Nghiên cứu xây dựng phương pháp phản chuyển từ các hình chiếu cơ bản thành mô hình 3D ứng dụng cho các hệ cad / cam cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
HOÀNG LONG 
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP PHẢN CHUYỂN 
TỪ CÁC HÌNH CHIẾU CƠ BẢN THÀNH MÔ HÌNH 3D ỨNG 
DỤNG CHO CÁC HỆ CAD/CAM CƠ KHÍ 
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí 
Mã số: 62520103 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 
Hà Nội – 2016 
Công trình được hoàn thành tại: 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Người hướng dẫn khoa học: GS. TSKH. Bành Tiến Long 
Phản biện 1: PGS. TS. Hoàng Văn Gợt 
Phản biện 2: PGS. TS. Bùi Trung Thành 
Phản biện 3: PGS. TS. Tăng Huy 
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp 
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Vào hồi .. giờ, ngày .. tháng .. năm  
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
 Bản vẽ kỹ thuật đã được sử dụng như một ngôn ngữ chuẩn để mô 
tả trong quá trình thiết kế và chế tạo cơ khí kể từ thế kỷ 19 và vẫn 
đang đóng một vai trò thiết yếu trong thực tiễn kỹ thuật ngày nay. 
Hầu hết các sản phẩm hiện tại đang được biểu diễn và lưu trữ bằng 
bản vẽ kỹ thuật. Nhưng ngày nay, mô hình hoá 3D được tạo ra bởi 
các hệ CAD/CAM hiện đại đang hết sức phổ biến trong cơ khí, và 
các mô hình 3D này là cần thiết đối với hàng loạt kỹ thuật phát triển 
với sự hỗ trợ máy tính, chẳng hạn như phân tích phần tử hữu hạn, mô 
phỏng lắp ráp, động học, động lực học, gia công điều khiển số, quan 
sát trực quan v.v. Đáng tiếc là các thông tin có được trong các bản 
vẽ 2D không thể sử dụng trực tiếp trong các hệ thống CAD 3D. 
Ngoài ra ngay cả khi thiết kế mới mô hình 3D một cách trực tiếp 
cũng gặp phải những bất lợi đáng kể và không dễ cho mọi đối tượng 
đặc biệt là những kỹ sư lâu năm . Do đó, việc chuyển đổi tự động 
bản vẽ kỹ thuật thành mô hình 3D là rất quan trọng. Vì vậy, nhiều 
công ty nước ngoài chẳng hạn Nipon của Nhật đang tuyển dụng và sử 
dụng các kỹ sư của chúng ta chỉ để vẽ lại mô hình 3D từ bản vẽ 2D, 
đấy cũng là tình hình chung trên thế giới khi mà nền Cơ khí hiện đại 
gắn liền với các hệ CA (Computer aided) luôn đòi hỏi mô hình thiết 
kế 3D trong khi vẫn còn và sẽ còn tồn tại nhiều bản thiết kế 2D cần 
được tiếp tục sử dụng trong những thiết kế mới mang tính kế thừa. 
 Tóm lại sự tồn tại mang tính khoa học, tự nhiên và lịch sử của cả 
hai dạng thiết kế 2D và 3D luôn đòi hỏi có một cầu nối giữa chúng. 
Nếu như chiều nối từ 3D sang 2D là tương đối dễ dàng mà mọi phần 
mềm CAD/CAM đều đạt được (AutoCAD 12- 1990 đã thực hiện tốt) 
thì chiều ngược lại 2D sang 3D là hết sức khó khăn. Nhu cầu có 
được một “chiếc cầu” hai chiều nối liền hai mô hình thiết kế được đặt 
ra hết sức tự nhiên và cấp thiết trong khoa học kỹ thuật . Điều đó 
được minh chứng bằng hàng loạt công trình khoa học quốc tế suốt 
hơn nửa thế kỷ vừa qua nhưng cho đến nay kết quả đạt được là hết 
sức hạn chế, chưa có mặt một phần mềm nào trên thực tế thực hiện 
được chiều ngược lại. Những điều phân tích trên đây là lý do (sau 
khi được sự đồng ý của GS hướng dẫn), để tác giả lựa chọn đề tài: 
2 
“Nghiên cứu xây dựng phương pháp phản chuyển từ các hình 
chiếu cơ bản thành mô hình 3D ứng dụng cho các hệ CAD/CAM 
cơ khí” cho luận án tiến sỹ của mình. 
2. Mục đích và nội dung nghiên cứu 
 Mục đích cuối cùng của đề tài là có được công cụ hỗ trợ cho công 
tác thiết kế 3D dựa trên các bản thiết kế có sẵn 2D hoặc thiết kế mới 
3D theo phương pháp thuận tiện và mềm dẻo hơn, ngoài ra làm chủ 
cơ sở dữ liệu hình học 3D của đối tượng thiết kế để phục vụ cho 
những ứng dụng phong phú trong nghành Kỹ thuật Cơ khí. 
 Nội dung nghiên cứu của luận án: 
- Xây dựng phương pháp phản chuyển dựa trên mô hình B-Rep 
(boundary representation) từ hai hình chiếu cơ bản của những chi 
tiết kỹ thuật phổ biến. 
