa d 1 ; sa q 2 ); (sa d 2 ; sa q 1 ) )}. If the one-to-one correspondence of the material information cannot be taken and | CSA | = 0, it is determined that m d and m q are different assembly models, and the process is terminated.

(分解ステップ)
一般に3次元モデルの空間上における位置や姿勢は製作者によって異なるため,モデルの平行移動や回転に対して頑健な特徴量が必要となる。そこでまず、モデルの仰角及び方位角方向の回転に対して頑健な特徴量を得るため,ある視点に垂直な2次元平面へのモデルの投影画像を計算する。使用する視点には,正多面体を拡張して得られる \Geodesic Sphere" の頂点座標を利用することができ、この点で上述した分解ステップと異なる。
(サイノグラム化ステップ)
本ステップについては上述したサイノグラム化ステップと同様であるが、角度を変化させながら投影ベクトルを計算し,得られた投影ベクトルを横に並べることで構成されるようにすることもできる。サイノグラムには,原画像の回転を角度方向の平行移動に変換し、平行移動を動径方向のゆらぎに変換するという特徴がある。
通常サイノグラムは,0°≦角度θ<180°の範囲で投影ベクトルを計算して構成されるが、サイノグラムの位置合わせによって投影軸方向の回転に対応するために、クエリモデルmq側のサイノグラムについては、0°≦角度θ<540°の範囲で投影ベクトルを計算する。表7のAlgorithm 3 に3次元 CADアセンブリモデルmの特徴量抽出手順を示す.前述の通り,mdについては|Ad| = 180 となり,mqについては |Aq| = 540 となる。
(Disassembly step)
In general, since the position and orientation of a three-dimensional model in space vary depending on the manufacturer, a feature amount that is robust against translation and rotation of the model is required. Therefore, first, in order to obtain a feature quantity that is robust against rotation in the elevation and azimuth directions of the model, a projection image of the model on a two-dimensional plane perpendicular to a certain viewpoint is calculated. As the viewpoint to be used, the vertex coordinates of \ Geodesic Sphere "obtained by expanding the regular polyhedron can be used, which is different from the above-described decomposition step.
(Sinogram step)
Although this step is the same as the above-described sinogram generation step, it may be configured by calculating a projection vector while changing the angle and arranging the obtained projection vectors side by side. The sinogram is characterized by converting the rotation of the original image into angular translation and converting the translation into radial fluctuation.
A normal sinogram is constructed by calculating a projection vector in the range of 0 ° ≤ angle θ <180 °. In order to correspond to rotation in the projection axis direction by alignment of the sinogram, the sinogram on the query model m q side is used. Calculates a projection vector in the range of 0 ° ≦ angle θ <540 °. Algorithm 3 in Table 7 shows the feature extraction procedure for the 3D CAD assembly model m. As described above, | A d | = 180 for m d and | A q | = 540 for m q .

