[发明专利]基于均值漂移产品逆向工程数据动态索引自适应构建方法

说明书

技术领域

本发明提供一种基于均值漂移的产品逆向工程数据动态索引自适应构建方法，属于产品逆向工程技术领域。

背景技术

在产品逆向工程技术领域，所处理的原始数据通常是来自实物表面采样而获得的散乱点云、多边形网格模型等数据格式，基于该类原始数据进行曲面重建生成分片连续曲面是产品逆向工程的核心技术。由于散乱点云、多边形网格以及分片连续曲面这些数据格式均表现为大规模甚至海量空间几何对象的复合结构，为这些数据类型构建一种通用且高效的索引技术，对于提高产品逆向工程数据处理效率具有重要意义。

对现有文献检索发现，现有产品逆向工程数据的索引技术通常仅适用于某种特定的数据类型。在散乱点云处理中，空间八叉树与K-D树分别是应用最为广泛的静态索引与动态索引。周海在其博士学位论文“细分曲面造型技术研究”（南京航空航天大学，2005）中采用空间八叉树作为三角网格模型的空间索引结构，依据三角面片包围盒中心的位置将三角面片插入到空间八叉树中，建立三角网格模型索引结构，组织三角面片间的近邻关系，该方法以三角面片包围盒中心表示三角面片，不能准确反映三角面片所在位置及所占空间区域大小，准确性差，降低了索引结构的质量及基于该结构的空间查询效率。王占礼在其博士学位论文“面向虚拟制造的数控加工仿真技术研究”（吉林大学，2007）中采用一个大包围盒包围三角网格模型，将该包围盒作为根索引结点，然后将其中的三角面片分割成两部分，每一部分用一个包围盒包围，再对每一个包围盒递推进行分割，直到一个包围盒只包含一个三角面片，建立三角网格模型的非平衡二叉树索引结构，该结构提高了三角网格模型的空间查询效率，但由于该结构为非平衡二叉树，故只适用于分布较为均匀的三角网格模型，当三角网格模型分布疏密不均时，容易出现树的某一分支层数过多现象，导致数据结构急剧恶化，严重降低索引查询效率。孙殿柱等人在其学术论文“基于四维聚类的R*-树结点分裂算法”（机械工程学报，2009,45（10）：180-184）中对R*-树进行了改进，使之可统一索引散乱点云、多边形网格等数据类型，继而在其学术论文“三角Bézier曲面快速求交算法”（机械工程学报，2011，47（3）：89-94）中将改进的R*-树作为分片连续曲面的索引结构以提高相交三角Bézier曲面片查询效率，但是由于改进的R-树在索引结点分裂过程中采用了k-均值聚类算法，需要用户交互设定聚类簇数，聚类簇数的不同会导致差别很大的索引结点分裂结果，导致索引结构与性能不稳定，此外k-均值聚类算法是一种局部搜索算法，对初始值过于敏感，采用爬山法迭代搜索最优的索引结点分裂结果，容易陷入局部极值，难以获得全局最优的索引结点分裂结果，导致未能充分发挥R*-树的优势。

综上所述，目前的产品逆向工程数据的动态索引结构已经具备了一定的通用性，可基于统一的索引机制处理各种类型的空间几何对象的复合结构，但是依然存在数据适应性较差、索引性能较低并且系统资源消耗较高等问题，为产品逆向工程数据构建稳定、高效的索引机制已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为克服现有产品逆向工程数据的索引机制的不足，本发明目的在于提供一种基于均值漂移的产品逆向工程数据动态索引自适应构建方法，使之能索引各种类型的逆向工程数据，具有稳定性强、数据查询效率高的特点，技术方案如下：

一种基于均值漂移的产品逆向工程数据动态索引自适应构建方法，其特征在于包含以下步骤：一、读取产品逆向工程数据，建立各空间对象的轴向包围盒，依据轴向包围盒的中心以及外接球半径建立其对应的数据结点，并存入数据结点序列；二、将数据结点插入到索引结构中，具体步骤是：1）为结点选择插入位置；2）将结点插入到步骤1）中得到的位置；3）令结点插入到结点node下，判断结点node的子结点数是否大于结点的最大子结点数，如果大于则对结点node进行溢出处理，若结点node为非根结点且在插入一个空间对象的过程中该结点所在层第一次进行溢出处理，则在结点node中有选择地取出一部分结点，将它们重新插入索引结构的该层中，否则进行结点分裂；4）调整各结点的轴向包围盒；三、将体积过大的轴向包围盒重新插入到索引结构中，实现索引结构的优化；四、基于产品逆向工程数据动态索引结构，实现散乱点云、多边形网格以及分片连续曲面的拓扑近邻查询。