- Xây dựng công cụ thực nghiệm là là một chương trình khoảng 
4500 dòng lệnh, viết bằng ngôn ngữ Visual C++ 6.0 kết hợp với thư 
viện ADSRX của AutoCAD R14, để phản chuyển tự động các bản vẽ 
hai hình chiếu trên AutoCAD R14. 
- Thực nghiệm phản chuyển cho nhiều mẫu đa dạng để xác minh 
tính đúng và hiệu quả cũng như minh hoạ, hiệu chỉnh, hoàn thiện 
phương pháp đề xuất. 
- Thực nghiệm gia công và đo lường từ dữ liệu phản chuyển 3D với 
công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ đã mở ra hướng ứng dụng trong 
Cơ Khí của luận án. 
3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu 
- Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống phản chuyển tự 
động từ các hình chiếu cơ bản thành mô hình 3D. 
- Phạm vi nghiên cứu: Bản vẽ 2D trên thực tế bao gồm nhiều 
thành phần: Hình chiếu cơ bản, hình cắt, mặt cắt, hình chiếu phụ, 
hình trích, kích thước... Trong luận án, tác giả chỉ tập trung nghiên 
cứu chi tiết về quá trình phản chuyển từ bản vẽ chi tiết máy được 
biểu diễn chính xác bởi hai hình chiếu đứng và bằng (có đủ nét 
khuất) của các chi tiết kỹ thuật phổ biến được bao bọc bởi các mặt 
phẳng , mặt trụ vuông góc với mặt phẳng hình chiếu, mặt nón tròn 
xoay, mặt xuyến có trục vuông góc với mặt phẳng hình chiếu và mặt 
3 
cầu. Các bản vẽ này được tạo ra trên các hệ CAD theo chuẩn DXF 
(Drawing Exchange Format) bao gồm các phân đoạn thẳng và tròn. 
Phạm vi nghiên cứu trên không làm mất tính tổng quát và độ mở của 
hệ thống để có thể tiếp tục phát triển về sau. 
- Phương pháp nghiên cứu 
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết (là phương pháp phản chuyển dựa 
trên mô hình biểu diễn biên) với thực nghiệm để kiểm chứng và hiệu 
chỉnh phương pháp. 
4. Ý nghĩa - những đóng góp mới của luận án 
Ý nghĩa khoa học: 
 Phương pháp đề xuất là một trong số rất ít phương pháp phản 
chuyển trên thế giới dựa trên biểu diễn B-Rep chỉ từ hai hình chiếu 
mà thành công cho hàng loạt mẫu đối tượng khá phức tạp về loại mặt 
(bao gồm cả mặt tròn xoay như nón, cầu, xuyến), về giao tuyến và 
cấu trúc hình học của vật thể (các khối xuyên nhau tạo nên những cấu 
trúc tô-pô đặc biệt), trong đó chứa đựng những giải pháp mới như 
loại bỏ các đối tượng sai có sử dụng thông tin thấy khuất trên hình 
chiếu, kiểm tra điều kiện tô-pô theo vùng, dùng mặt phẳng cạnh để 
chia cắt hình chiếu nhằm tăng tốc độ phản chuyển 
 Ý nghĩa thực tiễn: 
 Xây dựng thành công công cụ thực nghiệm phản chuyển là một 
chương trình viết bằng ngôn ngữ Visual C 6.0 hơn 4500 dòng lệnh, 
chạy trên nền AutoCAD hỗ trợ cho AutoCAD phản chuyển tự động 
các bản vẽ hai hình chiếu thành mô hình Solid 3D cung cấp cho 
những ứng dụng kỹ thuật cơ khí trên những hệ thống CAD/CAM tiên 
tiến, cơ sở dữ liệu phản chuyển 3D được nắm bắt chi tiết cả về cấu 
trúc tô-pô sẽ cung cấp cho những ứng dụng đặc biệt trong Cơ khí. 
5. Cấu trúc của luận án 
Luận văn được trình bày trong 146 trang bao gồm: Mở đầu (3 
trang); Chương 1 (18 trang) - Tổng quan về tình trạng nghiên cứu 
phản chuyển ; Chương 2 (20 trang) - Cơ sở lý thuyết của phương 
pháp phản chuyển; Chương 3 (23 trang) - Nghiên cứu đề xuất 
phương pháp phản chuyển; Chương 4 (56 trang) - Kết quả thực 
nghiệm và thảo luận; Kết luận và kiến nghị (3 trang); Tài liệu tham 
khảo (5 trang); Danh mục các công trình đã công bố của luận án (1 
trang); phụ lục (20 trang). 