(位置情報取得ステップ)
集合 CRP に含まれる md及び mqのサブアセンブリの対応候補 (saq; sad) 毎に,サイノグラムの比較を行い,候補 (sad; saq)における相違度を計算する.この処理は,Algorithm 1 における,14 行目から 18 に相当する。
サイノグラム sngd及び sngqの比較は,md及び mqの 3次元空間上における位置や姿勢のずれを埋め合わせるために,sngdを動径方向及び角度方向に移動させながら,sngqとの差を投影ベクトル単位で計算することで行っている.sngd及びsngqには、それぞれサブアセンブリ sad及び saqの部品配置が反映されており,差の絶対値 |sngq−sngd|は,部品配置の異なりの度合いである相違度を表す.ここで,C(saq) > C(sad) であるときには,部品配置が部分一致していても,差 sngq−sngdには正の要素が残る.そこで,差 sngq−sngdにおいて 0 より大きい要素については全て 0 に置き換えてから,相違度を評価することにより,部品総数が異なっていても部品配置の部分一致を評価することができる.また,|sngq−sngd|を Vol(sad)によって除算することで,体積の大きいサブアセンブリによる相違度計算結果が支配的となることを防ぐ。
表8のAlgorithm 4 及び Algorithm 5 に,サイノグラム sngd及びsngqの相違度計算アルゴリズムを示す。ここで、Algorithm 4 における添字“:”は,配列から特定の次元の要素を全て抜出する処理を表す.例えば,サイズ ny×nxの配列 a 及び 1≦k≦nxである kに対し,a(:, k) は,サイズ ny である,a の k 番目の行ベクトルを返す。また、Algorithm 4 における関数 sum(v)は,ベクトル v の全ての要素の和を返す関数である。さらに、Algorithm 5 における関数 abs(x) は,スカラー値xの絶対値を返す関数であり、Algorithm 5 における関数 shift(pv, i) は,投影ベクトル pv を i だけシフトさせ,空いた要素を 0 で埋める関数である。
ただし,候補 (sad; saq) について得られた相違度から,動径方向及び角度方向に最もマッチする位置を求めてしまうと,サブアセンブリの対応候補 (saq; sad) 毎に位置や姿勢のずれの位置合わせ結果が異なってしまうため,md及び mqの各サブアセンブリの配置関係が失われてしまう.そこで,Algorithm 1の 19 行目から 27 行目に示すように,サブアセンブリの対応候補 (saq; sad) 毎に計算した相違度を,md及び mqのサブアセンブリの一対一対応の候補 csa∈CSA に従い足し合わせてから,動径方向及び角度方向の位置合わせを行って得られたmd及び mqの対応 csa における相違度を集合 CSAD[csa] に追加することで,アセンブリモデル全体として md及び mqの位置合わせを行っている.ここで,相違度を足し合わせる回数は jSA(md)j に依存するため,離散誤差の蓄積を考慮して,Algorithm 1 の 26 のように,位置合わせにより得られた相違度を |SA(md)| で除算している.また,Algorithm 1 における関数 ArrayMin(a,dim) 及び関数 ArraySum(a,dim) はそれぞれ,多次元配列 a の dim 次元における最小値を求める関数、及びa の dim 次元の要素を総和する関数となる。例えば,サイズ ny nx の配列 a に対して,ArrayMin(a,1) は,a の各列ベクトルについて最小の要素を求めた,サイズ nx のベクトルを返す。また、ArraySum(a, 1) は,a の各列ベクトルについて,その列ベクトルの全ての要素の和を求めた,サイズ nxのベクトルを返す。
投影点 vd∈Vd及び vq∈Vqの全組み合わせについて,サイノグラムの比較による相違度を求めたあとは,csa∈CSAの中から,最も md,mq間の相違度が低くなるサブアセンブリの対応関係を探す.このときの md,mq間の相違度が,そのままデータベースモデル mdとクエリモデル mqの最終的な相違度となる。この処理を,表9のAlgorithm 6 に示す。Algorithm 6における処理は,csa∈CSA における,投影点 vd∈Vd及びvq∈Vqの全組み合わせについて,CSAD[csa] に格納された相違度を基にして,相違度が最も低くなる投影点の組を,同じ視点を重複して選ばないようにしながら探す処理となる。
この位置情報取得ステップは、上述の抽出ステップにより適合する構成要素を抽出した後で行うことができる。すなわち、形状の特徴点としては上述の抽出ステップにより適合すると判断された場合でも、この位置情報取得ステップを行うことにより、全体の中での部品の位置や配置角度を正確に把握することが可能となる。
また、この場合には関連付けステップにおいて、取得された位置情報と元の3次元CADデータとの関連付けを行うことにより検索が可能となる。この関連付けについては、上述の関連付けステップにおいて説明した関連付けの手法を用いて行うことができる。
(Location information acquisition step)
For each corresponding candidate (sa q ; sa d) of the subassembly of m d and m q included in the set CRP, the sinograms are compared, and the difference in the candidate (sa d ; sa q ) is calculated. This process corresponds to the 14th to 18th lines in Algorithm 1.
