机械工程图图形检索技术研究

摘要 ：当前，计算机技术在产品设计中被广泛使用，尽管设计图纸的生成和保存方式都发生了显著的变化，但工程图的检索问题仍然没有被很好地解决。在基于内容的视觉信息检索技术和计算机数据管理技术研究中取得的研究成果为解决这个问题提供了有益的借鉴，使得快速查找所需的设计图纸成为可能。

关键词 ：机械工程图 图形检索 图形分解

前言

着生产的进行，工程图数量越来越多，如果仍然采用传统的分类存放、人工翻阅的方式在大量己有一工程图资料中查寻所需的图纸，要全面、快速地找到结果变得越来越困难。近几十年来，随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助设计在制造业的产品设计中得到了广泛的应用，新设计的产品一般都有了以矢量形式存储的计算机CAD工程图。

1.计算机工程图检索技术的分类

自从在工程设计领域使用计算机技术以来，如何才能有效地管理大量的计算机工程图文件，一直是研究人员关注的一个问题，随着人们对视觉信息理解的深入以及图像检索技术的发展，计算机工程图检索技术经历了基于文本信息检索、基于成组技术的检索以及基于图形内容的检索三个发展阶段。

1.1 基于文本信息的工程图检索

基于文本信息的图纸检索系统通过文本数据库来组织工程图纸文件，使用诸如产品类型、设一计人员名称、设计日期和简短的文字说明等这些关键字和附加信息对图纸进行分类存储和管理，这样一来，对图纸的检索就可以通过对文本数据库进行检索实现，上述的关键字可以从标题栏和明细栏中提取相应的文本信息得到，这需要人工查询相关字段，输入数据库中，也可以在预先知道标题栏和明细表在图纸上的具置以及栏中各字段含义的前提下，利用一些接口程序，如AutoDesk公司的AutousP或ObjeetARX等进行二次开发，编写程序自动提取所需的文字信息，完成数据库的组织。

1.2 基于成组技术的工程图检索

基于成组技术的图纸检索利用了部件的类别信息，因此对于某个零部件图纸的检索要求，系统会首先确定该零部件的类别，然后仅在图库中属于该类别的图纸中进行检索，这种实现方法对于保存有大量文件，分类详细、准确的图库，能大大提高检索的速度和准确性。然而，这种方法虽然考虑到了同类零部件之间在几何关系或拓扑关系上的联系，但其对这些联系的描述是由专业人员进行总结，再用文字纪录，所以其实质仍然是基于文本关键字的一种检索方式，而零部件的类别信息以及设计图纸的内容只用几个关键字是很难全面而准确进行描述的，因此这类方法也存在着很多问题，如无法对图纸中的多个部件同时检索，保存图纸时可能需要大量的人工参与，零部件的名称和类别信息必须十分准确等。

1.3 基于内容的工程图检索

从上文可看出基于文本的图纸检索以及基于成组技术的图纸检索存在诸多弊端，究其原因可知问题的产生与提出这种方法时人们对图形的认识水平以及解决问题的出发点有很大关系，因此这些问题是方法本身所固有，仅靠改进技术细节难以克服，只有从不同的角度考虑这个问题才有可能彻底解决出现的难点。

2.工程图中几何图形的提取方法

基于对机械工程图及机械CAD图内容和特点的分析，可以知道在工程图中图形的轮廓用粗实线和虚线表示，与此对应，在符合制图标准的CAD图中，所有属于这两类轮廓线的图线实体具有相同的属性，因此利用程序提取CAD图中所有的图形实体，再逐一判断它们是否属于轮廓，就能找到所有轮廓线，然而，这种方法要完整地提取轮廓，要以图中存在完整的轮廓为前提。

工程图虽然具有实形性的特点，但是为了充分利用有限的图幅来表达大量的工程语义信息，在实际应用中又采用很多其他的规定表示方法，例如对机件局部的剖切视图，尺寸相同、均匀分布的图形要素的简化画法，对称机件采用的省略画法等，这些画法虽然较完整地描述了机件的信息，但破坏了图形轮廓的完整性，给使用计算机自动提取图形轮廓的带来了一定的困难。因此在提取轮廓之前，应该针对一些特殊的表达方法，采取对应的措施尽量恢复被省略或被打断的轮廓线来复原完整的图形轮廓。

经轮廓恢复处理后，图形中就不存在中断或者不完整的轮廓线。如果图形是严格按照一定的标准进行绘制的，则在CAD图形中同类线型一般具有相同的线宽和颜色，那么组成轮廓的各图线的属性是完全一致的，这时利用程序筛选出具有这类属性的所有图线，就可以提取出轮廓的整体图形。

在完成轮廓提取后，需要将轮廓信息保存下来以供后续处理使用，由于在以后的处理中主要使用了组成轮廓的各图线的信息，为了便于处理和检查，本文设计了CAD图中轮廓线的输出接口代码，利用C+十语言的文件输入、输出函数，将组成轮廓的各个图线的几何信息另外记录到一个文本文件中。

3.机械工程图的描述方法

机械工程图样的度量性好，而立体感差，实形性是度量性好的根本基础。从投影的表达方式来看，诸多表达手段正是为实形的，例如局部视图和斜视图的配合表达等。实形性是图形检索有效性的基本保证，图样的相似是产品相似的表现形式之一，所以相同或相似的几何图样对应的机件具有一定的相似性。

视图内部轮廓线一般是连续的，图线之间或者以端点相连，或者图线的端点落在其它图线上，当一根图线横跨另一根图线时，这两根图线将通过交点分割为四根图线。而那些和其他图线没有连接关系的图线一般不属于轮廓线。连续性可以用来判断一条图线是否属于边缘轮廓线。

4.检索数据的组织

复杂机械工程图中的图形轮廓最终可以分解为三类几何图形的组合形式，这一分解过程一共包括三个阶段，在分解的第一阶段和第二阶段，复杂图形被分解成为一些封闭图形，这些图形之间是相互邻接或相互包容的关系，封闭图形间的组合形式反映出了轮廓的整体组成结构;在分解的第三个阶段，那些不属于规定的几种简单图形的封闭图形被进一步分解，最终用矩形、圆和三角形这三种简单图形的组合形式来表示它们，分解得到的简单图形的数目和相互关系描述了复杂的封闭图形。

结语

工程图是制造行业在设计和生产中表达设计与制造信息的重要技术文件，如何有效地从大量己有的工程图中检索到类似产品的图纸设计资料，从而为新设计提供参考，这是一个非常实际的问题。计算机技术在工业产品设计中的广泛应用，使得工程图的生成、保存和修改方式都发生了很大的变化，为了有效利用这些工程图形文件中的资料，计算机工程图检索问题的被提了出来。在基于内容的视觉信息检索技术和计算机数据管理技术研究领域的取得的研究成果为处理这个问题提供了有益的借鉴，使得快速地查找所需的图纸设计资料成为可能。

参考文献：

[l] 干玉，邢渊，阮雪榆.机械产品设计重用策略研究.机械工程学报，2002，38（5）：145一148

[2] 阮雪榆.工程设计重用理论及其关键技术研究（博士学位论文）.上海交通大学，2001

[3] 丁宇明.工程图学学科内涵及分支探讨.工程图学学报，1998，19（l）：84一89