4 
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH TRẠNG NGHIÊN 
CỨU PHẢN CHUYỂN 
1.1 Diễn tả - Biểu diễn (representation) trên máy tính của 
vật thể 
1.1.1 Biểu diễn biên 
1.1.2 Biểu diễn CSG 
1.1.3 Biểu diễn khuôn 
1.2 Các phương pháp phản chuyển 
1.2.1 Phương pháp phản chuyển từ một hình chiếu 
1.2.2 Phương pháp nhiều hình chiếu 
 - Các phương pháp phản chuyển dựa trên B-Rep 
 - Các phương pháp phản chuyển dựa trên CSG 
 - Các phương pháp và phân tích khác 
 - Bằng sáng chế 
1.3 Tóm tắt đánh giá các công trình nghiên cứu về phản 
chuyển, kết luận chương 1 
Việc khảo sát đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 
(xem tóm tắt đánh giá trên bảng 1.1) nhằm định hướng cho nghiên 
cứu của luận án đã dẫn đến những kết luận sau: 
Gần đây, phương pháp phản chuyển dựa trên mô hình B-Rep 
được đánh giá cao hơn phương pháp dựa trên mô hình CGS. Điều 
này chủ yếu là do các phương pháp dựa trên mô hình CSG ít thích 
hợp với các vật thể có hình dạng, cấu trúc phức tạp và thường yêu 
cầu tương tác với người dùng nhiều hơn so với phương pháp dựa trên 
mô hình B-Rep. Tuy nhiên, trong cách tiếp cận dựa trên mô hình B-
rep vẫn còn một số vấn đề còn lại như sau: 
Hầu hết các phương pháp đòi hỏi đầu vào là ba hình chiếu trong 
khi các bản vẽ kỹ thuật thường chỉ sử dụng hai hình chiếu để mô tả 
chi tiết máy thông dụng. 
Thời gian xử lý loại bỏ tất cả các yếu tố sai trong mô hình giả 
định còn dài. 
Phạm vi loại đối tượng còn hạn chế, nhiều phương pháp chỉ thích 
hợp và đề xuất cho đối tượng đa diện, một số khác đã mở rộng 
phương pháp dành cho đa diện vào mô hình vật thể chứa mặt bậc hai 
nhưng rất khó để loại bỏ các bề mặt giả định và tạo ra mô hình Solid 
từ mô hình khung dây giả định này. 
5 
Các công trình được trình bày thiên về khái niệm, nặng về lý 
thuyết và mỗi phương pháp chỉ đúng trong những trường hợp riêng, 
khó triển khai cài đặt những ứng dụng cụ thể. 
Những kết luận trên đây đã là cơ sở hữu ích và khách quan cho 
những định hướng nghiên cứu đã được trình bày ở phần mở đầu 
Bảng 1.1 Tóm tắt đánh giá tình hình nghiên cứu phản chuyển 
6 
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP 
PHẢN CHUYỂN 
Chương này trình bày cơ sở lý luận của phương pháp phản 
chuyển dựa trên B-Rep, nội dung của chương dựa trên công trình 
[30] là sự tổng hợp và phát triển các phương pháp phản chuyển của 
Idesawa [18], Wesley và Markowsky [38], Sakurai và Gossard [29], 
đó là những phương pháp phản chuyển quốc tế điển hình dựa trên B-
Rep được trích dẫn nhiều nhất. Cơ sở lý luận này sẽ là nền móng cho 
phương pháp NCS đề xuất trong chương 3. 
2.1 Các định nghĩa cơ bản 
2.2 Phương pháp phản chuyển dựa trên mô hình B-Rep 
điển hình 
Hình 2.1 Các bước trong phương pháp phản chuyển mô hình 3D dựa trên Brep 
điển hình [30] 
2.2.1 Kiểm tra dữ liệu đầu vào 
2.2.2 Tạo đỉnh giả định 
2.2.3 Tạo cạnh giả định 
7 
2.2.4 Tạo mặt giả định 
2.2.5 Tạo khối giả định 
2.2.6 Ra quyết định 
Kết luận chương 2 
 Các định nghĩa, tính chất có chứng minh trong chương 2 sẽ là cơ 
sở thuyết vững chắc cho phương pháp phản chuyển được đề xuất 
trong chương 3, những vấn đề khác như tạo đỉnh, cạnh, khối giả định 
và ra quyết định có thể được sử dụng ở mức độ ý tưởng hoặc để so 
sánh đối chiếu phương phương pháp phản chuyển đề xuất trong 
chương sau với phương pháp phản chuyển tổng hợp điển hình đã 
được công nhận và trích dẫn nhiều trong các công trình khoa học 
quốc tế về phản chuyển. 
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP 
PHẢN CHUYỂN 
3.1 Định nghĩa một số đối tượng (xem hình 3.1) 
Hình 3.1 Minh hoạ các định nghĩa 
8 
3.2 Mô hình hoá vấn đề phản chuyển dựa trên B-Rep 
Từ hai hình chiếu view1 view2 đã cho, tìm ra những solid được 
xem là một tập {{V}; {E}; {F}} thoả mãn hai nhóm điều kiện sau: 
 1. Điều kiện chiếu 
 SL1  view1 
 SL2  view2 
 2. Điều kiện Tô-pô (topology) của một solid: Một cạnh phải 
thuộc chính xác hai mặt, một đỉnh phải là giao của tối thiểu ba mặt, 
một vùng trên hình chiếu phải thuộc hình chiếu của chẵn mặt. 
Trong đó: 
 {V} là tập hợp các đỉnh (Vertex), {E} là tập hợp các cạnh 
(Edge), {F} là tập hợp các mặt (Face), SL: solid, SL1 là hình chiếu 
của solid lên mặt phẳng hình chiếu 1, SL2 là hình chiếu của solid lên 
mặt phẳng hình chiếu 2, view1 và view2: là hai hình chiếu đã cho. 