The sinograms sng d and sng q are compared with the difference between sng q while moving sng d in the radial and angular directions in order to compensate for the deviation of the position and posture of m d and m q in the three-dimensional space. This is done by calculating in projection vector units. sng d and sng q reflect the component arrangement of subassemblies sa d and sa q , respectively, and the absolute value of the difference | sng q −sng d | represents the degree of difference, which is the degree of difference in component arrangement . Here, when C (sa q )> C (sa d ), a positive element remains in the difference sng q −sng d even if the component arrangements partially match. Therefore, by replacing all elements greater than 0 in the difference sng q – sng d with 0, and evaluating the dissimilarity, it is possible to evaluate the partial match of the component arrangement even if the total number of components is different. Also, by dividing | sng q −sng d | by Vol (sa d ), the difference calculation result by the subassembly with a large volume is prevented from becoming dominant.
Algorithm 4 and Algorithm 5 in Table 8 show the algorithm for calculating the difference between the sinograms sng d and sng q . Here, the index “:” in Algorithm 4 represents the process of extracting all elements of a specific dimension from the array. For example, for an array a of size n y × n x and k with 1 ≦ k ≦ n x , a (:, k) returns the k th row vector of a with size n y . The function sum (v) in Algorithm 4 returns the sum of all elements of the vector v. Furthermore, the function abs (x) in Algorithm 5 is a function that returns the absolute value of the scalar value x, and the function shift (pv, i) in Algorithm 5 shifts the projection vector pv by i so that the empty element is 0. It is a function to fill with.
However, if the position that best matches the radial direction and the angular direction is obtained from the degree of difference obtained for the candidate (sa d ; sa q ), the position for each corresponding sub-assembly candidate (sa q ; sa d ) is determined. Since the alignment results of the position deviation and the posture are different, the arrangement relation of the m d and m q subassemblies is lost. Therefore, as shown in the 19th to 27th lines of Algorithm 1, the difference calculated for each subassembly correspondence candidate (sa q ; sa d ) is calculated as a one-to-one correspondence between the m d and m q subassemblies. After adding according to the candidate csa∈CSA, the difference between m d and m q in the corresponding csa obtained by radial and angular alignment is added to the set CSAD [csa]. As a whole, m d and m q are aligned. Here, since the number of differences added depends on jSA (md) j, considering the accumulation of discrete errors, the difference obtained by registration is calculated as │SA (m d ) | In addition, the functions ArrayMin (a, dim) and ArraySum (a, dim) in Algorithm 1 are the functions for obtaining the minimum value in the dim dimension of the multidimensional array a and the functions for summing the elements in the dim dimension of a, respectively. . For example, for an array a of size n y n x , ArrayMin (a, 1) returns a vector of size n x with the smallest element found for each column vector of a. ArraySum (a, 1) also returns a vector of size n x for each column vector of a that is the sum of all the elements of that column vector.
For all combinations of the projected point v d ∈ V d and v q ∈ V q, is after seeking dissimilarity by comparing sinograms, among Csa∈CSA, most m d, the degree of difference between m q decreases Search for subassembly correspondences. The difference between m d and m q at this time becomes the final difference between the database model m d and the query model m q as it is. This process is shown in Algorithm 6 of Table 9. The processing in Algorithm 6 has the lowest dissimilarity based on the dissimilarity stored in CSAD [csa] for all combinations of projection points v d ∈V d and v q ∈V q in csa∈CSA This is a process of searching for a set of projection points while avoiding selecting the same viewpoint redundantly.
This position information acquisition step can be performed after extracting the constituent elements that are suitable in the extraction step described above. In other words, even if it is determined that the shape feature points are matched by the above-described extraction step, it is possible to accurately grasp the position and the arrangement angle of the parts in the whole by performing this position information acquisition step. It becomes.
