面向网络协同的语义驱动的三维场景设计复用研究

论文摘要

虚拟化技术、三维数字化技术与计算机辅助设计的发展,促进了工业设计在方案分析与计算、模型检索、工程制图等方面效率的提高,同时大型设备、场景的设计与建造等要求多人协同工作的领域也对计算机辅助的三维设计提出了更高的要求：需要以人机皆可读的标记方式,帮助设计者理解他人所做的设计工作在几何特征以外的设计意图；需要在模型的几何层面和知识层面实现设计复用,最大程度地利用既有工作中累积的知识,减少重复工作,降低与非直观可见的领域规则发生冲突的几率。此外,还需兼顾网络协同条件下对于轻量客户端、较低数据传输量和数据加载量的平衡。本文对现有的语义标记技术,特别是本体驱动的语义标记技术进行针对网络协同的优化,解决对于网络图形表示方式的支持的问题和语义标记影响网络图形加载、渲染效果的问题,实现在多人间共享对设计作品的理解。本文采用本体作为设计知识的表达载体,以多层次的组织结构优化对其的灵活管理,同时,借助既有作品的语义标记,提取设计作品中的共有知识,用以指导后续设计,实现设计复用。主要完成工作有：一、面向网络协同的工作环境,建立语义驱动的三维场景设计复用框架。给出较为完整的,且可以多人协同设计环境集成的设计复用的机制。二、解决三维场景的语义建模中的关键问题,为语义驱动的设计复用奠定基础,包括：(1)建立多层次的知识模型组织结构,控制传输和加载数据量,以适应网络协同环境。(2)通过针对网络三维模型表达方式的语义标记方法,解决以人机皆可读的方式进行模型语义理解的问题。(3)提出模型特性计算的方法与规则,解决在模型语义标记的基础上与实体建模同步进行语义建模时的语义一致性维护问题。三、给出对累积的设计作品的语义模型中的设计经验知识进行抽象与固化,从中获取本体形式描述的知识模型用于指导三维场景设计的机制和方法,从而实现知识层次的设计作品复用。四、设计并实现语义驱动的设计复用的原型系统。本文所提出的语义驱动的设计复用系统,继承了现有的语义标记框架,实现了基本的模型标记功能,可与现有的多人协同虚拟环境集成,在支持网络协同的文件格式与数据规模、进行针对一致性维护的模型特性计算、实现知识层次的设计复用等方面进行了扩展。以语义驱动的方式,提高三维场景设计过程的质量和效率,为面向网络和多人协同的设计过程提供了有力的支持。对计算机辅助的三维场景设计的工作方式的优化具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 计算机支持的协同设计
• 1.2.2 设计复用的技术支持
• 1.2.3 三维模型的语义标记技术
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 语义驱动的设计复用框架
• 2.1 语义驱动的设计复用框架
• 2.2 网络三维图形表示技术
• 2.3 三维模型的语义标记技术
• 2.4 语义WEB中的本体推理技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 三维场景的语义建模
• 3.1 相关概念与约定
• 3.2 本体模型的组织结构
• 3.2.1 本体模型的多层次管理
• 3.2.2 通用级本体建模
• 3.2.3 面向复用的子领域层本体建模
• 3.3 实体模型与语义模型的映射
• 3.4 建模过程的语义一致性维护
• 3.4.1 非定量型特性
• 3.4.2 定量型特性
• 3.4.3 特例讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 语义驱动的设计复用机制
• 4.1 子领域设计知识的提取
• 4.1.1 预处理
• 4.1.2 类与属性的统计
• 4.1.3 完整性检查
• 4.1.4 模型的二次标记
• 4.2 语义驱动的设计过程
• 4.2.1 模型实例推荐
• 4.2.2 语义约束下的设计过程
• 4.3 设计复用系统对协同的支持
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统实现与验证
• 5.1 原型系统设计及实现
• 5.2 语义驱动的设计过程
• 5.2.1 通用本体建模
• 5.2.2 实体模型库的语义标记
• 5.2.3 设计过程中的实体建模与语义建模
• 5.2.4 子领域本体的获取
• 5.2.5 语义驱动的设计复用过程
• 5.3 结果分析及讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要研究工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文