Một cách khái quát, vấn đề cần giải quyết dựa trên phương pháp 
B-Reb bao gồm những công đoạn chính sau: 
 Từ các hình chiếu đã cho, tìm ra mô hình khung dây giả định 
bao gồm tập đỉnh {Vgđ}, cạnh {Egđ} giả định, những đối tượng này 
mới chỉ thoả mãn điều kiện chiếu và có thể là sai. Trong các bài báo 
khoa học quốc tế thì những đối tượng sai trong mô hình giả định 
được gọi là đối tượng “ma” (ghost), đặc biệt khi đầu vào của quá 
trình phản chuyển chỉ là hai hình chiếu thì số lượng các đối tượng 
“ma” càng nhiều. 
 Từ mô hình khung dây giả định, xác định tập các mặt giả định 
{Fgđ} 
 Tìm trong tập gỉa định{{Vgđ},{Egđ},{Fgđ}} một (hoặc nhiều) tập 
con {{V},{E},{F}} thoả mãn hai nhóm điều kiện nêu trên, tức là 
phải loại bỏ các đối tượng giả định sai. Các tập đó chính là kết quả 
phản chuyển theo mô hình B-rep. Với một hệ thống phản chuyển 
hoàn hảo, cần có thêm bước sau: 
 Tạo ra mô hình Solid từ tập {{V},{E},{F}} nói trên 
9 
Những vấn đề được đặt ra là: 
 Thuật toán tạo đối tượng giả định phải tổng quát cho các mặt 
cong phổ biến trong chi tiết máy như mặt phẳng, mặt trụ, mặt nón, 
mặt tròn xoay (và có độ mở để phát triển thích hợp với các mặt cong 
phức tạp hơn trong kỹ thuật), nghĩa là phải mở rộng được những 
phương pháp trên đa diện cho mặt cong. 
 Thuật toán loại bỏ các đối tượng sai phải có độ phức tạp O(n) 
chấp nhận được, chống lại sự tăng theo hàm số mũ O(2n) của số 
lượng mặt giả định. Muốn đạt được điều này phải có chiến lược 
duyệt các tổ hợp giả định và hệ thống luật kiểm tra các điều kiện 
chiếu và Tô-pô thích hợp nhằm lan toả các thuộc tính (đúng và sai) 
của các đối tượng đã được khẳng định, tránh được sự "vét cạn" các tổ 
hợp giả định. 
 Có khả năng xét thấy khuất trên các hình chiếu để có thể sử 
dụng tối thiểu số lượng hình chiếu cũng như tăng tốc độ phản 
chuyển. 
 Phải tìm ra mọi nghiệm nếu có vì khi sử dụng chỉ hai hình 
chiếu thì trong nhiều trường hợp sẽ có nhiều nghiệm. 
3.3 Tổ chức cơ sở dữ liệu 2D 
3.3.1 Dữ liệu Node (điểm giao trên hình chiếu) 
Node1[50][2] là ma trận (mảng) hai chiều gồm 50 hàng x 2 cột 
các phần tử số thực, chứa đựng thông tin X, Y của các giao điểm trên 
hình chiếu đứng. Kích thước 50 hàng tương ứng với tối đa 50 điểm 
trên hình chiếu đứng. Node[k][1] chứa giá trị X, Node[k][2] chứa giá 
trị Y của giao điểm k. 
Tương tự, Node2[50][2] là mảng chứa các giao điểm trên hình 
chiếu bằng. 
3.3.2 Dữ liệu phân đoạn và đoạn 
a) Trên hình chiếu đứng 
10 
+ Mảng Lineseg1[50][4] gồm 50 hàng x 4 cột các phần tử số 
nguyên tương ứng với tối đa 50 phân đoạn trên hình chiếu đứng, 
trong đó: Lineseg1[t][1] chứa số nguyên k và Lineseg1[t][2] chứa số 
nguyên j tương ứng với hai giao điểm thứ k và thứ j được ghi trong 
ma trận node1 để xác định hai điểm cuối của phân đoạn thứ t, 
Lineseg1[t][3] chứa số nguyên chỉ loại đường (thẳng, cung tròn) 
của phân đoạn thứ t, Lineseg1[t][4] chứa số nguyên chỉ loại nét (thấy, 
khuất, ). Với những phân đoạn thẳng thì ma trận Lineseg1 là đủ để 
xác định. Với các phân đoạn là cung tròn, cần kết hợp thêm với: 
 - Mảng Cen1[50][2] ghi thông tin toạ độ tâm cung tròn 
(Cen1[t][1] = X; Cen[t][2] = Y), 
 - Mảng Rad1[50] ghi bán kính cung tròn (Rad1[t] ghi bán kính 
của cung tròn t), 
 - Mảng Staang1[50] để ghi góc bắt đầu của cung tròn, 
 - Mảng Endang1[50] để ghi góc kết thúc của cung tròn. 
+ Mảng Line1[50][20] ghi chỉ số của các giao điểm nằm trên một 
đường: Line1[m][j] xác định giao điểm thứ j của đường thứ m, 
Line1[m][0] chỉ số giao điểm nằm trên đường đó. 
+ Mảng Mau1[50 ... ái làm nhiệm vụ đánh giá mức ưu tiên để 
đưa ra một giả định mới (đúng hoặc sai) cho đối tượng có mức ưu 
tiên cao nhất hiện hành. Ngoài ra khối này lưu trữ trạng thái giả định 
của các đối tượng nhằm đảm bảo không bỏ sót cũng như không duyệt 
thừa các khả năng. 