In this case, in the associating step, retrieval is possible by associating the acquired position information with the original three-dimensional CAD data. This association can be performed using the association method described in the association step described above.

次に、上述した部分検索方法ではなく、全体を検索する3次元CADモデル検索方法の1実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、上述した本発明の3次元CADモデル部分検索方法と異なる部分について特に説明する。
本実施形態の3次元CADモデル検索方法は、
複数の3次元CADデータからなるデータ群から特定の3次元構造を包含する3次元CADデータを特定する3次元CADモデル検索方法であって、
上記3次元CADデータを3次元配列化する配列化ステップ、
得られた3次元モデルをCADデータの構成要素ごとに分解して要素データを得る分解ステップ、
得られた要素データを処理してサイノグラムを得るサイノグラム化ステップ、
得られたサイノグラムの横軸を細分化すると共に各要素データを関連付けて、位置情報が関連付けられた位置情報サイノグラムを得る位置情報取得ステップ、
得られたサイノグラムと元の3次元CADデータとを関連付けると共に、位置情報サイノグラムと元の3次元CADデータにおける位置情報サイノグラムと対比する、関連付けステップ、
及び
各位置情報サイノグラムを動径方向にフーリエ変換し、次いで角度方向にフーリエ変換することにより、不変量データを得、得られた不変量データを基に検索を行う検索ステップを行うことにより実施できる。
すなわち、上述の抽出ステップに代えて検索ステップを行う点が異なり、それ以外は上述の本実施形態の3次元CADモデル部分検索方法と同じである。なお、本実施形態においても抽出ステップを行ってはいけないということはなく、上記検索ステップが必須のステップであるという意味である。この検索ステップを行うことにより、構成部品点数が多い場合でも正確に検索を行うことが可能となる。
Next, an embodiment of a three-dimensional CAD model search method for searching the whole instead of the partial search method described above will be described. In the following description, parts different from the above-described three-dimensional CAD model partial search method of the present invention will be particularly described.
The 3D CAD model search method of this embodiment is:
A 3D CAD model search method for specifying 3D CAD data including a specific 3D structure from a data group consisting of a plurality of 3D CAD data,
An arraying step for converting the three-dimensional CAD data into a three-dimensional array;
A decomposing step of decomposing the obtained three-dimensional model for each component of the CAD data to obtain element data;
A sinogramization step of processing the obtained element data to obtain a sinogram;
A position information acquisition step of subdividing the horizontal axis of the obtained sinogram and associating each element data to obtain a position information sinogram associated with the position information;
An associating step for associating the obtained sinogram with the original three-dimensional CAD data and comparing the positional information sinogram with the positional information sinogram in the original three-dimensional CAD data;
Each position information sinogram can be Fourier transformed in the radial direction and then Fourier transformed in the angular direction to obtain invariant data, and can be performed by performing a retrieval step for retrieving based on the obtained invariant data. .
That is, the difference is that a search step is performed instead of the above-described extraction step, and the rest is the same as the above-described three-dimensional CAD model partial search method of the present embodiment. In this embodiment, the extraction step is not allowed to be performed, which means that the search step is an essential step. By performing this search step, it is possible to perform a search accurately even when the number of component parts is large.

(検索ステップ)
一般に内部構造が複雑なアセンブリモデルの場合, 内部構造が単純なアセンブリモデルと比べて検索するのが難しい. したがって構成部品が多い 3 次元アセンブリモデルの検索手法が必要となってきている. しかし構成部品の多いアセンブリモデルが少なく, 我々の研究室にはそういったモデルが今までなかった. 本稿では, GrabCAD[2] から複数個の 3 次元モデルのポリゴンメッシュを用いることで, 人工的に構成部品が多いアセンブリモデル生成する手法を提案する.
