ИС хранения, сопоставления и определения схожести объектов интеллектуальной собственности в форме цифровых трехмерных моделей (ИС 3D)

Заказчик:: ФБУ Федеральный институт промышленной собственности Федеральной службы по интеллектуальной собственности
Руководитель проекта со стороны заказчика: Дмитрий Золкин

Начальник отдела проектирования информационно-поисковых систем
Поставщик: ФГАОУ ВО "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"
Год завершения проекта: 2022
Сроки выполнения проекта: Октябрь, 2020 - Январь, 2022
Масштаб проекта: 700 автоматизированных рабочих мест
Цели: Главной целью создания ИС3Д является организация работы эксперта в части экспертизы трехмерных моделей, оценки их новизны и схожести. Для этого в системе реализованы математические и интеллектуальные алгоритмы поиска по базе данных трехмерных моделей, а также методы визуализации трехмерных моделей, что позволяет сократить срок экспертизы до 10 раз по рассматриваемой заявке (в сравнении с ручным сравнением чертежей и изображений экспертом ФИПС).

Уникальность проекта

Задел по проекту был сделан в 2018-2019 годах в рамках совместного НИР ФИПС и СПбПУ по заказу Минобрнауки. В рамках проекта были исследованы современные методы сравнения трехмерных моделей и сформирован научно-технический задел. В рамках НИР были разработаны первые модификации метода хорд для построения инварианта формы трехмерного объекта, а также использованы гистограммы для сравнения форм объектов и применены сиамские нейронные сети для улучшения качества сравнения. После принятия изменений в законодательстве научные разработки легли в основу проекта по созданию ИС3Д.

В рамках проекта была разработана система, не имеющая аналогов в мире, решающая следующие задачи:
Поиск по базе данных трехмерных моделей с использованием интеллектуальных алгоритмов, бальную оценку схожести трехмерных моделей, просмотр трехмерных моделей в веб интерфейсе системы, в том числе в режиме сравнения моделей,интеграцию работы с трехмерными моделями в бизнес процессы ФИПС в рамках проекта Цифровой Роспатент. В ходе реализации проекта были получены важные технические результаты, например, полностью с нуля была реализована библиотека для работы с моделями в формате U3D. На сегодняшний день отсутствуют доступные некоммерческие или российские решения по работе с этим форматом данных. Данная библиотека используется для разбора U3D модели и ее подготовки к визуализации.

Проект решает задачи импортозамещения

Да

Использованное ПО

PostgreSQL
Java (Spring)
Python (asyncio)
Vue framework
Pytorch
Docker
ThreeJS
FreeCAD
Суперкомпьютерный центр СПбПУ

Сложность реализации

Основной сложностью проекта являются алгоритмы поиска по трехмерным моделям. Здесь присутствует и научная новизна и сложные технические задачи, которые были решены в рамках проекта. Каждая трехмерная модель в базе данных характеризуется инвариантом формы - вектором, содержащим распределение длин хорд между точками на поверхности фигуры. На основании данных данного вектора строится гистограмма, которая используется для поиска по базе данных совместно с сиамскими нейронными сетями, которые позволяют дообучать подсистему поиска по мере получения данных о работе эксперта. Для реализации разработанных методов и алгоритмов были проведены сотни экспериментов и исследованы десятки вариантов построения гистограмм трехмерных форм с целью выявления оптимальных параметров ИС3Д. При этом сам процесс гистограмм является ресурсоемким, поэтому были построены алгоритмы параллельной обработки данных на ЦПУ и графических ускорителях, а также создана и реализована архитектура конвейерной обработки данных. Благодаря этому удалось построить систему с масштабируемой архитектурой, которая позволяет добавлять вычислительные мощности при росте загруженности системы.

Также необходимо отметить сложность сбора начальных данных для обучения нейронных сетей. В проекте была проведена теоретическая оценка необходимого начального объема данных и собран репозиторий трехмерных моделей по заявленным экспертами ФИПС категориям объектов.

Разработанные алгоритмы и методы были реализованы в виде информационной системы, которая работает без сбоев в режиме промышленной эксплуатации в боевом контуре ФИПС и помогает экспертам в работе с трехмерными моделями. Система будет развиваться, в том числе и в направлении международного применения.

Еще одним направлением развития ИС3Д является расширение номенклатуры сравниваемых объектов. Например, форма является одним из важнейших факторов, определяющих свойства молекул и химических соединений.

Описание проекта

Стремительное развитие технологий цифровизации в значительной степени затронуло область интеллектуальной собственности, изменились подходы к процессам проектирования и моделирования, а цифровые модели и двойники стали основным инструментом в области создания новых технологий. Трехмерные цифровые модели стали важным элементом в совершенно различных областях деятельности изобретателя - от товарных знаков и промышленных образцов до представления элементов изобретений в сложных конструкциях. Этот факт отразился в законодательстве РФ: были приняты поправки к 217-ФЗ от 20.07.2022, которые разрешили подачу трехмерных моделей в составе заявок на РИД, что послужило предпосылкой для создания ИС3Д.Информационная система поддержки хранения, сопоставления и определения схожести объектов ИС в форме цифровых трехмерных моделей для обеспечения технической возможности описания и хранения объектов интеллектуальной собственности в форме цифровых, в том числе трехмерных, моделей при их государственной регистрации (ИС 3D) была создана для обработки трехмерных моделей на всех стадиях жизненного цикла объекта интеллектуальной собственности в интеграции со смежными системами ведомства.

В настоящий момент в ведомстве принимаются трехмерные модели в форматах STL, STEP, OBJ, U3D для таких объектов интеллектуальной собственности как изобретения, полезные модели, промышленные образцы и товарные знаки. При этом Российская Федерация является первой страной в мире, в которой трехмерные модели принимаются в качестве дополнительных материалов в заявке на изобретение. Ограничения для форматов файлов, которые принимаются в качестве трехмерных моделей установлено, в том числе, на основе тех решений, которые были приняты Комитетом по стандартам ВОИС. Рекомендации по 3D были приняты Комитетом на основе предложений рабочей группы по 3D, которая возглавляется РФ в качестве руководителя.

Новая информационная система ИС 3D, предоставляет инструменты просмотра, поиска и сравнения трехмерных объектов между собой. В модуле просмотра трехмерных моделей эксперт, в процессе экспертизы, может ознакомиться с внешним видом трехмерной модель, получить сечения модели, виды с различных ракурсов. Из модуля просмотра можно перейти в подсистему поиска по трехмерным моделям, для сравнения рассматриваемой модели с другими моделями, приложенными к заявкам, в этой подсистеме определяется сходство таких объектов по форме.

География проекта

Российская Федерация, интеграция системы с ведомствами по интеллектуальной собственности стран СНГ и Евразийским патентным ведомством

Дополнительные презентации:

Презентация_ИС 3Д.pdf