Hệ thống luật khẳng định và lan toả trạng thái của các đối tượng giả 
định: 
 Ngoài thuộc tính đúng và sai (ý nghĩa là có nằm trên vật thể hay 
không) liên quan đến điều kiện Tôpô thì các đối tượng giả định có 
thêm thuộc tính hiển thị hay không hiển thị (các cạnh tiếp xúc của hai 
mặt là không hiển thị, đỉnh tiếp xúc của hai cạnh là không hiển thị) 
thuộc tính này sẽ liên quan đến điều kiện chiếu. 
- Nếu 1 node loại b1 hoặc b2 liên quan đến chỉ một đỉnh thì đỉnh 
đó chắc chắn đúng và hiển thị. 
- Nếu một phân đoạn trên một hình chiếu chỉ liên quan đến duy 
nhất một cạnh thì cạnh đó chắc chắn đúng và hiển thị 
16 
- Nếu một đỉnh được khẳng định đúng và hiển thị mà thuộc ba 
cạnh thì cả ba cạnh này đều được khẳng định đúng và hiển thị, 
và tồn tại ba mặt liên quan đến đỉnh đó được khẳng định đúng. 
- Một cạnh được khẳng định đúng thì 2 đỉnh của nó được khẳng 
định đúng. 
- Một cạnh được khẳng định đúng mà được gắn với hai mặt thì 
cả hai mặt đó được khẳng định đúng, nếu cạnh đó mà hiển thị 
thì hai mặt này phải cắt nhau. 
- Một cạnh liên quan đến n mặt mà trong đó (n-1) mặt đã khẳng 
định sai thì cạnh đó được khẳng định sai. 
- Một cạnh sai thì mọi mặt gắn với nó đều sai. 
- Một mặt đúng thì mọi cạnh của nó đều đúng và những cạnh 
thấy ngoài (là cạnh có hình chiếu thuộc đường bao quanh hình 
chiếu) sẽ là hiển thị. 
- Một vùng có k-1 mặt liên quan đúng, mà k là chẵn thì mặt còn 
lại phải đúng ( k là số mặt liên quan đến vùng này) 
 Kiểm tra mâu thuẫn 
Mâu thuẫn xảy ra khi: 
- Một cạch mà có lớn hơn hai mặt gắn với nó có thuộc tính đúng. 
- Một cạnh đúng mà có n-1 mặt gắn với nó là sai (n là số mặt gắn với 
cạnh đó). 
- Một vùng mà có m-1 mặt liên quan sai (m là số mặt liên quan đến 
vùng đó). 
- Một Node loại b1 hoặc b2 mà mọi đỉnh liên quan đều sai. 
- Một mặt cao nhất đúng mà có nét thấy bên trong hình chiếu bằng 
của nó (nghĩa là hình chiếu bằng của mặt cao nhất phải là vùng khép 
kín thấy tối thiểu). 
- Một mặt xa nhất đúng mà có nét thấy bên trong hình chiếu đứng 
của nó ( nghĩa là hình chiếu đứng của mặt xa nhất phải là vùng khép 
kín thấy tối thiểu). 
 Ngoài ra mâu thuẫn còn được phát hiện ngay trong quá trình lan 
toả trạng thái mà giá trị thuộc tính một đối tượng bị trái ngược với 
giá trị hiện tại của nó. Như vậy ngay trong quá trình lan toả đã có 
kiểm tra sơ bộ mâu thuẫn, nếu có thì ngắt ngay quá trình lan toả và 
chuyển đến khối chức năng “quay lui” 
17 
 Quay lui 
Khối quay lui có chức năng khôi phục lại trạng thái của các đối tượng 
giả định tại trạng thái trước đó ( trước khi có một giả định mới làm 
nảy sinh mâu thuẫn) sau đó trở về bộ “quản lý trạng thái” để duyệt 
phương án tiếp theo nếu còn. 
 Điều kiện cuối: 
 Điều kiện tô-pô đã được thoả mãn đầy đủ trong quá trình duyệt 
lan toả có kiểm tra mâu thuẫn. Tuy vậy việc kiểm tra mâu thuẫn trong 
quá trình duyệt là chưa đủ chi tiết (vì để giảm thời gian duyệt) để 
thoả mãn đầy đủ điều kiện chiếu và thuộc tính thấy khuất của hình 
chiếu nên cần kiểm tra điều kiện này (gọi là “điều kiện cuối”). 
 Nguyên lý kiểm tra điều kiện chiếu: 
Với mỗi cạnh đúng và hiển thị, xác định hình chiếu của nó là những 
phân đoạn trên mỗi hình chiếu, tạo ma trận “cờ” (0 và 1) tương ứng 
với các phân đoạn trên mỗi hình chiếu. Nếu mọi phân đoạn trên mỗi 
hình chiếu đều có “cờ” tương ứng là 1 thì điều kiện chiếu được thoả 
mãn. 
Xác định thuộc tính thấy khuất trên hình chiếu: 
Nguyên lý: 
 Trên hình chiếu bằng: Với mỗi vùng k trên hình chiếu bằng đã 
được xác định bởi mảng rangeline2, tìm mặt đúng cao nhất (có Z lớn 
nhất) chứa nó, những phân đoạn rangeline2[k][j] thuộc hình chiếu 
bằng của một cạnh thuộc mặt này sẽ có thuộc tính thấy, còn lại sẽ là 
khuất. 