本稿では GrabCAD[2] から同じまたは異なる 3 次元 CADモデルを 2 2 2 = 8 個, 2 2 3 = 12 個, 3 3 3 = 27個, 4 4 4 = 64 個で複合し, 人工的に構成部品の多いアセンブリモデルを生成する.
本実施形態の方法は以下のような流れになる. 以下の流れでは 8 個のアセンブリモデルを複合していく. アセンブリモデル k,l,m,n,p,q,r,s の頂点データを vk,vl, vm,vn,vp,vq ,vr,vsとする. 3 次元空間の一辺の大きさは w とする.
( 1 ) k を構成している頂点データを保存している stl ファイルから vk を取得する.
( 2 ) vk から k の中心を計算し, アセンブリモデルごとに配置する座標に平行移動する.
( 3 ) モデル空間の一辺の長さが w=2 に合わせるため倍率を平行移動した k に反映させる.
( 4 ) 上記を l,m, n, p, q, r, s において行い総和する.
2 の場合においての配置する座標の決定は, 図 1 に基づき, K = (w/4, w/4, w/4), L = (3w/4, w/4, w/4),M =(w/4, 3w/4, w/4),N = (3w/4, 3w/4, w/4), P = (w/4, w/4, 3w/4),Q = (3w/4, w/4, 3w/4),R = (w/4, 3w/4, 3w/4), S =(3w/4, 3w/4, 3w/4) と定義している。8, 12, 27, 64 個を複合するときの配置する座標は表 10に示す。
これによりアセンブリモデル同士が重なることがなく複合することができる. しかし配置する座標の決定や, 複合したモデル空間の中心から離れているので, 検索前に保存されている姿勢変化量によってモデル空間からはみ出す可能性があるので考慮する必要がある。
一般的に3次元モデルの位置や向きはそれぞれ異なり, それを正規化する手法にはいくつかの問題点が存在する。このような問題点を改善するには平行移動や回転に対して頑健な特徴量が必要である。3次元CADモデルを3次元ボクセルモデルに変換し、それを投影点ごとに投影画像を生成し、得られた投影画像に対して、2次元ラドン変換を行い(サイノグラム化ステップ)、その後動径方向に対して1次元フーリエ変換し振幅スペクトルをとり、その後偏角方向に対して 1次フーリエ変換を行い、振幅スペクトルをとることで平行移動や回転に対して頑健な特徴量を得ることができた。しかし、構成部品の材質の種類ごとの数値の付与について、ユーザーやモデル間で統一されていない場合、2つのアセンブリモデルの類似度を計算する際に数値の正規化を行わなければ、その数値によって検索の結果に影響を及ぼす. このような場合を想定し, 以下のような手法を提案する。
アセンブリモデル m とし、m の構成部品集合の1要素であるci の体積を V (c) とし、 m の構成部品の材質の種類の数をnとする。球面座標系における2次元ラドン変換の角度をAとする。
( 1 ) 投影点ごとに ci の投影画像を計算し(分解ステップ)、2次元ラドン変換を行いサイノグラム sino(ci ) を n 個分すべて計算しsino(c1 ,...,cn) に格納する(サイノグラム化ステップ)。
( 2 ) sino(c1 ,...,cn) を動径方向に離散フーリエ変換を行い、振幅スペクトルをとり, f (sino(c1 ,...,cn)) に格納する。
( 3 ) f (sino(c1 ,...,cn)) のそれぞれの A ごとに f (sino(c1 ,...,cn))の要素 e(cn,A) を 2 乗し総和したものを B(c n,A) として格納する。
( 4 ) s(c n,A) = e(c n,A)/B(c n,A) とし, s(c n,A) を e(c n,A) に再付与する.
