Đọc hiểu bản vẽ theo truyền thống
Từ trước đến nay, trong các giáo trình hình họa và vẽ kỹ thuật, nội dung đọc hiểu bản vẽ không được tập hợp thành một bài giảng cụ thể. Trong giáo trình vẽ kỹ thuật cơ khí [1], các tác giả Trần Hữu Quế và Nguyễn Văn Tuấn chỉ đưa ra một số gợi ý, định hướng về việc đọc hiểu hai hình chiếu để vẽ hình chiếu thứ ba. Phương pháp truyền thống này có thể được phân loại như sau:
Đọc bản vẽ theo hướng mặt
Đầu tiên, người đọc cần quan sát đúng hướng nhìn để phân biệt mặt trên hay mặt dưới, mặt trước hay mặt sau, mặt trái hay mặt phải của vật thể. Trên các hình chiếu, mỗi đường khép kín (đường gãy khúc hoặc cong) thể hiện một mặt. Hai đường khép kín kề nhau hay bao nhau thể hiện hai mặt của vật thể. Tiếp theo người đọc cần căn cứ theo hình chiếu còn lại để xác định vị trí tương đối giữa hai mặt kề nhau. Sau khi đã nắm được vị trí của các mặt thì các mặt khép kín sẽ tạo thành các khối và từ các khối nhận ra được cấu tạo của vật thể (hình 1).
Đọc bản vẽ theo hướng khối
Theo phương pháp này, hình chiếu đứng được phân chia thành các modul hình học theo độ cao (ví dụ phần đế, phần thân, phần đỉnh, phần trên hay dưới); hình chiếu bằng được phân chia theo độ xa, gần (ví dụ phần "lõi" trung tâm, bên trái hay phải, bên trong hay bên ngoài). Người đọc phải kiểm tra kỹ các liên hệ chiếu, các đường gióng từ trên xuống dưới để phân chia vật thể thành từng khối hình học theo các tọa độ trên các hình chiếu. Như vậy, yêu cầu là phải nắm chắc đặc điểm hình chiếu của các khối hình học cơ bản, rồi căn cứ theo các hình chiếu mà chia vật thể theo các khối thành phần. Sau khi đã có kết cấu hình học từng bộ phận, ta lại xét đến sự tương tác giữa chúng để đưa ra kết quả cuối cùng (hình 2). Các khối bộ phận kết hợp với nhau theo ba trạng thái: cộng khối, trừ khối hay lấy phần chung.
Cả hai phương pháp nêu trên đều chưa rõ ràng khi áp dụng vào một đối tượng cụ thể, nên vẫn phải dựa vào kinh nghiệm và tập quán tư duy của người đọc, do đó chưa phát huy được hiệu quả trong giảng dạy.
Đọc hiểu bản vẽ bằng phần mềm máy tính
Ngày nay, với sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các phần mềm thiết kế, một số nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu các phương pháp tự động phản chuyển mô hình 3D từ bản vẽ 2D. Người thiết kế tạo ra hoặc có sẵn bản vẽ 2D và phần mềm sẽ tự động đọc hiểu và xây dựng ra mô hình 3D. Phương pháp này được đề xuất bởi Idesawa từ năm 1970 [2] dựa vào biểu diễn biên và cách tiếp cận từ dưới lên. Điểm và đường 2D trên các hình chiếu thẳng góc được chuyển thành các đỉnh và các cạnh 3D. Các đỉnh và các cạnh không hợp lệ sẽ bị loại bỏ. Sau đó lại tạo ra các mặt 3D và loại bỏ các mặt không hợp lệ. Cuối cùng phần mềm sẽ tạo ra vật thể 3D theo các khối được tính toán là hợp lệ. Sau Idesawa, đông đảo các nhà khoa học trên thế giới cũng tham gia nghiên cứu theo hướng này [3]. Các công trình của họ được chia thành hai nhóm: nhóm sử dụng cấu trúc B-Rep (Boundary Representation) và nhóm sử dụng cấu trúc CSG (Constructive Solid Geometry). B-Rep là cấu trúc dữ liệu chứa các danh sách tọa độ của các yếu tố bề mặt, cạnh và đỉnh. Cấu trúc CSG xây dựng vật thể thông qua sự kết hợp của các khối đơn giản bằng các toán tử quan hệ. Cấu trúc dữ liệu của nó được xây dựng bằng một cây nhị phân. Các nút diễn tả cho các phép biến đổi 3D (quay, tịnh tiến) hoặc các toán tử Boolean (cộng, trừ và giao). Các khối cơ bản (lăng trụ, trụ, nón, cầu, xuyến…) hoặc thông số chuyển vị là các lá của cây.
Hình 3 chỉ ra các bước chung của các phương pháp tự động phản chuyển đọc hiểu mô hình 3D bằng phần mềm, gồm 8 bước. Những bước chính là sự hình thành cạnh giả định, tạo mặt, tạo khối giả định và đưa ra quyết định cuối cùng.
Gần đây nhất (2011), các nhà khoa học Y. Volpe, R. Furferi, L. Governi và M. Palai [4-5] đã trình bày các thủ tục phản chuyển theo quan điểm thực tiễn. Nghiên cứu của họ dựa trên hướng tiếp cận B-Rep đã được trình bày một cách chi tiết và được triển khai kiểm chứng thành công trên Matlab với mô hình đa diện ở hình 4.
Việc khảo sát các công trình nghiên cứu này cho phép đưa ra những đánh giá sau:
- Việc loại bỏ các đối tượng sai chưa triệt để, chưa sử dụng hết các thông tin thấy - khuất. Có những trường hợp thừa các nghiệm sai và trùng nhau.
- Phạm vi đối tượng còn hạn chế, nhiều phương pháp chỉ thích hợp cho đa diện, một số khác đã mở rộng cho các mặt cong bậc hai nhưng chưa xử lý được giao tuyến phức tạp và cấu trúc tương tác của các khối cơ bản chứa mặt cong đó.
- Hiện tại các phần mềm tự động phản chuyển chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu mà chưa được đưa vào khai thác sử dụng trong thực tế.