 Trên hình chiếu đứng: Với mỗi vùng k trên hình chiếu đứng đã 
được xác định bởi mảng rangeline1, tìm mặt đúng xa nhất (có Y lớn 
nhất) chứa nó, những phân đoạn rangeline1[k][j] thuộc hình chiếu 
đứng của một cạnh thuộc mặt này sẽ có thuộc tính thấy, còn lại sẽ là 
khuất. 
 Chú ý: Với mỗi vùng sẽ xác định được thuộc tính thấy khuất của 
các phân đoạn của nó như trên, vì một phân đoạn bên trong hình 
chiếu sẽ thuộc về hai vùng nên cần tổng hợp thuộc tính theo nguyên 
tắc sau: Nếu một phân đoạn có thuộc tính khuất trên cả hai vùng chứa 
nó thì thuộc tính của nó sẽ là khuất, nếu khuất trên vùng này và thấy 
18 
trên vùng còn lại thì phân đoạn đó sẽ thấy. Những phân đoạn nằm 
trên đường bao quanh hình chiếu chắc chắn thấy, không cần xem xét. 
3.7 Tạo Solid 
 Nguyên lý 
 Xét mỗi vùng trên hình chiếu bằng (hoặc đứng), sẽ có k (chẵn) 
mặt đúng chứa nó. Sắp xếp các mặt đó theo trật tự độ cao tăng dần 
(hoặc giảm dần). Các khối Solid thành phần được tạo ra bởi khối 2,5 
D (extrude) với đáy là vùng đang xét và được chặn bởi hai mặt liên 
tiếp trong trật tự đã xếp nói trên. Các cặp mặt đó là 1-2; 3-4 
Khoảng rỗng là tồn tại giữa các cặp mặt 2-3, 4-5Vật thể được tạo 
ra bởi toán tử Union của tất cả các Solid cấu thành trên. 
Kết luận chương 3 
Trên đây, phương pháp phản chuyển tự động từ hai hình chiếu 
dựa trên biểu diễn B-Rep đã được tìm ra và trình bày chi tiết từ định 
nghĩa, phương pháp tới tổ chức dữ liệu và giải thuật trên quan điểm 
thực tiễn, có thể làm cơ sở cho việc phát triển một hệ thống thực 
nghiệm, tiến tới thực tế phản chuyển tự động từ hai hình chiếu đứng 
và bằng. Một số nơi trong chương này, để cụ thể, hai hình chiếu đầu 
vào được ấn định là đứng và bằng, điều đó không làm mất đi tính 
tổng quát của phương pháp và sẽ là tương tự khi chuyển đổi sang cặp 
hình chiếu đứng, cạnh khi phát triển một hệ thống phản chuyển thực 
tế. Một số vấn đề về mặt phương pháp sẽ được bổ sung, làm rõ hơn 
trong chương thực nghiệm sau đây. 
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM và THẢO LUẬN 
Phương pháp phản chuyển đã đề xuất trong chương 3 được sử 
dụng để tạo lập ra công cụ thực nghiệm là một chương trình khoảng 
4500 dòng lệnh được viết bằng ngôn ngữ Visual C++ 6.0 kết hợp với 
thư viện ADSRX (AutoCAD Develoment System Runtime 
eXtension) của AutoCAD-R14. Sau khi tạo lập thành công, một phần 
mềm hỗ trợ phản chuyển tự động chạy trong môi trường AutoCAD-
R14 được sử dụng để tiến hành thực nghiệm phản chuyển trên một 
loạt các mẫu được lựa chọn khách quan và đa dạng với mục đích làm 
sáng tỏ, kiểm chứng, và hoàn thiện phương pháp đề xuất. Ba mẫu đầu 
19 
tiên là các mẫu của các công trình nghiên cứu phản chuyển quốc tế 
mới nhất (2011) của các tác giả Ý, các mẫu sau là các đề thi, bài tập 
Vẽ kỹ thuật, một số mẫu là do NCS tạo dựng, mẫu cuối là chi tiết kỹ 
thuật thực tế. Với mỗi mẫu đều phân tích thảo luận về kết quả trung 
gian và kết quả cuối cùng của quá trình phản chuyển. 