( 5 ) V (c) が小さいものから f (sino(c1 ,...,cn)) をソートし, 動径方向に連結したもの f (sino(cs1 + ... + csn)) を生成する。
( 6 ) f (sino(cs1 + ... + csn)) を角度方向に離散フーリエ変換を行い、振幅スペクトルをとり, f (f (sino(cs1 + ... + csn))) に格納する(2〜6について検索ステップ)。
これにより f (f (sino(cs1 + ...+ csn))) は構成部品の体積が異なる場合においても特徴量を得ることができる。
(Search step)
In general, an assembly model with a complex internal structure is difficult to retrieve compared to an assembly model with a simple internal structure. Therefore, a 3D assembly model retrieval method with many components is required. There are few assembly models with many of them, and there has never been such a model in our laboratory. In this paper, we used many 3D model polygon meshes from GrabCAD [2], and there were many components artificially. We propose a method for generating assembly models.
In this paper, the same or different 3D CAD models from GrabCAD [2] are combined with 2 2 2 = 8 pieces, 2 2 3 = 12 pieces, 3 3 3 = 27 pieces, and 4 4 4 = 64 pieces. Generate an assembly model with many parts.
The method of this embodiment is as follows. In the following flow, 8 assembly models are combined. Vertex data of assembly models k, l, m, n, p, q, r, and s vk, vl, vm, vn, vp, vq, vr, vs. The size of one side of the three-dimensional space is w.
(1) Obtain vk from the stl file that stores the vertex data that composes k.
(2) Calculate the center of k from vk and translate to the coordinates to be placed for each assembly model.
(3) To adjust the length of one side of the model space to w = 2, the magnification is reflected in the translated k.
(4) Perform the above for l, m, n, p, q, r, and s and sum them up.
Based on Fig. 1, the coordinates to be arranged in the case of 2 are determined as follows: K = (w / 4, w / 4, w / 4), L = (3w / 4, w / 4, w / 4), M = (w / 4, 3w / 4, w / 4), N = (3w / 4, 3w / 4, w / 4), P = (w / 4, w / 4, 3w / 4), Q = ( 3w / 4, w / 4, 3w / 4), R = (w / 4, 3w / 4, 3w / 4), S = (3w / 4, 3w / 4, 3w / 4). Table 10 shows the arrangement coordinates when 8, 12, 27, and 64 are combined.
As a result, assembly models can be combined without overlapping each other. However, since they are separated from the center of the combined model space and the coordinates of the arrangement, the model space is changed from the model space according to the posture change amount saved before the search. Since it may protrude, it is necessary to consider it.
In general, the position and orientation of 3D models are different, and there are some problems with the method of normalizing them. In order to improve such problems, feature values that are robust against translation and rotation are required. Convert the 3D CAD model into a 3D voxel model, generate a projection image for each projection point, perform 2D radon conversion on the obtained projection image (sinogramization step), and then move in the radial direction A one-dimensional Fourier transform is performed for the amplitude spectrum, and then a first-order Fourier transform is performed for the declination direction. By taking the amplitude spectrum, a robust feature against translation and rotation can be obtained. . However, if the assignment of numerical values for each material type of the component parts is not uniform between users and models, the numerical values will not be normalized unless the numerical values are normalized when calculating the similarity between the two assembly models. Influencing search results. In this case, we propose the following method.
Assume that the assembly model is m, the volume of ci that is one element of the component set of m is V (c), and the number of material types of the component of m is n. Let A be the angle of the two-dimensional Radon transform in the spherical coordinate system.
(1) Calculate the projection image of ci for each projection point (decomposition step), perform 2D radon transform, calculate all n sinograms sino (ci), and convert to sino (c 1 , ..., c n ) Store (sinogram step).
(2) Perform a discrete Fourier transform of sino (c 1 , ..., c n ) in the radial direction, take an amplitude spectrum, and store it in f (sino (c 1 , ..., c n )).
(3) f (sino (c 1, ..., c n)) of each of each A f (sino (c 1, ..., c n)) elements e (c n, A) of the 2 The product of the sum and the sum is stored as B (c n , A).
(4) Set s (c n , A) = e (c n , A) / B (c n , A), and reassign s (c n , A) to e (c n , A).