4.1 Mẫu 1 - đa diện 
4.2 Mẫu 2 - Vật thể có chứa mặt trụ 
4.3 Mẫu 3 - Đa diện phức tạp 
4.4 Mẫu 4 - Đề thi vẽ kỹ thuật 
4.5. Mẫu 5 - Đề thi Vẽ kỹ thuật 
4.6 Mẫu 6 - Đề thi Vẽ kỹ thuật 
4.7 Mẫu 7- Bài tập vẽ kỹ thuật 
4.8 Mẫu 8 - Vật thể chứa nón và trụ (mở rộng cho mặt tròn 
xoay) 
4.9. Mẫu 9- Chi tiết kỹ thuật thực tế 
4.10 Ứng dụng dữ liệu phản chuyển 3D trong Cơ khí 
Dữ liệu 3D của quá trình phản chuyển trong AutoCAD có thể được 
sử dụng một cách tương thích cho các hệ CAD/CAM/CAQ cơ khí 
tiên tiến như CATIA, INVENTOR, Pro/ENGINEER, NX với 
những mục đích ứng dụng phong phú như hoàn thiện thiết kế, tính 
toán sức bền, mô phỏng động học, động lực học, thiết kế dụng cụ cắt, 
gia công theo công nghệ in 3D, điều khiển rô-bốt hàn tự động, tạo 
chương trình gia công trên các máy CNC, phân tích kết quả đo 3D 
4.10.1 Kết xuất dữ liệu phản chuyển cho các hệ CAD/CAM Cơ 
khí 
Sau khi phản chuyển thành công, trong môi trường AutoCAD, sử 
dụng lệnh File/export, chọn loại file là ACIS(*.sat) để hầu hết các 
phần mềm CAD/CAM cơ khí quốc tế đều hiểu được 
20 
4.10.2 Sử dụng mô hình phản chuyển trong công tác thiết kế trên 
các hệ CAD/CAM cơ khí và kiểm định độ chính xác của mô hình 
phản chuyển 3D 
Với chức năng tạo lập bản vẽ kỹ thuật rất thuận tiện của Inventor 
(, Solidwork), có thể nhanh chóng tạo ra các bản vẽ 2D từ các mô 
hình phản chuyển 3D như trên hình 4.35 So sánh với bản vẽ 2D đầu 
vào khi phản chuyển, với mẫu 4 (và tương tự cho tất cả các mẫu còn 
lại) đều đạt độ chính xác phản chuyển là 100%. 
Hình 4.35 Kiểm định độ chính xác của mô hình phản chuyển 3D - mẫu 4 
4.10.3 Tạo dữ liệu cho hệ thống điều khiển in 3D từ mô hình 
phản chuyển 3D 
4.10.4 Thực nghiệm gia công cơ khí và đo lường với công nghệ 
CAD/CAM/CNC/CAQ ứng dụng mô hình phản chuyển 3D 
21 
 Sơ đồ tổng quát quá trình gia công cơ khí và đo lường với công 
nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ ứng dụng mô hình phản chuyển 3D như 
trên hình 4.38. 
Hình 4.38 Sơ đồ ứng dụng dữ liệu phản chuyển 3D trong gia công và đo lường 
- Sử dụng phần mềm CAM là PTC Creo Parametric để tạo chương 
trình gia công trên máy CNC dưới đây. 
- Máy phay CNC cao tốc HS Super MC500. 
- Vật liệu gia công ba chi tiết là hợp kim nhôm Al 6062. 
- Thiết bị đo là đầu quét 3D MMDx100 với cánh tay Rô-bốt 
MCAx20+ được kết hợp với 
- Phần mềm CAQ là Geomegic Qualify 2013. 
 Kết quả gia công và đo lường được chỉ ra trên hình 4.54,4.57 
Hình 4.54 Ảnh chụp ba chi tiết sau khi gia công 
22 
Hình 4.57 Sai lệch biên dạng thể hiện qua màu sắc của chi tiết mẫu 08b 
KẾT LUẬN 
Những kết quả nghiên cứu (và kết luận) mới của luận án bao gồm: 
 + Nghiên cứu và đề xuất chi tiết một phương pháp mới để phản 
chuyển cho các đối tượng kỹ thuật thông thường được bao bọc bởi 
các mặt phẳng, mặt trụ chiếu, mặt tròn xoay (nón, cầu, xuyến) có trục 
vuông góc với mặt phẳng hình chiếu. Những điểm mới trong phương 
pháp gồm có: 
 Kiểm tra mâu thuẫn thấy khuất trên các hình chiếu để loại 
bỏ các đối tượng sai nên đã tối thiểu hoá số hình chiếu đầu 
vào của hệ thống phản chuyển. 
 Mở rộng phạm vi đối tượng so với các phương pháp dựa trên 
B-Rep trước đó: Đã xử lý được vật thể chứa mặt trụ, cạnh 
tiếp xúc, mặt tròn xoay với những giao tuyến phức tạp và 
những điểm kỳ dị về cấu trúc tô-pô. 
 Đưa ra đủ tất cả các nghiệm của mô hình 3D thoả mãn hai 
hình chiếu đầu vào. 
23 
 Sử dụng khái niệm vùng trên các hình chiếu để tìm ra các 
mặt giả định, để xây dựng Solid (tương thích khi được nhúng 
trong các hệ thống CAD/CAM tiên tiến). 
 Cải thiện tốt tốc độ phản chuyển với các giải pháp duyệt lan 
toả trạng thái của các đối tượng giả định, chia cắt hình chiếu 
với những đối tượng phức tạp, kiểm tra điều kiện tô-pô theo 
vùng. 
 + Xây dựng thành công công cụ thực nghiệm, là một chương 
trình khoảng 4500 dòng lệnh, viết bằng ngôn ngữ Visual C++ 6.0 để 
phản chuyển tự động các bản vẽ hai hình chiếu trên AutoCAD R14. 
 + Thực nghiệm phản chuyển cho nhiều mẫu đa dạng đã xác minh 
tính đúng và hiệu quả cũng như minh hoạ, hiệu chỉnh, hoàn thiện 
phương pháp đề xuất và đã rút ra những kết luận chính như sau: 
 Khi chỉ sử dụng hai hình chiếu thì số mặt giả định sẽ lớn hơn 
số mặt thực tế rất nhiều (đặc biệt khi đối tượng có nhiều mặt 
phẳng cạch), thời gian phản chuyển tăng nhanh khi số mặt 
giả định lớn hơn 50. 
 Áp dụng kiểm tra điều kiện tô-pô theo vùng sẽ tăng tốc độ 
phản chuyển khoảng 65 lần. 
 Khi không xét thông tin thấy khuất trên hình chiếu thường 
cho ra rất nhiều nghiệm. Những phương pháp phản chuyển 
mà không sử dụng thông tin này thì buộc phải dùng nhiều 
hình chiếu để loại bỏ các phương án sai. 
 Chia cắt hai hình chiếu bởi mặt phẳng cạnh sẽ đem lại hiệu 
quả cao về thời gian phản chuyển của những đối tượng phức 
tạp. 
 Độ chính xác của mô hình phản chuyển 3D trong AutoCAD 
cũng như khi được kết xuất sang các hệ CAD tiên tiến như 
Inventor, SolidWork là 100%. 
 + Thực nghiệm gia công và đo lường từ dữ liệu phản chuyển 3D 
với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ đã mở ra hướng ứng dụng 
trong Cơ Khí của đề tài và rút kết luận sau: 
24 
 Mô hình phản chuyển 3D là tương thích hoàn toàn và có thể 
khai thác sử dụng hiệu quả trong các hệ CAM/CAQ để tạo chương 
trình gia công cho các máy CNC và làm chuẩn đo lường, so sánh với 
mô hình mây điểm từ công nghệ quét 3D với thời gian nhanh chóng 
và đạt độ chính xác cao. 
Những kết quả nghiên cứu của luận án có thể được sử dụng để: 
 - Giảng dạy và học tập môn Vẽ kỹ thuật. 
 - Thiết kế 3D kế thừa bản vẽ 2D có sẵn. 
 - Thiết kế mới 3D với cách thức nhanh chóng, dễ dàng cho mọi 
 đối tượng. 
 - Gia công cơ khí và đo lường với công nghệ CA từ mô hình 
 phản chuyển 3D. 
 - Làm cơ sở để xây dựng mới cũng như phát triển các hệ 
 CAD/CAM ngày càng hoàn thiện hơn. 
Khả năng ứng dụng của dữ liệu phản chuyển 3D trong kỹ thuật 
cơ khí là rất phong phú, và đặc biệt, dữ liệu này được làm chủ một 
cách chi tiết nên có thể tạo ra những ứng dụng đặc biệt (không chỉ 
dừng lại ở mức độ gia công và đo lường với công nghệ 
CAD/CAM/CNC/CAQ). 
Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 
- Nghiên cứu phản chuyển cho bản vẽ có hình cắt, mặt cắt, kích 
thước, hình chiếu phụ, bản vẽ lắp. 
- Nghiên cứu mở rộng đối tượng phản chuyển: có chứa các mặt đặc 
biệt như mặt thân khai, mặt xoắn vít, mặt tự do. 
- Nghiên cứu phản chuyển từ bản vẽ trên giấy, bản vẽ phác. 
- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phản chuyển vào kỹ thuật thiết kế 
ngược, xử lý dữ liệu quét 3D dạng mây điểm để tạo ra mô hình 
vật thể 3D, tìm ra các tham số của phương trình các bề mặt. 
- Xây dựng hệ thống tích hợp CAD/CAM “thông minh”. 
- Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ tự động dựa trên kỹ 
thuật nhận biết cấu trúc 3D với ứng dụng kỹ thuật phản chuyển. 
- Nghiên cứu xác định mặt khởi thuỷ của dụng cụ cắt với ứng dụng 
kỹ thuật phản chuyển. 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA 
LUẬN ÁN 
1. Bành Tiến Long, Hoàng Long (2013). Tự động phản chuyển từ 
File bản vẽ kỹ thuật sang cấu trúc ba chiều cho các hệ CAD/CAM. 
Proceeding of the 3rd National Conference on Mechanical Science 
& Technology. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, ISBN: 
978604670061, tr333-338. 
2. Banh Tien Long, Hoang Long (2014). Automatic 3D model 
reconstruction from a multi-views engineering drawing for 
CAD/CAM systems. Proceedings ISEPD2014, ISBN 978-89-5708-
236-2, pp.374-377. 
3. Hoang Long, Banh Tien Long, (2014). Automatic 3D Model 
Reconstruction from a Multi-Views Engineering Drawing File 
Containing even Curves and Hidden Lines for Cad/Cam Systems. 
Proceedings RCMME 2014, ISBN 978-604-911-942-2, pp. 20-23. 
4. Hoang Long, Banh Tien Long (2015). Automatic Creating 3D 
Pseudo-Wireframe from 2D Orthographic Views. Tạp chí Khoa học 
và Công nghệ ĐHBK Hà nội, số 106/2015, tr. 46-49. 
5. Hoang Long, Banh Tien Long, Phan Van Hieu (2015). Conical 
Solid Model Reconstruction of 3D Pseudo-Wireframe Model Found 
from 2D Orthographic Views. Tạp chí hoa học và Công nghệ ĐHBK 
Hà nội, số 108/2015, tr. 68-72.