(5) Sort f (sino (c1,..., Cn)) from those with small V (c), and generate f (sino (cs1 +... + Csn)) connected in the radial direction. To do.
(6) Perform discrete Fourier transform of f (sino (cs1 + ... + csn)) in the angle direction, take the amplitude spectrum, and store it in f (f (sino (cs1 + ... + csn))) (Search step for 2-6).
As a result, f (f (sino (cs1 +... + Csn))) can obtain the feature quantity even when the volume of the component is different.

また、特徴量は削減させることもできる。フーリエ変換は、ラドン変換の動径方向と偏角方向に行っているため、中心をピークとした2次元配列に変換される。特徴量はピークから離れるほど値が小さくなり、検索結果に対する影響が少なくなる。そこで、値の小さい高周波成分を削減し、低周波成分だけを特徴量として用いることで特徴量自体のデータ量が削減でき、検索精度を維持したまま類似度計算時間を削減することができる。削除する配列数は特徴量の配列数の半分とし、1回削減するたびに2次元配列を大きさが1/4 になるように高周波成分を取り除いた。本実施形態においては4回特徴量を削減している。
また、検索ステップにおける検索結果の判定、即ち、類似度の判定は以下のようにして行うことができる。
アセンブリモデルの特徴量は 2 次元配列として表されている。2次元配列をユークリッド空間のベクトルとし、2つのベクトルのユークリッド距離を計算し、これを類似度とする。2つのアセンブリモデル間の類似度を以下のように計算することができる。
ユーザーやモデルによって構成部品に付与する数値が統一されていない場合には, その数値によって共通の構成部品を検索することは難しいため、従来手法では2つのアセンブリモデルの類似度が一致する可能性のある、それぞれの構成部品をすべて計算する必要があった。 しかし、本実施形態の手法では投影点ごとにすべて構成部品の材質ごとのサイノグラムを生成し一つにするのでユーザやモデルによって構成部品に付与する数値が統一されていない場合においても同じ特徴量を得ることができるため、アセンブリモデルの投影点ごとの類似度計算を行い、最小となるものをその投影点の類似度とし、投影点ごとに出た類似度を総和したものを最終的な類似度とする。そして、この類似度が高いものを抽出することができる。
Also, the feature amount can be reduced. Since the Fourier transform is performed in the radial direction and the declination direction of the Radon transform, it is converted into a two-dimensional array with the peak at the center. The value of the feature amount decreases as the distance from the peak increases, and the influence on the search result decreases. Therefore, by reducing the high-frequency component having a small value and using only the low-frequency component as the feature amount, the data amount of the feature amount itself can be reduced, and the similarity calculation time can be reduced while maintaining the search accuracy. The number of arrays to be deleted is half the number of arrays of feature amounts, and high frequency components are removed so that the size of the two-dimensional array becomes 1/4 each time it is reduced once. In the present embodiment, the feature amount is reduced four times.
Further, the determination of the search result in the search step, that is, the determination of the similarity can be performed as follows.
The features of the assembly model are represented as a two-dimensional array. A two-dimensional array is used as a vector in the Euclidean space, the Euclidean distance between the two vectors is calculated, and this is used as the similarity. The similarity between the two assembly models can be calculated as follows.
If the numerical values assigned to the component parts are not standardized by the user or model, it is difficult to search for the common component parts by the numerical values. Therefore, in the conventional method, the similarity between the two assembly models may match. There was a need to calculate all the components. However, since the method of this embodiment generates a single sinogram for each component material for each projection point and makes it one, even if the numerical values assigned to the component are not unified by the user or model, the same feature amount is obtained. Therefore, the similarity is calculated for each projection point of the assembly model, the smallest is the similarity of that projection point, and the final similarity is the sum of the similarities generated for each projection point. And Then, it is possible to extract those having a high degree of similarity.


Claims (3)

複数の3次元CADデータからなるデータ群から特定の3次元構造を包含する3次元CADデータを特定する3次元CADモデル部分検索方法であって、
上記3次元CADデータを3次元配列化する配列化ステップ、
得られた3次元モデルをCADデータの構成要素ごとに分解して要素データを得る分解ステップ、
得られた要素データを処理してサイノグラムを得るサイノグラム化ステップ、
得られたサイノグラムと元の3次元CADデータとを関連付ける関連付けステップ、
及び
上記サイノグラムを目印として各3次元データの検索を行い、構成要素データごとに照合して適合する構成要素を抽出するか、又は当該構成要素と関連付けられた3次元CADデータを抽出する、抽出ステップ
を具備する3次元CADモデル部分検索方法。
A three-dimensional CAD model partial search method for specifying three-dimensional CAD data including a specific three-dimensional structure from a data group consisting of a plurality of three-dimensional CAD data,
An arraying step for converting the three-dimensional CAD data into a three-dimensional array;
A decomposing step of decomposing the obtained three-dimensional model for each component of the CAD data to obtain element data;
A sinogramization step of processing the obtained element data to obtain a sinogram;
Associating the obtained sinogram with the original 3D CAD data;
An extraction step of searching for each three-dimensional data using the sinogram as a landmark and collating each component data to extract matching components or extracting three-dimensional CAD data associated with the components A three-dimensional CAD model partial search method comprising:
さらに、得られたサイノグラムの横軸を細分化すると共に各要素データを関連付けて、位置情報が関連付けられた位置情報サイノグラムを得る位置情報取得ステップを有し、
上記関連付けステップが、
位置情報サイノグラムと元の3次元CADデータにおける位置情報サイノグラムと対比するステップを含む
請求項1記載の3次元CADモデル部分検索方法。
Furthermore, it has a position information acquisition step of subdividing the horizontal axis of the obtained sinogram and associating each element data to obtain a position information sinogram associated with the position information,
The association step is
The three-dimensional CAD model partial search method according to claim 1, further comprising a step of comparing the position information sinogram with the position information sinogram in the original three-dimensional CAD data.
複数の3次元CADデータからなるデータ群から特定の3次元構造を包含する3次元CADデータを特定する3次元CADモデル検索方法であって、
上記3次元CADデータを3次元配列化する配列化ステップ、
得られた3次元モデルをCADデータの構成要素ごとに分解して要素データを得る分解ステップ、
得られた要素データを処理してサイノグラムを得るサイノグラム化ステップ、
得られたサイノグラムの横軸を細分化すると共に各要素データを関連付けて、位置情報が関連付けられた位置情報サイノグラムを得る位置情報取得ステップ、
得られたサイノグラムと元の3次元CADデータとを関連付けると共に、位置情報サイノグラムと元の3次元CADデータにおける位置情報サイノグラムと対比する、関連付けステップ、
及び
各位置情報サイノグラムを動径方向にフーリエ変換し、次いで角度方向にフーリエ変換することにより、不変量データを得、得られた不変量データを基に検索を行う
3次元CADモデル検索方法。


A 3D CAD model search method for specifying 3D CAD data including a specific 3D structure from a data group consisting of a plurality of 3D CAD data,
An arraying step for converting the three-dimensional CAD data into a three-dimensional array;
A decomposing step of decomposing the obtained three-dimensional model for each component of the CAD data to obtain element data;
A sinogramization step of processing the obtained element data to obtain a sinogram;
A position information acquisition step of subdividing the horizontal axis of the obtained sinogram and associating each element data to obtain a position information sinogram associated with the position information;
An associating step for associating the obtained sinogram with the original three-dimensional CAD data and comparing the positional information sinogram with the positional information sinogram in the original three-dimensional CAD data;
And a three-dimensional CAD model retrieval method for obtaining invariant data by performing Fourier transform on each position information sinogram in the radial direction and then performing Fourier transform in the angular direction, and performing retrieval based on the obtained invariant data.


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